Систематизовано й узагальнено результати досліджень з розробки математичних моделей, алгоритмів, способів і засобів контролю параметрів процесів спеціальної електрометалургії, а також з питань створення на їх базі систем автоматичного контролю й управління. Висвітлено особливості управління окремими процесами: локальними регуляторами та типовими системами управління з застосуванням обчислювальної техніки.

Рассмотрены принципы построения модели контроля содержания углерода в ванне конвертера. Приведена структура и численные значения коэффициентов модели для 160 тонных конвертеров. Описаны результаты промышленной экплуатации модели на конвертерах ОАО "Енакиевский металлургический завод" и АО "Металлургический комбинат им. Ильича".

Рассмотрен принцип построения критерия оптимальности процесса удаления серы в конвертере, включающий процесс обессеривания в ходе продувки, додувки, в доменном ковше и агрегате доводки стали. Получены соотношения между отдельными управляющими параметрами и ходом процесса удаления серы. Произведена проверка полученных соотношений в условиях реального производства.

Приведена модель управления шлакообразованием в ванне конвертера по плавкам положительного опыта. Стратегия управления предусматривает наличие детерминированной части по выбору программы и стохастической - для определения дополнительных управляющих воздействий. Определены критерии "близости" плавок положительного опыта. Рассмотрена структура алгоритма управления режимом шлакоооразования.

На основании теплового баланса разработана модель изменения температуры конвертерной плавки в процессе продувки. Проанализирована динамика отдельных составляющих баланса: расплавления лома, выгорания примесей, ввода охлаждающих и шлакообразующих добавок, тепловых потерь конвертера. Приведены зависимости изменения температуры от параметров дутьевого режима.

Рассмотрен прямой метод контроля параметров конвертерной плавки с помощью погружного зонда. Создана модель управления режимом доводки.

Проведено обоснование и выбор условий однозначности тепловой работы пресс-формы, для которых приведено решение уравнения теплопроводности. Показано, что тепловой режим в стенке формы при ритмичной работе машины литья под давлением - квазиустановившийся.

Рассмотрен контроль температуры отходящих газов бесконтактным методом с использованием пирометра селективного поглощения в ближней инфракрасной области излучения. Результаты измерений успешно использованы для определения содержания углерода в ванне конвертера. Установлена тесная связь между содержанием водорода в отходящих конвертерных газах и температурными параметрами конвертерной ванны.

Рассмотрен процесс волнообразования в ванне конвертера на математической модели перемещения идеальной жидкости в цилиндрическом сосуде. Исследован перенос кислорода и теплоты от волнового точечного источника в одномерно движущейся эмульгированной конвертерной ванне. Установлено, что массовая доля кислорода в ванне и ее температура, возмущенные пульсационной составляющей скорости потока, - периодическая функция времени. Конвертерная ванна вследствие тепловой инерции не реагирует на колебания теплового потока и температуры, что иллюстрируется характером показаний датчика термоэлектрического пирометра, непрерывно контролирующего температуру расплава. Установлены характеристики частотного спектра изменения основных выходных параметров процесса.

Поставлена задача повышения эффективности конвертерного производства за счет прогнозирования выхода жидкой стали при управлении плавкой. Получена модель оптимального расчета по основным параметрам, которые влияют на выход жидкой стали (масса лома, масса известняка, среднеинтегральное за продувку расстояние фурмы от уровня спокойного металла, расход дутья на плавку). В процессе оптимизации модели установлено, что расчет шихты методом линейного программирования позволил увеличить выход годного в среднем на 0,4 %, а динамическая коррекция массы жидкого металла с применением контроля выходных параметров продувки позволила повысить выход годного по сравнению с предыдущим в среднем на 0,2 %.

Своевременное переключение ступеней скорости дает возможность получить оптимальные характеристики разгона пресс-поршня и за счет этого повысить точность регулирования. Определены параметры, влияющие на оптимальное значение моментов переключения скорости пресс-поршня: масса отливки, ее температура и вязкость. Разработан метод определения оптимальных моментов переключения пресс-поршня по ступеням скорости и структурная схема устройства регулирования скорости пресс-поршня машины литья под давлением.

В настоящее время литье под давлением (ЛПД) является одним из наиболее распространенных специальных способов изготовления высокоточных отливок из цветных сплавов на основе алюминия, меди, цинка, магния. Основной недостаток ЛПД - высокая себестоимость отливок, которая в значительной степени (до 75 %) определяется затратами на проектирование и изготовление пресс-форм, а также их эксплуатационной стойкостью. Последняя в значительной мере зависит от количества теплосмен и тепловых ударов. Уменьшение количества этих нежелательных явлений достигают регулированием температуры пресс-формы. На практике ЛПД для предварительного разогрева пресс-формы используют газовые горелки и электронагреватели. В последнее время с этой целью все шире используются установки для подогрева и охлаждения формы жидкими теплоносителями. Наиболее важный узел - термостат, связанный с каналами нагрева-охлаждения пресс-формы гибкими соединительными рукавами. При применении термостатов на первый план выдвигается точность регулирования температуры жидкого теплоносителя. Применение нечеткой логики в процессе регулирования температуры пресс-формы дает значительный эффект - уменьшение брака и увеличение производительности машины ЛПД.

Приведены модели, основанные на косвенных измерениях характера протекания продувки в конвертере, измерениях параметров отходящего газа в конвертере и газоходе, а также тепловой работы водоохлаждаемого оборудования. Определены характеристики точности контроля выходных параметров и величина запаздывания в получении результата. Проанализирована применимость отдельных моделей для контроля и управления процессом. Приведены результаты экспериментальной проверки моделей.

Рассмотрены известные математические описания процесса обезуглероживания стали. Построена модель расчета скорости обезуглероживания и динамики содержания углерода в ванне конвертера во время продувки. Установлено, что динамическая модель контроля обезуглероживания в условиях 160-тонного конвертера удовлетворительно отображает процессы, которые протекают в ванне конвертера.

Проанализированы методы управления процессами обезуглероживания ванны сталеплавильного агрегата. Исследована возможность автоматического контроля и управления скоростью обезуглероживания металла. Изучена информация о процессе обезуглероживания ванны конвертера.

Проанализированы методы управления процессами обезуглероживания ванны сталеплавильного агрегата. Исследована возможность автоматического контроля и управления скоростью обезуглероживания металла. Изучена информация о процессе обезуглероживания ванны конвертера.

В процессе литья под давлением смазывание пресс-форм с одной стороны обеспечивает хорошие условия съема отливок, а с другой - смазочно-охлаждающая жидкость (СОЖ) негативно влияет на качество отливок, вызывая газовые раковины, подтеки, загрязнения поверхности. Нужно стремиться к режиму эксплуатации пресс-формы с минимальной толщиной слоя СОЖ. Смазывание пресс-формы в закрытом состоянии (СПФЗС) позволяет успешно решить эти противоречия при автоматическом смазывании. Использование СПФЗС позволяет повысить надежность работы автоматических комплексов литья поддавлением (АКЛПД) и качество изготовленных на них отливок, а также устранить вышеперечисленные недостатки. Целесообразно и актуально для управления и регулирования АКЛПД использовать новейшие подходы нечеткой логики и системного анализа, а именно - нечеткие регуляторы. Применение системы регулирования смазкой литейной формы на базе регулирования нечетким регулятором позволяет более точно регулировать продолжительность подачи СОЖ для смазывания литейной формы. Расход СОЖ при использовании СПФЗС на АКЛПД посредством управления и регулирования нечеткими регуляторами сокращается в 10 раз, увеличивается производительность труда за счет совмещения операций смазывания форм и прессования, значительно сокращаются выбросы СОЖ в атмосферу цеха.

Исследовано повышение производительности кислородного конвертера за счет определения количества содержания углерода в металле без его повалки и взятия проб. Большой процент плавок после первой повалки требует дополнительной повалки для определения содержания углерода. Это значительно снижает производительность конвертера и качество получаемого металла. За основу было поставлено определение содержания углерода по спектру факела отходящих газов. Разработана блок-схема для определения содержания углерода. Использование данной схемы управления конверторной плавкой позволяет сократить количество дополнительных повалок конвертера на 12 %, что приводит к повышению производительности конвертера.

Отмечено, что ванна кислородного конвертера как многосвязный объект управления является трехфазной, многокомпонентной термодинамической системой, в которой на фоне турбулентного переноса проходят взаимосвязанные тепломассообменные, гидродинамические, химические и другие необратимые явления. Современный уровень развития измерительной техники не позволяет в агрессивной высокотемпературной среде проводить прямой контроль скорости прохождения физико-химических процессов, которые определяют управляемые координаты объекта - температуру и содержание углерода в металле.

Рассмотрен метод контроля скорости обезуглероживания. Подробно описана схема устройства для контроля скорости обезуглероживания металла. Установлено, что определение скорости потока корреляционным методом позволяет с высокой точностью определить расход газа при измеренной температуре и рассчитать скорость обезуглероживания.