Zkušenosti s provozním využíváním modelu směsných oblastí na ZPO č. 2 v Třineckých železárnách, a.s.



Podobné dokumenty
POROVNÁNÍ MIKROČISTOTY OCELI PŘI POUŽITÍ DVOU TYPŮ PONORNÝCH VÝLEVEK. Jaroslav Pindor a Karel Michalek b

FYZIKÁLNÍ MODELOVÁNÍ ROZSAHU SMĚSNÉ OBLASTI VZNIKAJÍCÍ ZA NESTANDARDNÍCH PROVOZNÍCH PODMÍNEK

Vývoj modelu směsných oblastí pro ZPO č.1 v Třineckých železárnách, a.s.

NÁVRH A REALIZACE MODELU SMĚSNÝCH KUSŮ PRO BRAMOVÉ ZPO V PODMÍNKÁCH ArcelorMittal Ostrava a.s. Ladislav VÁLEK, Pavel JAGLA, Aleš MAREK

Ing. Tomáš MAUDER prof. Ing. František KAVIČKA, CSc. doc. Ing. Josef ŠTĚTINA, Ph.D.

MOŽNOSTI PREDIKCE DOSAŽENÍ POŽADOVANÉ LICÍ TEPLOTY OCELI PRO ZAŘÍZENÍ PLYNULÉHO ODLÉVÁNÍ

NOVÉ VÝROBNÍ TECHNOLOGIE VYBRANÝCH JAKOSTÍ SE ZAMĚŘENÍM NA SNÍŽENÍ VÝROBNÍCH NÁKLADŮ

TEPELNÁ PRÁCE TRUBKOVÉHO KRYSTALIZÁTORU THERMAL WORK OF THE TUBE CC MOULD

BRDSM core: Komplexní systém dynamického řízení kvality plynule odlévané oceli

NETYPICKÝ APROXIMAČNÍ MODEL PROUDĚNÍ OCELI V MEZIPÁNVI

Vliv tvaru ponorné výlevky na mikročistotu plynule odlévané oceli

INOVACE ODBORNÉHO VZDĚLÁVÁNÍ NA STŘEDNÍCH ŠKOLÁCH ZAMĚŘENÉ NA VYUŽÍVÁNÍ ENERGETICKÝCH ZDROJŮ PRO 21. STOLETÍ A NA JEJICH DOPAD NA ŽIVOTNÍ PROSTŘEDÍ

TECHNOLOGIE OHREVU PÁNVÍ NA VOD A JEJÍ PRÍNOSY TECHNOLOGY OF HEATING OF VOD LADLES AND ITS BENEFITS. Milan Cieslar a Jirí Dokoupil b

OPTIMALIZACE VNITŘNÍ KONFIGURACE MEZIPÁNVE PRO DOSAŽENÍ TEPLOTNÍ HOMOGENITY PLYNULE ODLÉVANÉ OCELI

Michalek Karel*, Gryc Karel*, Morávka Jan**

DOSAŽENÉ VÝSLEDKY PRI POUŽÍVÁNÍ KUBICKÝCH CU VLOŽEK KRYSTALIZÁTORU NA ZPO 1 V TŽ, A.S. TRINEC

POROVNÁNÍ SOUČINITELE SDÍLENÍ TEPLA PŘI VODOVZDUŠNÉM A VODNÍM CHLAZENÍ. Jiří Molínek Miroslav Příhoda Leoš Václavík:

BRDSM: Komplexní systém dynamického řízení kvality plynule odlévané oceli

VYUŽITÍ METOD TERMICKÉ ANALÝZY PRO STUDIUM TEPLOT FÁZOVÝCH PŘEMĚN REÁLNÝCH JAKOSTÍ OCELÍ VE VYSOKOTEPLOTNÍ OBLASTI

Numerická simulace přestupu tepla v segmentu výměníku tepla

PARAMETRY OVLIVŇUJÍCÍ ZARŮSTÁNÍ VÝLEVEK MEZIPÁNVE PŘI ODLÉVÁNÍ SBQ OCELÍ

CFD výpočtový model bazénu pro skladování použitého paliva na JE Temelín a jeho validace

PowerOPTI Řízení účinnosti tepelného cyklu

STANOVENÍ PRŮBĚHU ENTALPIE VYZDÍVKY PRO MODELOVÁNÍ OBĚHU LICÍCH PÁNVÍ V PODMÍNKÁCH OCELÁRNY MITTAL STEEL OSTRAVA

MODEL PREDIKCE KVALITY PLYNULE LITÝCH KRUHOVÝCH PŘEDLITKŮ NA ZPO 1 V TŽ, A.S.

CFD SIMULACE VE VOŠTINOVÉM KANÁLU CHLADIČE

ÚSTAV STROJÍRENSKÉ TECHNOLOGIE SLÉVÁRENSKÁ TECHNOLOGIE

Teplotní profily ve stěně krystalizátoru blokového ZPO

Stanovení délky tekutého jádra na sochorovém ZPO č. 1 Liquid core determination on billet CCM 1

VLIV VYSOKÉHO OBSAHU LEGUJÍCÍCH PŘÍSAD AL A TI NA TECHNOLOGII ZPRACOVÁNÍ OCELOVÉ TAVENINY

Centrum kompetence automobilového průmyslu Josefa Božka - AutoSympo a Kolokvium Božek 2. a , Roztoky -

U Úvod do modelování a simulace systémů

APLIKACE SIMULAČNÍHO PROGRAMU ANSYS PRO VÝUKU MIKROELEKTROTECHNICKÝCH TECHNOLOGIÍ

VÝVOJ METODY PRŮBĚŽNÉHO SLEDOVÁNÍ NÁKLADŮ V OCELÁRNĚ VÍTKOVICE STEEL, a.s. OSTRAVA

VÝVOJ ŘÍDICÍCH ALGORITMŮ HYDRAULICKÝCH POHONŮ S VYUŽITÍM SIGNÁLOVÉHO PROCESORU DSPACE

Fakulta metalurgie a materiálového inženýrství VŠB-TUO a její spolupráce s průmyslem

Modelování a simulace Lukáš Otte

Vliv mikrolegování oceli dle ČSN na mechanické vlastnosti. Ludvík Martínek, Martin Balcar, Pavel Fila, Jaroslav Novák, Libor Sochor

PARAMETRICKÁ STUDIE VÝPOČTU KOMBINACE JEDNOKOMPONENTNÍCH ÚČINKŮ ZATÍŽENÍ

Studium závislosti výpočetního času algoritmu GPC prediktivního řízení na volbě typu popisu matematického modelu v regulátoru

MODELOVÁNÍ VLIVU TECHNOLOGICKÝCH PARAMETRŮ NA POVRCHOVOU TEPLOTU KRUHOVÉHO PŘEDLITKU

ZÁSADNÍ POZNATKY Z ODLÉVÁNÍ JAKOSTI 19312

VERIFICATION OF FROUDE CRITERIA UTILIZATION IN FIELD OF PHYSICAL MODELLING OF METAL BATH FLOW

Algoritmizace diskrétních. Ing. Michal Dorda, Ph.D.

Využití tabulkového procesoru MS Excel

ANALÝZA A OPTIMALIZACE VÝROBNÍCH PROCESŮ MALOSÉRIOVÉ SLOŽITÉ VÝROBY V NOVÝCH VÝROBNÍCH PROSTORECH NA ZÁKLADĚ DISKRÉTNÍ SIMULACE

Tvarová optimalizace v prostředí ANSYS Workbench

NOVÉ MOŽNOSTI VÝROBY KRUHOVÝCH SOCHORŮ NA MODERNIZOVANÉM ZPO č. 1 V ARCELORMITTAL OSTRAVA A.S.

CFD simulace teplotně-hydraulické charakteristiky na modelu palivové tyči v oblasti distanční mřížky

Příspěvek do konference STČ 2008: Numerické modelování obtékání profilu NACA 0012 dvěma nemísitelnými tekutinami

Návrh a simulace zkušební stolice olejového čerpadla. Martin Krajíček

TEPLOTNÍHO POLE V MEZIKRUHOVÉM VERTIKÁLNÍM PRŮTOČNÉM KANÁLE OKOLO VYHŘÍVANÉ NEREZOVÉ TYČE

chemického modulu programu Flow123d

Modelování ustáleného a neustáleného proudění v okolí plynových sond. Mgr. Hana Baarová

OPTIMALIZACE PROVOZU OTOPNÉ SOUSTAVY BUDOVY PRO VZDĚLÁVÁNÍ PO JEJÍ REKONSTRUKCI

výroba oceli Identifikace RH procesu pomocí anizochronního modelu 1. Úvod 2. Popis modelů a dějů

VÝZKUM A VÝVOJ TECHNOLOGICKÝCH POSTUPŮ V OBLASTI MEZIPÁNVE RESEARCH AND DEVELOPMENT OF TECHNOLOGICAL METHODS WITHIN TUNDISH AREA

Výzkumné centrum spalovacích motorů a automobilů Josefa Božka - Kolokvium Božek 2010, Praha

VLIV TECHNOLOGICKÝCH PARAMETRŮ ODLÉVÁNÍ NA ROZLOŽENÍ TEPLOT V KRUHOVÉM KRYSTALIZÁTORU ZPO

Návod k použití programu pro výpočet dynamické odezvy spojitého nosníku

VÝZKUMNÁ ČINNOST PŘI VÝROBĚ SOCHORŮ v ArcelorMittal Ostrava a.s. RESEARCH ACTIVITY CONNECTED WITH BILLETS PRODUCTION at ArcelorMittal Ostrava a.s.

Lítáme v 3D tisku? Ing. Jaroslav Vtípil, Ph.D. Ing. Andrej Chrzanowski

PROJEKT II kz

Odborná zpráva projektu TAČR GAMA č. TG rok Evidovaná APOLLO

LADISLAV RUDOLF. Doc., Ing., Ph.D., University of Ostrava, Pedagogical fakulty, Department of Technical and Vocational Education, Czech Republic

Systém větrání využívající Coanda efekt

AKTUÁLNÍ STAV VYUŽÍVÁNÍ NÁKLADOVÝCH MODELU PRI RÍZENÍ NÁKLADOVOSTI V PODMÍNKÁCH OCELÁRNY VÍTKOVICE STEEL, A.S.

VÝVOJ V AUTOMATOVÝCH OCELÍCH, ZVYŠOVÁNÍ OBROBITELNOSTI BISMUTEM ; OLOVEM V TŽ, A.S.

BEZSTYKOVÁ KOLEJ NA MOSTECH

NUMERICKÉ MODELOVÁNÍ VLIVU SEKUNDÁRNÍHO CHLAZENÍ NA PROCES TUHNUTÍ SOCHOROVÉHO PŘEDLITKU

Software pro modelování chování systému tlakové kanalizační sítě Popis metodiky a ukázka aplikace

Numerické řešení proudění stupněm experimentální vzduchové turbíny a budících sil na lopatky

Proudění vzduchu v chladícím kanálu ventilátoru lokomotivy

Metody analýzy modelů. Radek Pelánek

EXPERIMENTÁLNÍ MECHANIKA 1. Jan Krystek

Rozvoj tepla v betonových konstrukcích

MODÁLNÍ ANALÝZA ZVEDACÍ PLOŠINY S NELINEÁRNÍ VAZBOU

NUMERICKÝ VÝPOČET RADIÁLNÍHO VENTILÁTORU V KLIMATIZAČNÍ JEDNOTCE

KNIHOVNA MODELŮ TECHNOLOGICKÝCH PROCESŮ

Experimentální ověření možností stanovení příčné tuhosti flexi-coil pružin

POSTUPY SIMULACÍ SLOŽITÝCH ÚLOH AERODYNAMIKY KOLEJOVÝCH VOZIDEL

Robustnost regulátorů PI a PID

MĚŘENÍ A MODELOVÁNÍ TEPLOTNÍCH POLÍ KOKILY S NÁTĚREM. Technická univerzita v Liberci, Háklova Liberec 1, ČR

POROVNÁNÍ TEPLOT SOLIDU A LIKVIDU OCELÍ S34MnV, 20MnMoNi5-5 ZÍSKANÝCH POMOCÍ METOD TERMICKÉ ANALÝZY A VÝPOČTŮ

NUMERICKÉ MODELOVÁNÍ ÚČINKŮ ZATÍŽENÍ KONSTRUKCÍ

SLEDOVÁNÍ AKTIVITY KYSLÍKU PŘI VÝROBĚ LITINY S KULIČKOVÝM GRAFITEM

MATEMATICKÉ MODELY PŘENOSOVÝCH DĚJŮ PŘI PRODMÝCHÁVÁNÍ OCELI V LICÍ PÁNVI INERTNÍM PLYNEM

Využití časové odchylky lití při operativním řízení ocelárny

SYSTÉM TECHNICKO-EKONOMICKÉ ANALÝZY VÝROBY TEKUTÉHO KOVU - CESTA KE SNIŽOVÁNÍ NÁKLADŮ

WIDE AREA MONITORING SYSTEM (WAMS) METEL

OSA. maximalizace minimalizace 1/22

- 3 NO X, bude nezbytně nutné sáhnout i k realizaci sekundárních opatření redukce NO X.

Software pro formování dielektrika kondenzátorů

Problematika plánování na kyslíkové ocelárně

Pavol Bukviš 1, Pavel Fiala 2

HODNOCENÍ VLASTNOSTÍ VÝKOVKŮ ROTORŮ Z OCELI 26NiCrMoV115

ZPRÁVA Z PRŮMYSLOVÉ PRAXE

Vodní režim půd a jeho vliv na extrémní hydrologické jevy v měřítku malého povodí. Miroslav Tesař, Miloslav Šír, Václav Eliáš

VLIV KMITÁNÍ TRUBKY NA PŘESTUP TEPLA V KANÁLU MEZIKRUHOVÉHO PRŮŘEZU

KEE / MS Modelování elektrických sítí

Transkript:

Hutnické listy č.1/2008 Výroba oceli Zkušenosti s provozním využíváním modelu směsných oblastí na ZPO č. 2 v Třineckých železárnách, a.s. Prof. Ing. Karel Michalek, CSc., Ing. Karel Gryc, Katedra metalurgie, VŠB-Technická univerzita Ostrava Ing. Jan Morávka, Ph.D., Ing. Vladislav Mrajca, CSc., Třinecký inženýring, a. s., Třinec Ing. Jan Klapsia, Ing. Miroslav Szymanik, Ing. Petr Walek, Třinecké železárny, a. s., Třinec Příspěvek je věnován řízení rozsahu směsné oblasti na ZPO č. 2 v Třineckých železárnách, a.s. na základě využití moderních experimentálních a matematicko-statistických metod. Prvního června 2007 uplynuly dva roky od doby, kdy byla na ZPO č. 2 zcela zprovozněna SW aplikace tzv. modelu směsných oblastí (MSO). V předkládaném příspěvku je nejprve provedeno vyhodnocení přínosu řízení směsné oblasti původní, vytvořenou SW aplikací MSO. Druhá část je věnována stručné rekapitulaci rozsáhlé interdisciplinární vědecko-výzkumné činnosti řešitelského kolektivu, která umožnila precizní funkčnost celého systému řízení směsných oblastí. Jsou shrnuty postupy provozní verifikace, matematického modelování pomocí CFD programu FLUENT, fyzikálních simulací na vodním modelu mezipánve, aproximačních a matematicko-statistických metod vedoucích k vytvoření vlastního modelu řízení směsné oblasti. 1. Úvod Jedním ze základních předpokladů zvyšování produktivity plynulého odlévání oceli je zvětšování počtu taveb odlévaných v jedné sekvenci pokud možno bez přerušení lití a následných restartů. Praktická realizace tohoto požadavku však zákonitě vede k nutnosti odlévání různých značek oceli v jediné sekvenci. V průběhu změny značky oceli dochází v mezipánvi a rovněž i v tekutém jádře tuhnoucího předlitku ke vzájemnému smíchávání těchto ocelí, což vede ke vzniku takové oceli, která svým složením neodpovídá ani předchozí značce a ani následně odlévané značce. V plynule odlévaném předlitku tak vzniká tzv. směsná oblast, jejíž chemické složení je mimo tolerance chemického složení odlévaných značek ocelí (obrázek 1). Snahou provozovatelů ZPO je minimalizovat rozsah této oblasti, resp. verifikovat její skutečný rozsah s cílem implementovat tyto výsledky do automatického systému řízení ZPO a sledování kvality předlitku. Na rozsah směsné oblasti v případě sekvenčního odlévání má zásadní vliv stupeň odlišnosti chemického složení [1] obou odlévaných ocelí a jeho povolená tolerance. V oblasti výzkumu směsných oblastí bylo dosaženo řady významných poznatků a to především díky využívání možností, které nabízí fyzikální a numerické modelování v kombinaci s provozním měřením. 2. Model řízení směsné oblasti v provozní praxi Po přípravných pracích a off-line ověřování SW aplikace MSO byla tato dne 1. 6. 2005 na základě rozhodnutí technologů, spuštěna v on-line režimu, tzn. byla zahájena běžná výroba s tímto modelem (do té doby byl používán původní model firmy CONCAST). MSO je od té doby plně funkční a pracuje automaticky ve třech základních režimech, a to v režimu tzv. ostrého rozhraní (bez směsných oblastí v TŽ, a.s. se nepoužívá), v režimu klasické směsné oblasti a v režimu pro odlévání kordové jakosti oceli (modifikovaný klasický režim se změnou u první a poslední tavby v sekvenci). 2.1 Provozní verifikace Obr. 1 Směsná oblast v plynule litém předlitku Fig. 1 Transition zone in the continuously cast billet V průběhu provozování nového modelu MSO se naskytla možnost vzájemného porovnání rozsahu směsných oblastí (sochorů) stanovených modelem MSO s výsledky stanovení chemického složení oceli po délce odlitých sochorů. K tomu účelu bylo využito tří taveb T1 až T3, u kterých se lišil obsah hliníku viz obrázek 2. Spektrální analýza zaměřena na obsah Al byla provedena u 7 vybraných sochorů (S1 až S7) odlitých na licím proudu č. 8. Tento licí proud byl vybrán z důvodu jeho největší vzdálenosti od ústí stínicí trubice do mezipánve. 21

Výroba oceli Hutnické listy č.1/2008 hm. obsah Al [0.001 %] 100 90 80 70 60 50 40 Měřené hodnoty obsahu Al v sochorech S1 až S7 H10 A1 A2 A1 A2 3 4-9 H10 tavba tavba 54 T2 678 S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 Obr. 2 Průběh měřených hodnot obsahu hliníku v následných sochorech Fig. 2 Course of measured Al concentrations in sequential billets Sochor S1 náležel k tavbě T1 (provozní označení H10 směsná oblast konce tavby, 10. předlitek tavby). Sochory S2 a S3 představovaly první a druhý předlitek tavby T2 (provozní značka A směsná oblast na začátku tavby). Experimentální označení S4 přísluší 3. předlitku odlitému na licím proudu č. 8 v tavbě T2. Systém MSO jej již, zcela korektně, identifikoval jako plně odpovídající chemickému složení této tavby. Na 4. až 9. předlitku z daného proudu nebyly analýzy prováděny. Byl analyzován až 10. předlitek tavby T2 (H10) a následující první dva předlitky z tavby T3. Z uvedeného obrázku je patrné, že provozovaná aplikace MSO velmi dobře a s rezervou určila nejen počet směsných sochorů, ale i rozhraní jednotlivých taveb. Nejvýraznější změny chemického složení byly detekovány právě na tomto stanoveném rozhraní, tzn. v rámci sochorů H10 a A1. Ze současného pohledu je provozovaný model směsných oblastí hodnocen jako robustní, stabilní, přitom poměrně jednoduchý a dostatečně přesný. 2.2 Hodnocení přínosu Vyhodnocení výskytu a parametrů všech čistých i směsných předlitků v průběhu provozování modelu bylo uskutečněno vícekrát. Porovnával se podíl směsných oblastí při používání původního modelu firmy CONCAST a nově vytvořeného modelu MSO [2]. Za první rok provozu modelu MSO (od 1. 6. 2005 do 31. 5. 2006) bylo na ZPO č. 2 vyrobeno 6450 taveb, z toho u 968 taveb byla jedna nebo obě směsné oblasti přeřazeny na jinou jakost, což činí asi 15 %. Z dostupných údajů cen za sledované období bylo zjištěno, že ocel z přeřazené směsné oblasti je průměrně o 6 % levnější oproti oceli z čisté oblasti. Lze odhadnout, že samotné snížení počtu směsných sochorů asi o 46 % může ročně přinést velmi výrazné úspory. Pokud bude komplexněji a dlouhodoběji hodnocen ekonomický přínos MSO, pak lze předpokládat [3], že dojde ke: zvýšení podílu krytí jednotlivých zakázek z jedné tavby, snížení nákladů na realizaci zakázek, snížení nákladů spojených s nutností přeřadit směsné předlitky na jinou značku oceli a na zakázku, ke které byla tavba odlita, snížení nároků na skladovací prostor, manipulaci a důkladnější chemické analýzy, zvýšení produktivity práce. Nezanedbatelným přínosem MSO je zvýšení komfortu práce obsluhy na velínu pálicích strojů pracovníci a technologové dnes mají na inovovaných moderních monitorech a díky inovovanému SW velmi dobrý přehled o počtech a číslech předlitků na jednotlivých licích proudech, jako i o stavu jejich ložení, odsunu a chlazení včetně velmi propracované grafické vizualizace jejich pohybu. Bez výhrad lze tedy konstatovat, že používaný model MSO v technologické praxi ZPO č. 2 je významným inovativním krokem v modernizaci a optimalizaci části procesu plynulého dolévání sochorů. 3. Historie vývoje modelu směsné oblasti Vlastnímu zprovoznění MSO předcházel dlouhodobý a náročný výzkum v oblasti fyzikálního a numerického modelování pochodů při vzájemném směšování dvou tavenin v podmínkách mezipánve plynulého odlévání. Výsledky z těchto simulací bylo nutné vhodným způsobem pomocí matematicko-statistických metod dále zpracovat, tzn. provést tzv. identifikaci procesu. Získané matematické vztahy pak byly použity pro algoritmizaci celé úlohy a sestavení SW aplikace. Celý komplex prací kolem řešení směsných oblastí byl doplněn a v podstatě zahájen cíleným provozním pokusem, který byl zaměřen i na provozní verifikaci skutečného rozsahu směsných oblastí v odlévaných předlitcích. Průběh hlavních vývojových a implementačních operací je znázorněn na obrázku 3 a bude detailněji diskutován v následujících kapitolách. Fyzikální a numerické modelování Aproximace a regrese DOE Algoritmus SW aplikace MSO Provozní ověřování Obr. 3 Schéma tvorby a ověřování MSO na ZPO 2 v TŽ, a.s. Fig. 3 Schema of CCM No. 2 MSO developing and verifying in TŽ, a.s. 3.1 Provozní ověření rozsahu směsné oblasti Provozní experiment byl proveden již v březnu roku 2002 a jeho podstata spočívala v křížovém nalegování dvou po sobě odlévaných taveb přísadou niklu a mědi [4]. Na odlitých sochorech pak byly pomocí mobilního spektrometru stanoveny obsahy uvedených prvků, a to nejen po jejich délce v rozestupu cca 50 cm, ale i na vybraných příčných řezech viz obrázek 4. Výsledky získané z tohoto provozního experimentu byly po zpracování použity k verifikaci výsledků fyzikálního a numerického modelování. 22

Hutnické listy č.1/2008 Výroba oceli Obr. 4 Vybrané sochory a detail na příčnou spektrální analýzu provozního experimentu Fig. 4 Selected billets and cross spectral analysis detail of plant experiment 3.2 Fyzikální a numerické modelování vzniku a rozsahu směsné oblasti Stěžejní části řešení problematiky směsných oblastí bylo provedení fyzikálního a numerického modelování pochodů v mezipánvi při vzájemném směšování dvou různých tavenin. Pro modelový výzkum byl použit fyzikální model v délkovém měřítku 1:3, na kterém bylo provedeno více než 110 samostatných experimentů, které byly zaměřeny na posouzení základních modelových variant a vlivu změn okrajových podmínek (licí rychlosti, hmotnosti oceli v mezipánvi, rozdílu teplot oceli, vlivu zastavení licích proudů ad.). Pro vybrané varianty byly rovněž provedeny numerické simulace pomocí CFD programu Fluent. Obr. 6 Teplotní pole a detail výpočetní sítě z numerického modelování v prostředí CFD programu FLUENT Fig. 6 Temperature field and computational mash from numerical modeling in the CFD program FLUENT Na obrázku 7 je pak provedeno porovnání výsledků fyzikálního modelování (křivka) a již zmiňovaného provozního experimentu (body). Z grafu je patrná poměrně dobrá shoda obou trendů. Mírné odlišnosti jsou způsobeny nižší rychlostí doplňování mezipánve při fyzikálním modelování a taktéž vyšším rozdílem mezi výchozí (8 t) a nominální (15 t) hmotností lázně. Čas dosažení nominální hladiny lázně v případě fyzikálního modelu je 368 s, v provozním případě pak 250 s. bezrozměrná koncentrace; 1 1,1 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0 LP 6 ST Ni 0 100 200 300 400 500 čas; s Obr. 7 Porovnání výsledků provozního experimentu s výstupy fyzikálního modelování u předlitků licího proudu č. 6 Fig. 7 Comparison of plant experiment and physical modeling results of No. 6 casting strand Obr. 5 Vizualizace fyzikálního modelování rozsahu směsné oblasti Fig. 5 Physical modeling visualization of transition zone extent Na obrázku 5 je zachycena vizualizace jednoho z prováděných pokusů na fyzikálním vodním modelu včetně celkového pohledu na vlastní model mezipánve B ZPO č. 2. Obrázek 6 pak nabízí pohled na výsledky numerické simulace, konkrétně se zde jedná o výsledky rozložení teplotního pole a výřez výpočetní sítě v oblasti licího proudu č. 5. Porovnání průběhů přechodových křivek z numerického a fyzikálního modelování pro podmínky 15 t oceli v mezipánvi a neizotermický charakter proudění je uvedeno na obrázku 8, a to pro licí proudy č.6 a č.7. Z obrázků je patrná nejen poměrně dobrá shoda časových relací, ale i shoda průběhu křivek, která vypovídá i o dosažení analogického charakteru proudění ve fyzikálním modelu a v prostředí numerické simulace. Obdobné shody bylo dosaženo i pro další licí proudy a rovněž pro izotermické podmínky proudění. Výsledky získané z fyzikálního modelování sloužily ke zpřesnění a verifikaci výsledků numerického modelování. 23

Výroba oceli Hutnické listy č.1/2008 dimensionless concentration; - 1.0 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 numerical 0.0-200 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 time; s physical Obr. 8 Porovnání průběhů přechodových křivek z numerického a fyzikálního modelování pro podmínky 15 t oceli v mezipánvi a neizotermický charakter proudění u licího proudu č.6 a č.7 Fig. 8 Transition curves comparison of numerical and physical modeling for non-isothermal flow character, 15 tons of steel in the tundish, casting strands No. 6 and 7 conditions 3.3 Matematicko-statistické zpracování dat V další části řešení byly výsledky z modelového studia zpracovány pomocí aproximačních metod s cílem nalézt vyhovující způsob implementace výsledků do provozní praxe. Byl navržen a s úspěchem ověřen původní tzv. překryvný aproximační model, vycházející z Laplaceovy transformace a umožňující výstižnou aproximaci přechodových dějů také při neizotermických podmínkách a u krajních výtoků z mezipánve (licích proudů). Uvedený aproximační model je originální, nestandardní, tzv. dvoustupňový, kombinovaný, paralelně sériový, nespojitý (v derivaci, ale ne v samotné přechodové funkci) typu NSp2dz (nespojitý model typu soustava proporcionální nekmitavá 2.řádu s dopravním zpožděním), umožňující popsat: dopravní zpoždění (prodlevu) v počáteční fázi přechodového děje, rychlý počáteční nárůst koncentrace, či teploty po odeznění dopravního zpoždění, další navazující pozvolný nárůst (obou) veličin. Představa vychází z hypotetického modelu MP podle [1], obsahujícího tři části: kde po odeznění dopravního zpoždění T d (způsobeného pístovým tokem oceli), dochází na krátkou dobu ke strmému nárůstu koncentrace (způsobeného mrtvým objemem oceli, resp. zmenšením celkového objemu MP o mrtvý objem, malá časová konstanta T 1 čím větší je mrtvý objem, tím menší je časová konstanta), který je posléze překryt zkratovým prouděním (působícím od počátku změny koncentrace jako úplné promíchávání celého objemu MP, velká časová konstanta T 2 ). Dalším a jiným vysvětlením fungování modelu by mohla být interakce přímého a od stěny odraženého zpětného, reverzního toku, či toku spodního a horního (zvláště v případě neizotermického proudění). Matematický tvar modelu vychází z průběhu přechodové funkce (tj. z přechodové charakteristiky) znázorněné na obrázku 9: 1 h p h(t) T 1 A B C T d t p P Obr. 9 Přechodová křivka překryvného aproximačního modelu Fig. 9 The transition curve of the original non-standard approximate model Matematický model přechodové funkce obsahuje 3 časové konstanty T d, T 1, T 2 a má tři na sebe navazující části A, B, C (časově oddělené dopravním zpožděním T d a dobou přepnutí, či překrytí t p ), ve kterých platí následující dílčí podmínky a vztahy: A : t T d ha( t) = 0 B : Td < t t p hb ( t) = 1 exp( ( t Td ) / T1 ) (1) C : t > t p hc ( t) = 1 exp( t / T2 ) Aproximované přechodové charakteristiky získané z jednotlivých pokusů byly dále podrobeny matematicko-statistické analýze spojené s využitím metody plánovaného experimentu (DOE Design Of Experiment). 4. Algoritmizace a provozní aplikace modelu verifikace a řízení směsných oblastí V poslední fázi řešení byl ze statisticko-matematicky zpracovaných výsledků fyzikálního a numerického modelování vytvořen model verifikace a řízení směsných oblastí (obrázek 10). VSTUPY: čísla taveb staré (old) a nové (new) délky předlitků v tavbách DTP ocelí taveb (min/max, 12 prvků) chemická analýza taveb teploty ocelí v tavbách čas otevření licí pánve (LP) váha oceli v mezipánvi (MP) počet otevřených licích proudů (LPr) časy otevření licích proudù rychlosti výtoků oceli licích proudù T 2 Model stanovení směsných oblastí (MSO) Obr. 10 Schéma modelu směsných oblastí (MSO) Fig. 10 Diagram of transition zone model t s VÝSTUPY pro každý aktivní licí proud: časové charakteristiky směsné oblasti délky a hmotnosti směsné oblasti předlitky patřící do směsné oblasti vizualizace směsné oblasti (předlitky) ukládání výstupů to tabulek databáze t 24

Hutnické listy č.1/2008 Výroba oceli MSO pracuje jako kombinovaný staticko-dynamický rekurentní výpočtový model. Znamená to, že v 1. verzi modelu bez uvažování chemického složení ocelí: statická část vychází z počátečních podmínek v období po otevření licí pánve (LP), ze kterých se uskuteční jednorázově výpočet směsných oblastí pro dvojici navazujících taveb, dynamická část v období od otevření LP do konce směsné oblasti počítá rekurentně (s periodou 5 s) tyto oblasti na základě změn počtu aktivních licích proudů a výtokové rychlosti oceli z jednotlivých výlevek mezipánve. Dalším výstupem této části je stanovení tzv. rozhraní taveb umožňující určit rozdělení vypočtené směsné oblasti do předchozí a následující tavby. MSO byl a je ověřován simulačně (v off-line režimu) v tabulkovém procesoru Excel, kde jsou jednotlivé parametry modelu nastavovány a verifikovány. Při simulacích se také zkoušejí extrémní provozní situace. Po jeho testování a ladění, byl model řízení směsné oblasti (MSO) naprogramován a implementován do systému řízení ZPO č. 2 v TŽ, a.s. Jak již bylo uvedeno výše, je softwarová aplikace modelu směsných oblastí v plném provozu od 1. června 2005. Otestovaný algoritmus modelu směsných oblastí (MSO) byl naprogramován v jazyce Visual Basic a implementován jako SW aplikace ZPO2 Licí stroj do tzv. systému V.I.S. výrobního informačního systému Třineckých železáren, a.s. Aplikace obsahuje 4 obrazovky: Stojan, Oblouk, Oblouk cross a Cross transfer. Na obrázku 11 jsou znázorněny příklady uvedených on-line obrazovek, dostupných obsluze při monitoringu výroby na licím stroji. Obr. 11 Pohled na grafický výstup MSO dostupný obsluze ZPO č. 2 Fig. 11 View on the monitor display of transition zone model for CCM No. 2 operators Obrazovka Stojan prezentuje situaci na licím stojanu a v obou mezipánvích ZPO č. 2. Světlejší odstín (žluté barvy) lázně představuje čistou ocel předchozí (světlejší část v mezi-pánvích) s uvedením zbývající tonáže předchozí tavby. V licí pánvi je následující tavba, která vtéká oběma stínícími trubicemi uvedeným hmotnostním průtokem do mezipánví. Tmavější část (zelené barvy) taveniny v mezipánvích představuje, velice zjednodušeně, podíl směsné oceli. Na obrazovce Oblouk může obsluha ZPO č. 2 sledovat posun jednotlivých předlitků (dělených příčnou čarou) z úrovně krystalizátorů až po pálicí stroj. Ve středech jednotlivých předlitků jsou uvedena jejich čísla příslušející k tavbě a licímu proudu. Tmavější předlitky (fialové barvy pro počáteční směsné předlitky v tavbě, tzv. směsné A, hnědé barvy pro koncové směsné předlitky v tavbě, tzv. směsné H) opět představují sochory s nevyhovujícím chemickým složením směsnou oblast. Světlá (žlutá) barva představuje tzv. čistou jakost. Situaci za paličkami je možno monitorovat v on-line režimu prostřednictvím obrazovky Cross transfer. V dolní části obrazovky lze sledovat vertikální pohyb upálených sochorů na pozicích zarážka, ražení a cross. V pravé části obrazovky je viditelný horizontální posun sochorů na odsunovacím roštu chladicího lože. Podrobnější popis principů, přístupů a metod tvorby MSO je uveden v publikovaných materiálech [5], [6], [7], [8]. 5. Závěr Z dvouletého bezproblémového provozování SW aplikace Modelu směsných oblastí MSO na ZPO č. 2 v Třineckých železárnách, a. s. lze vyzdvihnout zejména následující skutečnosti: zavedením MSO do řízení výroby došlo k rapidnímu snížení podílu směsných předlitků ke všem předlitkům z 51 % na 27 %, což znamená pokles relativního výskytu směsných předlitků asi o 46 % (na základě analýzy prvního roku provozu), výrazné snížení rozsahu směsných oblastí bylo predikováno již výsledky z provozního experimentu a dat postupně získávaných z fyzikálního i numerického modelování, verifikace, čili ověření správnosti výpočtu délek směsných oblastí byla provedena na tavbě s vyšším výskytem obsahu hliníku v oceli. SW aplikace bezpečně stanovila směsné sochory, stávající model MSO v provozované SW aplikaci se jeví jako robustní, stabilní, jednoduchý a dostatečně přesný. Umožňuje s rezervou stanovovat směsné předlitky. MSO je výsledkem dlouhodobé a výborné interdisciplinární spolupráce několika teoretických i provozních pracovišť. Ukázkově dokumentuje proklamované spojení teorie s praxí a může být příkladem pro další oblasti řešení problému technologie. V současnosti jsou díky úspěšnému řešení MSO na ZPO č. 2 získané zkušenosti a prověřené postupy řešení problematiky řízení rozsahu směsné oblasti v maximální míře využívány a dále rozšiřovány a prohlubovány při 25

Výroba oceli Hutnické listy č.1/2008 vývoji modifikované a složitější varianty MSO na pracovišti ZPO č. 1 v TŽ, a.s. Literatura [1] Michalek, K. Využití fyzikálního a numerického modelování pro optimalizaci metalurgických procesů. VŠB-TU Ostrava, 2001, 125 s. ISBN 80-7078-861-5. [2] Klapsia, J., Morávka, J., Mrajca, V. aj. Provozní ověřování modelu směsných oblastí na ZPO 2 v TŽ, a.s. Třinec. In Sborník přednášek 22. celostátní konference s mezinárodní účastí Teorie a praxe výroby a zpracování oceli, Rožnov pod Radhoštěm. Ostrava: Tanger, 4.-5.4.2006, s. 126-132. ISBN 80-86840-15-8. [3] Gryc, K. Problematika vzniku přechodových jakostí u plynule odlévaných předlitků. Diplomová práce. Ostrava: KM FMMI VŠB-TU Ostrava, 15.5.2003, 120 s. [4] Michalek, K., Pindor, J., Sawová M., Gryc K., Pieprzyca, J. Plant observation s results of the transition zones in blanks 150 150 mm continuously cast at CC-machine No. 2 in Třinecké železárny, a.s. In XIII. International Scientific Conference "Iron and Steelmaking", Szczyrk, 2003, s. 207-210. ISBN 83-89776-00-6. [5] Michalek, K., Morávka, J., Mrajca, V. aj. Modelování vzniku směsné oblasti a možnosti implementace výsledků do systému řízení ZPO. In Sborník přednášek 20. celostátní konference s mezinárodní účastí Teorie a praxe výroby a zpracování oceli, Rožnov pod Radhoštěm. Ostrava: Tanger, 5.-6.4.2004, s. 105-111. ISBN 80-86840-08-5. [6] Klapsia, J., Mrajca, V., Morávka, J. aj. SW aplikace modelu minimalizace směsných oblastí na ZPO Č. 2 v Třineckých železárnách, a.s. In Sborník přednášek XV. International Scientific Conference Iron and Steelmaking, sekce II Technologie výroby oceli, 14.-16.9. Malenovice. 1.vyd. Ostrava: VŠB-TU, listopad 2005, s.194-197. ISBN 80-248-0947-8. [7] Michalek, K., Sawová M., Gryc, K. aj. Modelling of transition phenomena in tundish during grade change of CC-steel. In Sborník přednášek 1.mezinárodní konference SteelSim 2005 Simulation and modelling of metalurgical processes in steelmaking, Brno, 25-27 October. Třinec: T-print, říjen 2005, s.115-130. ISBN 80-239-5005-3. [8] Morávka, J., Mrajca, V., Michalek, K. aj. Possible ways of processing results of transition phenomena occuring in the tundish using approximation methods and their implementation in field practice. In Sborník přednášek 1. mezinárodní konference SteelSim 2005 Simulation and modelling of metalurgical processes in steelmaking, Brno, 25-27 October. Třinec: T-print, říjen 2005, s.131-145. ISBN 80-239-5005-3. Recenze: Ing. Jaroslav Pindor, Ph.D. International Conference on CLEAN TECHNOLOGIES IN THE STEEL INDUSTRY 23-25 September 2008 Ostrava, Czech Republic FIRST ANNOUNCEMENT CALL FOR PAPERS... CLEAN TECHNOLOGIES IN THE STEEL INDUSTRY organised by the Czech Metallurgical Society (CMS), Technical University (TU) Ostrava Czech Republic www.trz.cz/conference 26