Synthesis of control systems of technological processes of electric arc melting of cast iron
DOI:
https://doi.org/10.15587/1729-4061.2012.3881Keywords:
optimal control process, melting, synthesis, control systems, metallurgical processes, furnaceAbstract
The aim of research is to find a solution to the problem of optimal control of metallurgical processes of electric arc melting of cast iron.
The object of research is the process of electric arc melting.
The Pontryagin’s maximum principle os chosen as research methods.
The formulation and principle of solving the problem of finding the optimal control in terms of speed of the bath heating process and the process of its carburization are described.
A variant of the description of the final state is proposed for the problem of finding the optimal control of the carburization process, which makes it possible to bring the melt to a given chemical composition with respect to carbon and silicon in a minimum time.
It is shown that in the presence of kinetic equations describing the rates of chemical processes in the cast iron melt and at the "melt-slag" interface, it is possible to formulate the problem of synthesizing control systems not only for electrical modes, but also for technological factors that determine the quality of the resulting alloy. This allows, in contrast to the existing approach to the synthesis of the electric arc melting control system, to solve the problem of effective quality control of cast iron according to the selected quality criteria. As the state vector of the control process, a vector can be selected whose components are the essence of the values of state variables – the content of elements of the chemical composition of cast iron. In this case, the results of chemical analysis taken after the charge has melted or after a certain time of holding the melt in the furnace before it is discharged onto the conveyor are selected as the initial state describing the process. The values of the state variables describing the final state of the control process are found as a solution to the optimization problem of determining the chemical composition that provides the maximum indicators of the properties of cast iron, based on mathematical models of the "composition - properties" type.
The results obtained can be used to synthesize the optimal control of electric arc melting processes. In particular, the optimal control of the melt carburization and melt heating obtained in general form provides the possibility of such a control of the melting process, in which the production of cast iron of a regulated optimal chemical composition is carried out in a minimum time.
References
- Строганов А.И. Дуговые электропечи [Текст] / А.И. Строганов, Г.Н. Сергеев и др. М.: Металлургия, 1972. – 288 с. 2. Глинков Г. М. Проектирование систем контроля и автоматического регулирования металлургических процессов [Текст] / Г. М. Глинков, Маковский В.А. и др. М.: Металлургия, 1986. – 352 с. 3. Мосиондз К. И. Оценка энергетических характеристик действующих электропечей с применением математической статистики [Текст] /К.И. Мосиондз, М.Р. Русаков, И.Ю. Петрович, Ю.А. Чумаков, И.Г. Ермаков. // Электрометаллургия. – 2003. – №12. – С.19-21. 4. Жучков В.И. Энергетические параметры и конструкция рудовосстановительных электропечей [Текст]/ В.И. Жучков, В.Л. Розенберг,К.С. Елкин, Б.И. Зильберг,—Челябинск: Металлургия,1994. – 192 с. 5. Попов А.Н. Руднотермические печи выпрямленного тока как ресурсосберегающие агрегаты [Текст] / А.Н. Попов, С.М. Нехамин, М.А.Фридман, В.И. Щербинин и др. // Электрометаллургия. – 1998. – № 1. – С.11-16. 6. Легович Ю.С. Система автоматизированного управления промышленной руднотермической электропечью для выплавки кремния [Текст] / Ю.С. Легович., В.Г. Лебедев, С.М. Нехамин, В.А. Пронина // Электрометаллургия. – 1998. – № 3. – С. 39-47. 7. Ефремов А.Ю. Проектирование системы автоматизированного управления выплавкой кристаллического кремния [Текст] / А.Ю. Ефремов, В.Г. Лебедев, Ю.С. Легович, С.М. Нехамин, В.А.Пронина //Автоматизация проектирования. – 2000. – № 1-2. – С. 33-39. 8. Нехамин С.М. Плавка кремния в руднотермической печи на выпрямленном токе [Текст] / С.М. Нехамин, М.А. Фридман, В.И Щербинин, А.В. Котюк и др. // Цветные металлы. – 2000. – № 2. – С.60-63. 9. Нехамин С.М. Автоматизация вакуумно-дугового переплава с использованием персональных компьютеров [Текст] / С.М. Нехамин, С.В. Мулин, Ю.С. Легович, М.А. Клссельман, Е.Т. Кураев //Сталь. – 2000. – № 10. – С.62-65. 10. Нехамин С.М. Компьютерное управление режимом электродуговых печей — ресурс их эффективной работы [Текст] / С.М. Нехамин, Л.А. Волохонский, А.Б. Котюк, М.А. Фридман // Электрометаллургия. – 2002. – №3. – С.24-27. 11. Серая О.В. Оценивание параметров уравнения регрессии в условиях малой выборки / Серая О.В., Дёмин Д.А. // Східно-Європейський журнал передових технологій. – Харків: Технологічний Центр, 2009. - №6/4(42).2009. – С. 14-19. 12. Раскин Л.Г. Искусственная ортогонализация пассивного эксперимента в условиях малой выборки нечетких данных / Раскин Л.Г., Дёмин Д.А. // Інформаційно-керуючі системи на залізничному транспорті. – Харків: УкрДАЗТ, 2010. - №1(80). - С.20-23. 13. Дёмин Д.А. Метод обработки малой выборки нечетких результатов ортогонализованного пассивного эксперимента / Д.А. Дёмин, Т.И. Каткова. // Вісник Інженерної Академії. – Киев: Інженерна Академія України, 2010. - №2.2010. – С. 234-237. 14. Серая О.В. Оценка представительности усеченных ортогональных подпланов плана полного факторного эксперимента / Серая О.В., Дёмин Д.А. // Системні дослідження та інформаційні технології. – Київ: Інститут системних досліджень, 2010, - №3. – с.84-88. 15. Демин Д.А. Моделирование кинетики химсостава чугуна при плавке в электродуговой печи // Вісник національного технічного університету „ХПІ”. – Харків: НТУ «ХПІ», 2005. - №27. - С.41-46. 16. Шумихин В.С. Высококачественные чугуны для отливок [Текст] / В.С. Шумихин, В.П. Кутузов, А.И. Храмченков и др. – М.: Машиностроение, 1982. – 222с. 17. Понтрягин Л. С. Математическая теория оптимальных процессов [Текст] / Л. С. Понтрягин, В. Г. Болтянский и др. – М.: Физматгиз, 1961. – 382 с. 18. Бояринов А. И. Методы оптимизации в химической технологии [Текст] / А. И. Бояринов, В. В. Кафаров. – М.: Химия, 1975. – 576 с.
Downloads
Published
How to Cite
Issue
Section
License
Copyright (c) 2014 Дмитрий Александрович Дёмин
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
The consolidation and conditions for the transfer of copyright (identification of authorship) is carried out in the License Agreement. In particular, the authors reserve the right to the authorship of their manuscript and transfer the first publication of this work to the journal under the terms of the Creative Commons CC BY license. At the same time, they have the right to conclude on their own additional agreements concerning the non-exclusive distribution of the work in the form in which it was published by this journal, but provided that the link to the first publication of the article in this journal is preserved.
A license agreement is a document in which the author warrants that he/she owns all copyright for the work (manuscript, article, etc.).
The authors, signing the License Agreement with TECHNOLOGY CENTER PC, have all rights to the further use of their work, provided that they link to our edition in which the work was published.
According to the terms of the License Agreement, the Publisher TECHNOLOGY CENTER PC does not take away your copyrights and receives permission from the authors to use and dissemination of the publication through the world's scientific resources (own electronic resources, scientometric databases, repositories, libraries, etc.).
In the absence of a signed License Agreement or in the absence of this agreement of identifiers allowing to identify the identity of the author, the editors have no right to work with the manuscript.
It is important to remember that there is another type of agreement between authors and publishers – when copyright is transferred from the authors to the publisher. In this case, the authors lose ownership of their work and may not use it in any way.
