Preview

Известия Высших Учебных Заведений. Черная Металлургия

Расширенный поиск

Планирование численного и физического эксперимента при моделировании технологических процессов

https://doi.org/10.17073/0368-0797-2019-9-737-742

Полный текст:

Аннотация

Технологические процессы являются многофакторными. Выбор наиболее значимых из них для корректного анализа объекта исследований является важной задачей. Для такого ранжирования факторов исследователи обычно опираются на собственный опыт или мнения специалистов в этой области, оценивая их согласованность по математическим критериям. Однако при разработке нового процесса такой подход не может быть использован. В этом случае прибегают к экспериментальным методам отбора факторов. Но затратность, длительность, а иногда и невозможность использования этого метода очевидна. В настоящей работе использован другой подход. Было учтено, что термодинамическое моделирование является экспериментом, но только численным. Поэтому к нему можно применить метод математичес кого планирования эксперимента, позволяющий при одном расчете учесть влияние на целевую функцию более десятка факторов. Получаемые в этом случае частные зависимости показателей процесса позволяют без постановки физических экспериментов отсеять малозначимые факторы и оставить сильные. Другим важным преимуществом применения предлагаемого подхода является возможность оценки динамики изменения фазового и элементного состава продуктов плавки, порога реализуемости процесса по шихтовым и температурным условиям с контролем достоверности полученных данных по математическим критериям. Метод позволяет также вывести обобщенное уравнение зависимости контролируемого параметра процесса от всех влияющих факторов, что невозможно при обычном моделировании. Для иллюстрации такой подход применен в ходе разработки технологии производства ферробора карботермическим способом с использованием местного сырья. Термодинамическое моделирование выполнено с применением заранее отобранных расчетным путем факторов. Их же использовали при физическом моделировании процесса на высокотемпературной печи. Эксперимент подтвердил значимость отобранных теоретическим способом факторов. Применением метода планирования достигнуто также сокращение количества численных экспериментов в 25, а физических в 125 раз без ущерба для точности прогнозируемых данных. Использование изложенного подхода позволяет сопоставлением расчетных данных с результатами физического эксперимента разработать меры по приближению практических результатов к равновесным с применением сильно действующих факторов.

Об авторах

А. А. Акбердин
Химико-металлургический институт им. Ж. Абишева
Казахстан

Доктор технических наук, профессор, заведующий лабораторией «Бор».

100009, Караганда, ул. Ермекова, 63



А. С. Ким
Химико-металлургический институт им. Ж. Абишева
Казахстан

Доктор технических наук, главный научный сотрудник лаборатории «Бор».

100009, Караганда, ул. Ермекова, 63



Р. Б. Султангазиев
Химико-металлургический институт им. Ж. Абишева
Казахстан

PhD, старший научный сотрудник лаборатории «Бор».

100009, Караганда, ул. Ермекова, 63



Список литературы

1. Andersson J.O., Helander T., Höglund L. etc. Thermo-Calc and DICTRA, Computational tools for materials science // Calphad. 2002. Vol. 26. P. 273 – 312.

2. Трусов Б.Г. Моделирование химических и фазовых равновесий при высоких температурах (АСТРА.4). Версия 1.06. – М.: МГТУ им. Баумана, 1991. – 37 с.

3. Белов Г.В. Термодинамическое моделирование: методы, алгоритмы, программы. – М.: Научный Мир, 2002. – 186 с.

4. Ватолин Н.А., Моисеев Г.К., Трусов Б.Г. Термодинамическое моделирование в высокотемпературных неорганических системах. – М.: Металлургия, 1994. – 352 с.

5. Моисеев Г.К., Вяткин Г.П.Термодинамическое моделирование в неорганических системах. – Челябинск: Изд-во ЮжноУральс кого государственного университета, 1999. – 256 с.

6. Пупышев А.А., Музгин В.Н., Васильева Н.Л. Термодинамическое моделирование атомизации элементов в пламенах ацетилен – воздух, ацетилен – оксид азота (I), пропан (бутан) – оксид азота (I) и метилацетилен – воздух // Журнал аналитической химии. 1992. Т. 47. № 8. C. 1278 – 1292.

7. Толеуова А.Р. Фазовый анализ диаграммы Al-Cu-Mn-Zr с использованием программы Thermo-Calc // Вестник КазНТУ. 2011. № 3 (85). C. 187 – 192.

8. Ловшенко Г.Ф. Термодинамическое моделирование фазовых превращений при реакционном механическом легировании композиций на основе меди // Вестник Белорусско-Российского университета. 2006. № 1. С. 130 – 137.

9. Девяткин П.Н. Современные возможности определения равновесного состава многокомпонентных химических систем // Вестник МГТУ. 2010. Т. 13. № 4/2. С. 899 – 901.

10. Пупышев А.А., Васильева Н.Л, Музгин В.Н. Термодинамическое моделирование термохимических процессов в дуговом разряде с испарением вещества пробы из электрода // Журнал аналитической химии. 1997. Т. 52. № 6. С. 615 – 628.

11. Адлер Ю.П., Маркова Е.В., Грановский Ю.В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. – М.: Наука, 1976. – 269 с.

12. Белов Г.В., Трусов Б.Г. Термодинамическое моделирование химически реагирующих систем. – М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2013. – 96 с.

13. Трусов Б.Г. Программная система ТЕРРА для моделирования фазовых и химических равновесий в плазмохимических системах // III Междунар. симпозиум по теоретической и прикладной плазмохимии: Сб. матер. Т. 1. – Иваново, 2002. С. 217 – 220.

14. Протодьяконов М.М., Тедер Р.И. Методика рационального планирования экспериментов. – М.: Наука, 1970. – 76 с.

15. Беляев С.В., Малышев В.П. Пути развития вероятностно-детерминированного планирования эксперимента // Комплексная переработка минерального сырья Казахстана. Состояние, проблемы, решения. – В 10-ти томах. Т. 9: Информационные технологии в минерально-сырьевом комплексе. Глава 8. – Алматы, 2008. С. 599 – 633.

16. Малышев В.П. Особенности экстраполяции и ограничения уравнения Протодьяконова // Вестник АН КазССР. 1982. № 2. С. 43 – 47.

17. Ким В.А., Надырбеков А.К., Ли А.М. и др. Технологии получения и использования спецкокса из шубаркольских углей // Тр. Междунар. науч.-практич. конф., посвященной 40-летию КарМетИ «Научно-технический прогресс в металлургии»: Сб. науч. Тр. КГИУ. – Темиртау, 2000. С. 156 – 158.

18. Назаров Б.К., Акбердин А.А. Термодинамический анализ системы B2O3-CaO-SiO2-Al2O3 // Известия АН СССР. Металлы. 1986. № 6. С. 61– 63.

19. Isagulov A., Akberdin A., Sultangaziyev R. etc. Diagram of equilib rium phase composition of Fe–C–Si–B system // Croatia Croatian Metalurgical Society Metalurgija. 2016. No. 3 (55). P. 305 – 308.

20. Омесь Ю.Н., Вихлевщук В.А., Кекух А.В. и др. Технология микролегирования стали карботермическим ферробором // Металлургическая и горнорудная промышленность. 1999. № 4. С. 40 – 43.


Для цитирования:


Акбердин А.А., Ким А.С., Султангазиев Р.Б. Планирование численного и физического эксперимента при моделировании технологических процессов. Известия Высших Учебных Заведений. Черная Металлургия. 2018;61(9):737-742. https://doi.org/10.17073/0368-0797-2019-9-737-742

For citation:


Akberdin A.A., Kim A.S., Sultangaziev R.B. Planning of numerical and physical experiment in simulation of technological processes. Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2018;61(9):737-742. (In Russ.) https://doi.org/10.17073/0368-0797-2019-9-737-742

Просмотров: 120


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 0368-0797 (Print)
ISSN 2410-2091 (Online)