В статье рассматривается применение нейросетевых методов и алгоритмов машинного обучения для оптимизации работы вельц-печи на металлургическом предприятии. На основе реальных производственных данных проведено сравнение эффективности различных алгоритмов (LGBM Regression, CatBoost, Decision Tree, Random Forest и др.) для прогнозирования содержания цинка в клинкере. Лучшие результаты показали LightAutoML (R2 = 0,9339), CatBoost (R2 = 0,9218) и LGBM Regression (R2 = 0,9195). Определены ключевые параметры, влияющие на процесс: содержание цинка в шихте, расход сжатого воздуха, давление в пылевой камере и загрузка коксика. Разработаны рекомендации по управлению процессом, включая контроль качества сырья, оптимизацию газодинамических параметров и мониторинг восстановительных условий. Результаты исследования демонстрируют потенциал ИИ-решений для повышения эффективности металлургических производств в условиях цифровой трансформации промышленности.
Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Металлургия
2025. — Выпуск 2
Содержание:
Исследование направлено на изучение микроструктуры и фазового состава сплавов системы M(Cr30W5C1,5), где M представляет собой комбинацию металлов (Co, Fe, Ni, Al, Mn). Цель работы - оценка потенциала данных материалов в качестве альтернативы дорогостоящим кобальтохромовым сплавам (например, Stellite 6) для применения в условиях экстремальных механических и термических нагрузок. Образцы синтезировались методом вакуумной плавки с последующей термообработкой при 600, 800 и 1000 °C или без обработки. Для их изучения использовались сканирующая электронная микроскопия (SEM), энергодисперсионная спектроскопия (EDS) и рентгеновская дифракция (XRD). Результаты показали, что во всех образцах формируется многокомпонентная матрица (ОЦК и ГЦК) и распределённые в матрице частицы карбидов (Cr23C6, Cr7C3, WC). Термообработка при 1000 °C усилила карбидообразование в системах Al2CoNiFe(Cr30W5C1,5) и CoNiFe(Cr30W5C1,5). Микроструктура сплавов с матрицей на основе CoNiFe подобна структуре традиционных стеллитов. Полученные данные подтверждают, что варьирование состава матрицы позволяет управлять фазовым составом и микроструктурой, в конечном итоге достигая баланса между твёрдостью, термостойкостью и экономичностью (снижение доли кобальта). Исследуемые сплавы демонстрируют потенциал для замены традиционных материалов в энергетике и машиностроении. Дальнейшие исследования целесообразно направить на изучение корреляции между структурой карбидов, механическими свойствами и коррозионной устойчивостью, а также оптимизацию параметров синтеза для промышленного внедрения.
Ключевые слова
Изложены результаты реконструкции двухклетевого прокатного стана 250 Научно-производственного предприятия (ООО НПП) «Метчив», предназначенного для производства широкого сортамента простых и фасонных профилей из специальных сталей и сплавов. Стан разработан в 1966 г. Южно-Уральским машиностроительным заводом (ЮУМЗ, г. Орск), сейчас ООО «ЮУМЗ». Выполнена реконструкция механизмов радиальной установки прокатных валков с заменой механизма гидравлического уравновешивания на пружинное уравновешивание. Это позволило устранить эксплуатационные сложности системы гидравлического уравновешивания, не позволявшие его использовать в течение многих лет. Отсутствие механизма уравновешивания верхних прокатных валков приводило к общеизвестным недостаткам в работе прокатных клетей: несоответствию расстояния между рабочими поверхностями прокатных валков при настройке и при прокатке за счет выборки указанных зазоров в системе «гайки - винты - подушки - прокатные валки», действию динамических нагрузок в указанной системе механизмов. Проработано несколько возможных вариантов размещения винтовых цилиндрических пружин сжатия и тарельчатых пружин: в штоковых полостях гидроцилиндров уравновешивания; между подушками нижних и верхних прокатных валков; на наружных боковых поверхностях станин прокатной клети; на траверсах, соединяющих станины прокатных клетей. Лучшим вариантов по компактности размещения, возможности выполнения требуемых функций выбран вариант с размещением винтовых цилиндрических пружин в штоковых полостях гидроцилиндров уравновешивания. Выполнен расчет пружин по известной методике и их выбор по ГОСТ 13773-86. Реконструкция проведена без сложных конструктивных изменений в деталях прокатных клетей с минимальными изменениями в «начинке» гидроцилиндров с сохранением требуемого усилия уравновешивания в проектном диапазоне изменения зазора между прокатными валками. Реконструированные механизмы изготовлены, смонтированы и находятся в постоянной эксплуатации, показывая высокую эффективность.
Ключевые слова
Введение. В условиях повышения требований к качеству и экономичности процесса нагрева металла в методических печах задача создания и совершенствования алгоритмического обеспечения их систем управления, в частности, контура обратной связи по температурному состоянию нагреваемых заготовок, является вполне актуальной. Цель исследования: рассмотреть особенности решения задачи параметрической идентификации модели нагрева в условиях регулярного теплового режима, имеющего место в томильных зонах методических печей. Материалы и методы. Проанализировано математическое описание процесса нагрева слябов в регулярном режиме. Применено линеаризующее преобразование уравнения, описывающего изменение во времени доступной для инструментального контроля температуры поверхности нагреваемой заготовки. Это позволило, в том числе и с помощью метода наименьших квадратов, найти явные аналитические решения рассматриаемой задачи идентификации. Результаты. Получены алгоритмы идентификации моделей внешнего теплообмена металла при условии наступления регулярного теплового режима, при этом рассмотрены случаи как симметричного, так и одностороннего, а также и несимметричного нагрева. Показано, что точность оценки искомых параметров зависит от погрешности установления регулярного теплового режима. Исследовано влияние систематической и случайной погрешностей измерения температуры поверхности на точность определения параметров теплообмена. Установлено, что случайные ошибки измерения практически не оказывают какого-либо заметного влияния на точность оценки параметров теплообмена, если для этого используются алгоритмы, полученные на основе точечного или интегрального метода наименьших квадратов. Систематическая же погрешность измерения не существенна лишь в том случае, если ее величина не превышает 20 град., ошибка расчета температурного поля металла по настроенной на реальный процесс модели при этом не будет превышать 25 град., что, как правило, приемлемо для практики. В этом случае с такой же погрешностью будет определяться и наибольший перепад температуры по сечению металла. Показано, что если для идентификации параметров теплообмена использовать точные данные о температуре поверхностей, а для последующего контроля наибольшего перепада температуры допускать измерение с погрешностью, то эта погрешность не должна превышать 25 град. В этом случае погрешность оценки всего температурного поля сляба также не будет превышать 25 град., однако погрешность определения наибольшего перепада составит уже только 20 град. Заключение. Результаты работы могут быть использованы при разработке и совершенствовании алгоритмического обеспечения автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУ ТП) методических печей.
Ключевые слова
Для интенсификации процессов пирометаллургической переработки сырья тяжёлых цветных металлов широко используются автогенные режимы переработки, реализуемые в специальных пирометаллургических агрегатах. Одной из активно внедряемых в мире технологий плавки является процесс с использованием фурм типа TSL в печах Аусмелт и Айзасмелт. Фурмы TSL сохраняют свою стойкость за счёт обеспечения формирования слоя гарнисажа на теле фурмы при вдувании кислородовоздушной смеси (КВС) в расплав через вертикальную трубу особой конструкции. Практика реализации подобных процессов показала теоретическую и фактическую возможность использования дутья как с закручиванием (фурма TSL), так и без закручивания дутьевого потока. Подача природного газа в центральную часть воздушного дутья без закручивания оказывает влияние на общую крутку закрученных потоков при продувке расплава в печи. Существенные отклонения технологических параметров плавки от типового режима работы фурмы типа TSL возникают при организации прямоточного режима дутьевых смесей для всех спутных струй. С целью углубления анализа отличительных особенностей прямоточных и закрученных струй показаны основные параметры дутьевых смесей при истечении из фурмы и их взаимное влияние на характеристики факела. Для определения параметров вертикальной фурмы и её технологических особенностей предложена методика расчёта и оценки прямоточных струй для дутьевой смеси в условиях вертикального плавильного печного агрегата. При прямоточном истечении дутьевой смеси воздуха и кислорода для различных соотношений представлен математический аппарат с целью оценки диаметра дутьевой воронки и глубины её проникновения в расплав. Применительно к аппаратурному оформлению печей Аусмелт и Айзасмелт при оснащении их прямоточными фурмами показана модель формирования зон циркуляции расплава во внутреннем горне и их влияние на технологические параметры плавки.
Ключевые слова
Фурма типа TSL работает в режиме крутки спутных струй воздуха охлаждения и кислородовоздушной смеси (КВС). Это позволяет обеспечивать её охлаждение при погружении в расплав и организацию высокотемпературных процессов автогенной плавки в условиях печей Аусмелт и Айзасмелт. Вращение дутьевого факела улучшает массообмен в печи и повышает её производительность. Рассмотрение теоретических основ процессов крутки спутных струй, позволило разработать методику расчёта их основных параметров для условий плавки в печи Аусмелт и сделать математический анализ для различных режимов дутья. В соответствии с выполненной оценкой мы наблюдаем зависимость эффективной крутки как от конструктивной крутки, так и от количества и скорости истечения дутьевой смеси из завихрителей. Увеличение эффективной крутки спутных потоков создаёт предпосылки для образования обратных токов в устье фурмы, диаметр воронки которых становится сопоставимым с диаметрами внутренних труб фурмы. Увеличение диаметра воронки обратных токов сопровождается ростом угла раскрытия струи и уменьшением глубины проникновения в расплав дутьевого факела. Для оценки эффективности крутки предложена модель её расчёта применительно к печам Аусмелт и Айзасмелт. Контроль параметров крутки позволяет прогнозировать технологические параметры плавки и эффективно управлять процессом переработки сырья. Одновременно с этим при понимании параметров конструктивной крутки для конкретной используемой фурмы оператор на печи по изменению контролируемого приборами противодавления (сопротивления) дутью может контролировать состояние наконечника фурмы, не вынимая её из расплава, тем самым оптимизируя режим плавки и сокращая время простоя для обслуживания фурмы.