Identification of Temperature in Cupola Furnace Based on the Construction of the "Slag Composition – Slag Viscosity" Model
Loading...
Date
2025
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
TECHNOLOGY CENTER PC, Kharkiv
Abstract
ENG: The object of the study in the work is the temperature regime of melting in a cupola. The existing problem is that due to the aggressive high-temperature environment, continuous measurement of the parameters of the internal environment in the working space of the cupola furnace is too difficult. Even with the implementation of such a possibility, errors of the first and second types may occur. This necessitates indirect control of the temperature regime, which could provide a solution to the identification problem – whether the control system is really operating in normal mode and meets the accuracy requirements, or whether there is a parametric failure along the corresponding control circuit. The existence of the specified problem requires solutions related to the definition of criteria for evaluating the temperature regime, by which it would be possible to verify the reliable functioning of the melting control system. A criterion for evaluating the temperature regime of melting by the viscosity of the slag as a function of its composition is proposed, which allows identifying the temperature regime of melting with an accuracy of 96 %. This result is due to the proposed two-stage procedure, in which the first stage is the construction of mathematical models that describe the influence of the slag composition on the viscosity, and the second is the construction of a criterion based on the density distribution of the discriminant function for both temperature regimes. Using the obtained criterion also makes it possible to determine the areas of chemical compositions, by which the temperature regime can also be identified. The relationships between the variables for the identification procedure are presented in the form of a structural diagram. The proposed solutions will allow determining the quality of the functioning of the temperature control loop in the melting control system based on periodic control. The presented study will be useful for machine-building enterprises that have foundries in their structure, where cast iron is smelted for the manufacture of castings.
UKR: Об’єктом дослідження у роботі є температурний режим плавки у вагранці. Існуюча проблема полягає в тому, що через агресивне високотемпературне середовище неперервне вимірювання параметрів внутрішнього середовища в робочому просторі вагранки надто складне. Навіть за реалізацію такої можливості можуть виникати похибки першого та другого роду. Це викликає необхідність непрямого контролю температурного режиму, який міг би забезпечити рішення задачі ідентифікації – чи дійсно система контролю працює в штатному режимі та забезпечує задачі вимоги точності, чи має місце параметрична відмова по відповідному контуру контролю. Наявність зазначеної проблеми потребує рішень, що стосуються визначення критеріїв оцінювання температурного режиму, за яким можна було б переконатися в надійному функціонування системи керування плавкою. Запропоновано критерій оцінювання температурного режиму плавки по в’язкості шлаку, як функції його складу, який дозволяє ідентифікувати температурний режим плавки з точністю 96 %. Такий результат обумовлений запропонованою двоетапною процедурою, в якій першим етапом є побудова математичних моделей, що описують вплив складу шлаку на в’язкість, а другим – побудова критерію на основі розподілу щільності дискримінантної функції для обох температурних режимів. Використання отриманого критерію дає також змогу визначити області хімічний складів, за якими теж можна ідентифікувати температурний режим. Взаємозв’язки між змінними для процедури ідентифікації представлені у вигляді структурної діаграми. Запропоновані рішення дозволять визначати якість функціонування контуру контролю температури в системі керування плавкою на основі періодичного контролю. Представлене дослідження буде корисним для машинобудівних підприємств, що мають в своїй структурі ливарні цеха, де виплавляють чавун для виготовлення виливків.
UKR: Об’єктом дослідження у роботі є температурний режим плавки у вагранці. Існуюча проблема полягає в тому, що через агресивне високотемпературне середовище неперервне вимірювання параметрів внутрішнього середовища в робочому просторі вагранки надто складне. Навіть за реалізацію такої можливості можуть виникати похибки першого та другого роду. Це викликає необхідність непрямого контролю температурного режиму, який міг би забезпечити рішення задачі ідентифікації – чи дійсно система контролю працює в штатному режимі та забезпечує задачі вимоги точності, чи має місце параметрична відмова по відповідному контуру контролю. Наявність зазначеної проблеми потребує рішень, що стосуються визначення критеріїв оцінювання температурного режиму, за яким можна було б переконатися в надійному функціонування системи керування плавкою. Запропоновано критерій оцінювання температурного режиму плавки по в’язкості шлаку, як функції його складу, який дозволяє ідентифікувати температурний режим плавки з точністю 96 %. Такий результат обумовлений запропонованою двоетапною процедурою, в якій першим етапом є побудова математичних моделей, що описують вплив складу шлаку на в’язкість, а другим – побудова критерію на основі розподілу щільності дискримінантної функції для обох температурних режимів. Використання отриманого критерію дає також змогу визначити області хімічний складів, за якими теж можна ідентифікувати температурний режим. Взаємозв’язки між змінними для процедури ідентифікації представлені у вигляді структурної діаграми. Запропоновані рішення дозволять визначати якість функціонування контуру контролю температури в системі керування плавкою на основі періодичного контролю. Представлене дослідження буде корисним для машинобудівних підприємств, що мають в своїй структурі ливарні цеха, де виплавляють чавун для виготовлення виливків.
Description
D. Nikolaiev: ORCID 0000-0002-8324-1760; V. Selivorstov: ORCID 0000-0002-1916-625X; Yu. Dotsenko: ORCID 0000-0002-7734-7884; O. Dzevochko: ORCID 0000-0002-1297-1045; A. Pereverzieva: ORCID 0000-0003-2072-2521; A. Dzevochko: ORCID 0000-0001-5988-5577
Keywords
cupola melting, slag composition, temperature regime in the cupola furnace, slag viscosity, temperature control loop in the cupola furnace, ваграночна плавка, склад шлаку, температурний режим у вагранці, в’язкість шлаку, контур контролю температури у вагранці, КЛВ
Citation
Nikolaiev D., Selivorstov V., Dotsenko Yu., Dzevochko O., Pereverzieva A., Dzevochko A. Identification of Temperature in Cupola Furnace Based on the Construction of the "Slag Composition – Slag Viscosity" Model. Technology Audit and Production Reserves. 2025. Vol. 1, No. 1 (81). P. 29–33. DOI: https://doi.org/10.15587/2706-5448.2025.322458.