Том 31, № 1 (2023)

Решена задача разработки и идентификации модели температурного распределения стенки барабана парового котла. Численная модель базируется на аналитическом решении одномерного уравнения теплопроводности с теплообменом на границах при постоянных коэффициентах теплопередачи. Модель реализована в пакете моделирования динамических систем. С помощью ограниченного ряда собственных функций аналитического решения, получено представление объекта в пространстве состояний. Предложен универсальный алгоритм расчёта собственных чисел аналитического решения. Исследованы зависимости собственных чисел аналитического решения от значений коэффициентов теплопередачи и теплопроводности. По результатам исследования получены таблицы данных для аппроксимации зависимостей собственных чисел от коэффициентов теплопередачи в ограниченном диапазоне изменений. Опробована методика реализации динамической модели температурного распределения, учитывающей изменения коэффициентов теплопередачи в процессе моделирования. Момент изменения коэффициентов воспринимается как начало нового переходного процесса из текущего состояния модели. Представлены структурные схемы реализации модели в пакетах моделирования динамических систем. Предложенные структуры позволяют реализовать внесение параметрических возмущений в момент их возникновения при моделировании. По экспериментальным данным растопки парового котла проведена идентификация зависимости коэффициента теплопередачи от температуры металла стенки барабана котла. Полученные результаты показали, что на коэффициенты теплопередачи влияет не только температура металла, но и дополнительные параметры эксплуатации парового котла. В результате экспериментов обнаружено, что точность модели может быть повышена, если учесть зависимость коэффициента теплопередачи на внутренней поверхности барабана от расхода питательной воды в барабан котла. Приведены результаты численного эксперимента.

Статья посвящена активно развивающемуся в условиях информационной трансформации промышленности новому способу организации производства, связанному с внедрением киберфизических систем. Анализ рынка показывает положительную динамику в росте капитализации данного направления, что свидетельствует о широком распространении инструментов цифровой трансформации экономики в целом и росте инвестиций в развитие информационных технологий и технологий искусственного интеллекта в промышленном производстве, включая создание и внедрение киберфизических систем управления технологическими процессами в различных отраслях промышленности. В статье проведен анализ существующих определений «киберфизические системы» и «киберфизические комплексы». Раскрывается понятие киберфизической системы управления технологическими процессами, описывается ее основная структура. Киберфизическая система управления рассматриваются как ряд взаимосвязанных подсистем, выполняющих строго определенные функции, направленные на реализации общих системных задач. Представлено описание каждой из подсистем, обобщенная схема их иерархических связей и взаимодействий. Рассматривается роль киберфизических систем управления в информационной трансформации промышленности и перспективы их развития в будущем.

Рассматриваются вопросы проектирования индукционной системы для нагрева крупногабаритных полых цилиндрических заготовок перед раскаткой. Отмечены специфические особенности процесса нагрева заготовок на установке, встроенной в технологическую линию обработки. Показано, что эффективность процесса нагрева крупногабаритных стальных заготовок повышается при использовании системой индукторов с применением теплового экрана. Выполнено исследование процесса подогрева заготовок с учетом нелинейной зависимости физических характеристик металла нагреваемых заготовок от изменяющейся в процессе нагрева температуры. Расчет параметров индукционной системы проводится на основе двумерной модели. Геометрические параметры кольцевой заготовки обусловили значительную неравномерность распределения плотности тока по аксиальной координате заготовки из-за сильно выраженных краевых эффектов. Представлены результаты численного расчета электромагнитных и тепловых полей при различной вариации конструкции индукционной системы. Для обоснования и выбора конструкции индукционной системы, обеспечивающей нагрев кольца за время, обусловленное темпом работы деформирующего оборудования, произведен ряд расчетов, включающих три варианта: нагрев внешним цилиндрическим индуктором; нагрев двумя индукторами: нагрев системой индукторов с тепловым экраном. Анализ эффективности исследуемых вариантов основан на многократном уточнении результатов в процессе итерационного проектирования. Приведены результаты расчета температурного распределения в заготовке в процессе нагрева. Результаты проведенных исследований могут быть использованы для разработки конструктивных и режимных параметров системы индукционного нагрева колец в линии раскатки.

На сегодняшний день производство таких ферросплавов, как ферросилиций, ферромарганец, ферросиликомарганец, феррохром высокоуглеродистый, исчисляется тысячами тонн в год. Подготовка ферросплава к продаже подразумевает дробление слитка ферросплава до товарной фракции, в результате которого остаются пылевидные отсевы, которые далее хранятся на складах и наносят вред окружающей среде. Отсев является уже готовым продуктом, аналогичным по составу товарной фракции, размер которой составляет 10–250 мм. Для применения отсева в технологии получения сталей его необходимо повторно переплавить и отлить в слиток. Полученный слиток дробят повторно, чтобы получить товарную фракцию. Главной проблемой является переплав отсева, так как из-за его размеров и электрофизических свойств возникают различные трудности. В данной статье приведены методы и установки переплава отсева ферросплавов различных марок, а также их сравнение, недостатки и преимущества. Описаны плазменные, индукционные тигельные, а также дуговые установки постоянного и переменного тока, предназначенные для переплава отсева различных ферросплавов фракцией менее 10 мм. Описаны недостатки и преимущества каждого способа и установки переплава отсева. Приведены различные экспериментальные данные, полученные путем плавки отсева ферросплавов в описанных установках. На основании описанных в статье данных, а также характеристик других установок в заключение предложен метод переплава отсева ферросплавов, который включает преимущества уже существующих методов и исключает их недостатки.