РОЗРОБКА ІМІТАЦІЙНОЇ МОДЕЛІ РОЗКРОЮ ЗЛЯБІВ НА МАШИНІ НЕПРЕРИВНОГО ЛИТТЯ ЗАГОТОВОК - Сучасні
У металургійному виробництві особлива увага приділяється вдосконаленню процесу безперервного розливання з метою збільшення частки сталі, яка виробляється на машинах безперервного лиття заготовок (МНЛЗ). Ефективність роботи МНЛЗ безпосередньо впливає на якість і собівартість виробленої на наступних межах продукції. При дослідженні фізико-механічних процесів безперервного розливання, що впливають на якість готової продукції, широкого поширення набув метод математичного моделювання [7]. При дослідженні логістичних та організаційних бізнес-процесів безперервного розливання хороші результати демонструє метод імітаційного моделювання стосовно оптимізації планування виробництва [3,6]. Розробка імітаційних моделей технологічних процесів МНЛЗ, які впливають якість готової продукції, є актуальною.
Розглянемо розробку моделі розкрою слябів на МНЛЗ за допомогою автоматизованої інформаційної системи моделювання процесів підприємства (АІС МОД) автоматизованої системи випуску металургійної продукції (АС ВМП). АС ВМП є web-орієнтованою системою, призначену для стеження, контролю, моделювання, аналізу та вдосконалення процесів випуску металургійної продукції [1, 4, 5, 8].
Постановка задачі моделювання
Сталерозливний ківш (стальківш) з плавкою після всіх переділів, що впливають на хімічний склад сталі, надходить на МНЛЗ, де рідка сталь розливається, злиток охолоджується і розрізається на сляби. Проміжний ківш (промківш) МНЛЗ забезпечує розподіл сталі по струмках, її дозування та дозволяє безперервно лити метал при заміні порожнього стальківша на повний. Метал у кристалізаторах струмків МНЛЗ охолоджується до утворення тонкої стінки;далі метал у вигляді зливка витягується в роликовий апарат зони вторинного охолодження (ЗВО) струмків МНЛЗ. Протягуючись по роликовому апарату струмка, злиток охолоджується системою водоповітряного охолодження до температури кристалізації металу так, що в кінці агрегату газорізанням струмка розрізається на сляби. Для роботи газорізки в автоматичному режимі технологи застосовують алгоритм розкрою зливка на сляби на межі плавок. При розкрої використовується гаряча мірна довжина (ГМД) слябу, яка виходить шляхом множення заданої холодної мірної довжини (ХМД) коефіцієнт.
Заміна на МНЛЗ, що зіштовхнулася, здійснюється за допомогою поворотного стенду. Наприкінці розливу плавки на поворотний стенд встановлюється стальковш з новою плавкою. На пульт управління надходить інформація про марку сталі та план порізки наступної плавки. При цьому метал поточної плавки повністю виливається зі стальківша в промківш. Стенд розгортається, і новий стальків устає в робочу позицію. Після відкриття шибера стальковша метал нової плавки надходить у промківш із залишками попередньої плавки, відповідно, метал у промківші змішується. З базового рівня надходить сигнал початку розливання стальковша (сигнал «початок нової плавки»), за цим сигналом фіксується початок межі плавок. Для зазначеної межі починає працювати алгоритм розкрою слябів на межах плавок.
Розглянемо роботу дворучної МНЛЗ з такими характеристиками: швидкість витягування зливка з кристалізатора – 0,8 м/хв, довжина кристалізатора – 1 м, довжина зони охолодження – 50 м. Необхідно проаналізувати роботу МНЛЗ з розливу серії з 10 плавок. Кожна плавка i характеризується такими параметрами:
- масою сталі в стальковші Mi, кг,
- маркою сталі Gi (високоякісна сталь із щільністюρiст=7280 кг/м3, сталь звичайної якості із щільністю ρiст=7850 кг/м3),
- ХМДі, мм (ГМДі дорівнює ХМДі помножити на коефіцієнт 1,014),
- площею перерізу, що отримується після порізки слябу, F=Fi=0,255 м2.
Швидкість закінчення сталі зі стальківша в промківш в кг/хв для дворучної МНЛЗ визначається за формулою:
. (1)
Для кожного струмка на час вступу сигналу «Початок розливу плавки i по струмках» відбувається визначення розрахункової довжини плавки i по струмку за формулою:
. (2)
На малюнку 1 наведена схема розкрою відлитої плавки i-1 на сляби виходячи із заданої ГМДi-1 та сигналу початку нової плавки. Параметр L визначається виміром згідно з малюнком 1.
Мал. 1. Схема розкрою відлитої плавки i-1 на сляби виходячи із заданої ГМДi-1 та сигналу початку нової плавки
У таблиці 1 наведено алгоритм розкрою слябів на межі плавок, застосовуваний технологами визначення фактичної кількості слябів плавки i. Розрахункова кількість слябів плавки i визначається як відношення розрахункової довжини плавки до заданої гарячої мірної довжини слябів плавки.
Алгоритм розкрою слябів на межі плавок
Тип переходу на межі плавок
Умова параметра L
Плавка «гірша на краще» (марка стали плавки i гірші, ніж марка стали плавки i-1)
У (i-1)-ой плавці (k-1) слябів з довжиною . Сляб k з новою мірною довжиною буде першим в i плавці.
У (i-1)-ой плавці k слябів із довжиною . Сляб (k+1) з новою мірною довжиною буде першим у i-му плавці.
Плавка «рівноцінна» (марки стали плавок i-1 та i рівноцінні за якістю)
У (i-1)-ой плавці (k-1) слябів з довжиною . Сляб k з новою мірною довжиною буде першим в i плавці.
У (i-1)-ой плавці k слябів із довжиною . Сляб (k+1) з новою мірною довжиноюбуде першим у i-ій плавці.
Плавка «краща на гіршу» (марка стали плавки i краща, ніж марка стали плавки i-1)
У (i-1)-ой плавці (k+2) слябів з довжиною . Сляб (k+3) з новою мірною довжиною буде першим у i-му плавці.
У (i-1)-ой плавці (k+1) слябів з довжиною . Сляб (k+2) з новою мірною довжиною буде першим у i-му плавці.
Завдання на оптимізацію процесів формулюється так: необхідно мінімізувати сумарне число негативних і позитивних відхилень у кількості слябів S, змінюючи послідовність подачі плавок на МНЛЗ. Сумарне число відхилень у кількості слябів визначатимемо за формулою:
, де (3)
– негативне відхилення кількості слябів плавки i: ,
– позитивне відхилення у кількості слябів плавки i: .
Розробка імітаційної моделі розкрою слябів на межі плавок МНЛЗ
На малюнку 2 представлена структура моделі розкрою слябів у нотації мультиагентних процесів перетворення ресурсів (МППР) модуля створення моделей процесів (СМП) АІС МОД. Відповідно до нотації МППР [2, 9] вузли моделі є або агенти, або операції. Агенти в моделі розкрою слябів застосовуються для реалізації логіки роботи із заявками (замовленнями на плавку) та управління значеннями атрибутів заявок. Операції моделі застосовуються для візуалізації тривалості роботи елементів МНЛЗ по струмках: кристалізаторів (Кр1 і Кр2), зон вторинного охолодження (ЗВО1 і ЗВО2) і газорізок.
Мал. 2. Структура моделі розкрою слябів у модулі ШМД АІС МОД
У моделі розкрою слябів описано сім заявок. Заявка z1 «Замовлення на плавку» є основною заявкою, яка накопичує у своїх атрибутах дані всіх заявок за тимчасовими характеристиками роботи елементів МНЛЗ та кількістю слябів кожної плавки.Заявки z2 та z3 «Плавка через кристалізатор 1/2» застосовуються для опису логіки роботи кристалізаторів обох струмків МНЛЗ; заявки z4 та z5 «Плавка через ЗВО 1/2» застосовуються для опису логіки роботи ЗВО обох струмків МНЛЗ; Заявки z6 та z7 «Плавка через газорізку 1/2» застосовуються для опису логіки роботи газорізок обох струмків МНЛЗ.
Роботу моделі розкрою слябів умовно можна розділити на роботу трьох блоків:
1) блок опису станів стальківша/промківша, що включає опис операцій розливу сталі зі стальківша, наповнення промківша сталлю зі стальківша, розливу сталі з промківша, розвороту поворотного стенду зі стальківшем;
2) блок опису роботи елементів МНЛЗ – кристалізатора, ЗВО та газорізання – по кожному з двох струмків МНЛЗ;
3) блок опису генерації та видалення заявок.
Алгоритм розкрою слябів на межі плавок описується за допомогою агентів розкрою слябів по кожному струмку МНЛЗ. На малюнку 3 наведено базу знань агента розкрою слябів 1 (для струмка 1), яка містить ситуації розкрою з таблиці 1. .
Мал. 3. Структура моделі розкрою слябів у модулі ШМД АІС МОД
Аналіз результатів моделювання
Розглянемо проведення експериментів із моделлю в модулі оптимізації процесів (ОПП) АІС МОД. За результатами виконання моделі з вихідними початковими даними (базовий експеримент) була сформована таблиця 2. Були отримані наступні значення вихідних характеристик: фактична довжина серії плавок LФ= 887242 мм, фактична кількість слябів серії плавок Kф=110 слябів, сума відхилень кількості слябів по струмку S =4.
Результати проведення базового експерименту у модулі ОПП АІС МОД
Довжина плавки по струмку, мм
Фактична кількість слябів плавки по струмку,
Розрахункова кількість слябів плавки по струмку,
Відхилення кількості слябів плавки по струмку, Δi