Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Utilization mathematical and physical models derived therefrom real-time models for the optimization of heating processes

Špička I., Heger M.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2013

|

Vol. 58, iss. 3

981--985

EN

Heating of materials is energy and costly operations. On those reasons optimization is highly desirable. One of the possible solutions to optimize heating in real time is to use a large number of fast simulations on the basis of them the optimization algorithms have chosen the most appropriate option of the heating control. This solution implies the use of extremely fast but sufficiently accurate simplified mathematical models of heating, the structure and parameters of them are defined based on accurate modelling using computationally intensive but slower classical mathematical-physical models. Based on the operating data of the reheating furnace was build an accurate model of heating. Using the simplified model simulation of heating was done with different heating conditions with downtime during heating. Proposed algorithms including the simulations show that the proposed strategy leads to verifiable savings during heating.

PL

Nagrzewanie materiałów jest procesem energochłonnym i kosztowny. Dlatego optymalizacja tych procesów jest bardzo pożądana. Jednym z rozwiązań umożliwiających optymalizacje nagrzewania w czasie rzeczywistym jest przeprowadzenie dużej liczby szybkich symulacji, na podstawie których algorytmy optymalizacji wybierały najodpowiedniejszą wersję sterowania nagrzewaniem. Rozwiązanie takie zakłada stosowanie niezwykle szybkich ale wystarczająco dokładnych uproszczonych matematycznych modeli nagrzewania, których struktura i parametry określane są na podstawie dokładnych, ale wolno działających klasycznych modeli matematyczno-fizycznych. Na podstawie danych eksploatacyjnych pieca grzewczego zbudowano model dokładny, a następnie korzystając z jego wersji uproszczonych przeprowadzono symulacje dla różnych warunków nagrzewania uwzględniając przestoje w trakcie nagrzewania. Zaproponowane algorytmy wraz z wynikami symulacji pokazują, że proponowane podejście prowadzi do znaczących oszczędności w trakcie nagrzewania.

2

Visualization of data fields

David J., Heger M., Vrozina M., Valek L.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2010

|

Vol. 55, iss. 3

795-801

EN

Visualization of production data and information based on on-line data acquisition from production process represents at present an integral part of visualization management in many industrial lines. In this paper we described principles and possibilities of software application for visualization of data fields created on department of automation and computer technology in metallurgy, VSB-TU Ostrava. The application is demonstrated on a visualization of abrasion of crystallizer of continual steel casting.

PL

Wizualizacja danych produkcyjnych a także informacji uzyskanych poprzez gromadzenie danych on-line z procesu produkcji stanowi obecnie integralna cześć zarzadzania wizualizacja w wielu liniach produkcyjnych. W artykule opisano zasady i możliwosci zastosowania oprogramowania do wizualizacji pól danych utworzonych na wydziale Automatyki i Informatyki w Metalurgii, VSB-TU Ostrava. Działanie aplikacji przedstawiono na przykładzie wizualizacji ścierania w krystalizatorze ciągłego odlewania stali.

3

The mathematical-physical models and the neural network exploitation for time prediction of cooling down low range specimen

Spicka I., Heger M., Franz J.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2010

|

Vol. 55, iss. 3

921-926

EN

The method exploits sufficient similarity between cooling down curves of individual specimens from the same material but when specimens vary in geometric shape. Time scale altering for individual specimens leads from practical point of view to coincidence of all curves with so called "general curve" for given material which is calculated from measured values by means of statistic methods. This operation can be denoted as a definition of time transformation coefficient ( TTC ) (for known specimens). If an artificial neural network learns itself to assign time transformation coefficient to known dimensions of specimens, it is then with sufficient accuracy able to determine time transformation coefficient even for specimens with different shapes, for which it has not been learnt. By backward time transformation is then possible to predict probable time course of the cooling down curve and accordingly also the moment of accomplishment of given temperature. To obtain more general results, when above mentioned exploration of TCC, coupling with the numerical solutions of partial differential equations of the heat fields together with their initial and boundary conditions solutions can be used. The initial conditions in the most cases are unique or they can be with the sufficient precision determined, whereas the boundary conditions of heat transfer equations are usually wary hard to set. So some potential methods of boundary conditions determining and some difficulties by their time behavior settings can be illustrated, too. The advantages of both methods can be mixed and sufficient speedy and accuracy solution may be got.

PL

Zaprezentowana metoda wykorzystuje podobieństwo pomiędzy krzywymi chłodzenia dla próbek z tego samego materiału, różniących się cechami geometrycznymi. Dopasowanie skali czasu dla poszczególnych próbek prowadzi do zbieżności z tzw. "ogólna krzywa" dla danego materiału, która można wyznaczyć metodami statystycznymi. Ta operacja jest określana jako definiowanie współczynnika przekształcenia czasu TTC dla próbek o określonych kształtach (wymiarach), to będzie możliwe wyznaczenie z wystarczająca dokładnością współczynnika TTC dla próbek o odmiennych kształtach (wymiarach). Umożliwi to, poprzez przekształcenie odwrotne czasu, przewidywanie prawdopodobnego przebiegu krzywej chłodzenia, a także czasu osiągnięcia zadanej temperatury. W celu osiągnięcia bardziej ogólnych wyników wspomniana wcześniej metoda TTC połączono z analizą numeryczną cząstkowych równań różniczkowych opisujących pole temperatury z uwzględnieniem warunków początkowych i brzegowych. Warunki poczaąkowe w większości przypadków są jednoznacznie określone lub mogą być określone z zadawalającą dokładnością, natomiast warunki brzegowe wymiany ciepła są zwykle trudne do ustalenia. Przedstawione zostały wybrane metody określenia warunków brzegowych oraz trudności związane z określeniem charakterystyk czasowych. Zalety obu metod mogą być łaczone w celu osiągnięcia zadawalającej szybkości i dokładności rozwiązania.

4

Effect of deformation heat in the laboratory hot rolling quantified by temperature scanners and modelling based on FEM

Schindler I., Kubina T., Bílovský P., Legerski M., Heger M.

Computer Methods in Materials Science

|

2009

|

Vol. 9, No. 2

189-194

EN

The capability to measure and record the surface temperature of relatively small samples plays the key role in conditions of the laboratory hot rolling. The situation during the experiment is complicated by a small homogeneity of the temperature field, the speed of its change, as well as a relatively high speed of movement of the rolling stocks, in combination with their limited length. All these unfavourable factors accompany the laboratory rolling in the two-stand computer controlled reversible rolling mill TANDEM (Institute of Modelling and Control of Forming Processes, VŠB-TU Ostrava). The installation of two temperature scanners LANDSCAN, working with the scanning speed 100 Hz in a parallel way, on the brackets above all three roller tables of the rolling mill made it possible to register effectively surface temperatures of the samples, moving in an arbitrary place, i.e. at the entry side between both mill stands as well as on the run-out roller table. Only the values of maximum temperatures of particular lines are sent from the temperature scanners to the control computer of the mill TANDEM. Another computer records and processes the whole surface-temperature maps. By means of the original software method a large volume of transferred data was minimized and the control computer records only the time course of maximum temperatures and detects passing the rolling stock beneath both scanning heads. This experimental method was used in monitoring of temperature changes during the high-reduction hot rolling of the plain-carbon steel with different speed, when two factors act against each other ? heating of a body by the deformation heat and the heat removal from its surface layers into the work rolls. The measured data served for a set up of the dependence between a change of the surface temperature of the rolling stock during its high reduction and the corresponding strain rate. The pertinent diagram proves a good accuracy and repeatability of the chosen experimental method. The samples quenched just after the deformation into the water underwent the metallographic analyses. The etching to the initial austenitic grain brought the valuable information about the influence of the deformation heat on the kinetics of the metadynamic recrystallization and the structural characteristics. The measure specific results are on the whole compatible with the data calculated by means of the exacting mathematical modelling on the basis of FEM; nevertheless, the physical method appears to be essentially more effective. One experiment of this type, including the preparation and heating of the sample and evaluation of data, takes the time an order of magnitude lower than the calculation on the basis of FEM, which demands normally more than ten hours. Of course, the mathematical modelling is principally a more universal method. The comparison of the results of the mathematical simulations and the measured temperature values confirmed that for the achievement of more accurate results it is suitable ? when a program based on FEM is used ? to substitute into the program the more precise constants gained by physical measurements.

PL

Zdolność pomiaru temperatury powierzchni przy relatywnie małych próbkach odgrywa kluczową rolę podczas analizy procesu walcowania na gorąco w warunkach laboratoryjnych. Sytuację komplikuje mała jednorodność pól temperatury, jak również stosunkowa duża prędkość walcowanego materiału w połączeniu z jego ograniczoną długością. Instalacja dwóch czujników temperatury LANDSCAN, pracujących równolegle z częstotliwością 100 Hz, umieszczonych na wspornikach nad wszystkimi trzema samotokami walcarki TANDEM, umożliwia efektywny pomiar temperatury powierzchni małych, ruchomych próbek. Tylko maksymalne wartości zmierzonych temperatur są przesyłane z czujników do komputera sterującego walcarką. Inny komputer rejestruje i przetwarza całe mapy pól temperatury. Za pomocą oryginalnego oprogramowania zminimalizowano liczbę przesyłanych danych i komputer sterujący rejestruje tylko czas pojawienia się najwyższej temperatury oraz wykrywa materiał poruszający się pod obydwoma głowicami. Ta metoda doświadczalna została zastosowana do monitorowania zmian temperatury podczas walcowania na gorąco stali węglowej z dużym odkształceniem i różnymi prędkościami. Zmierzone dane posłużyły do ustalenia zależności pomiędzy zmianami temperatury powierzchni walcowanego materiału podczas jego odkształcenia i odpowiadającą im prędkością odkształcenia. Próbki ochłodzone w wodzie tuż po walcowaniu poddano analizie metalograficznej. Pojawienie się zalążków ziaren austenitu dostarczyło cennych informacji na temat wpływu ciepła odkształcenia na kinetykę rekrystalizacji metadyna-micznej i na temat struktury materiału. Otrzymane wyniki są zgodne z wynikami otrzymanymi za pomocą dokładnego modelowania matematycznego opartego na MES. Porównanie wyników symulacji i mierzonych wartości temperatur potwierdziło, że w celu osiągnięcia dokładniejszych wyników, konieczne jest wstawienie do oprogramowania opartego na MES dokładniejszych stałych otrzymanych drogą pomiarów fizycznych.

5

Quantification of influence of the deformation heat in the high reduction rolling

Kubina T., Shindler I., Bilowsky P., Heger M., Logerski M., Janosec M., Rysz S.

Hutnik, Wiadomości Hutnicze

|

2008

|

Vol. 75, nr 8

489-491

EN

The laboratory rolling mili TANDEM was equipped with a pair of the high-speed temperature scanners LANDSCAN, enabling the accurate computer recording of surface temperatures of the rolling stocks with relatively small dimensions and the high speed of movement. By means of the used software, the task was managed, consisting in the on-line computing and displaying the maximum value of the temperature measured during one pass of the rolling stock under the measuring equipment. Thanks to such information, it was possible to quantify in the laboratory conditions the influence of the deformation heat and heat removal into the working rolls on the surface temperature of the hot rolled steel samples. The data obtained by a physical way correspond well with the results of relevant calculations, based on the application of FEM.

PL

Laboratoryjna walcarka TANDEM została wyposażona w parę skanerów LANDSCAN o dużej prędkości pomiaru temperatury, umożliwiających komputerową rejestrację temperatur powierzchni pasm o relatywnie małych wymiarach, walcowanych dużymi szybkościami. Przy zastosowaniu posiadanego oprogramowania możliwe jest przeprowadzenie obliczeń maksymalnej wartości mierzonej temperatury podczas pojedynczego przepustu walcowania. Umożliwiło to określenie wpływu ciepła wywołanego odkształceniem plastycznym oraz wymiany ciepła z walcami roboczymi na temperaturę powierzchni pasm walcowanych na gorąco. Wyniki uzyskane w trakcie badań fizycznych mają dobrą zgodność z wynikami otrzymywanymi metodą MES.

6

Computer processing of results of the wedge rolling test

Kubina T., Schindler I., Turoňová P., Heger M., Franz J., Liska M., Hlisnikovsky M.

Computer Methods in Materials Science

|

2007

|

Vol. 7, No. 1

61-66

EN

A simple laboratory test performed by rolling of the wedge-shaped sample on plain rolls enables to investigate the structure-forming processes and formability of metallic materials effectively, thanks to its ability to implement a wide range of height reductions in a single sample. The formed material’s spreading induces tensile stresses at the sample’s lateral faces, which can yield in cracking. This method is very suitable for comparison of rollability of some materials with lower plasticity – e.g. those containing some subsurface flaws in the as-cast state. Mathematical processing of the wedge rolling test’s results is complicated due to an irregular shape of the rolled stock. Thus it is awkward to calculate strain at a particular place of the rolled sample since it is essential to determine coordinates of the corresponding place before forming. To increase accuracy and comfort of this experimental method, special software was developed under Delphi language for calculation of spreading, equivalent strain and strain rate in any cross section along the resulting rolling stock. Calculations are based on comparison of corresponding partial volumes of the wedge-shaped initial sample and resulting rolling stock. The latter has not quite a constant thickness and at the same time it has strongly irregular planar shape and size due to spreading. This factor considerably complicates application of the law of conservation of volume, when necessary calculations of partial strain components are carried out. The particular problem outlined was successfully solved by applying the methods of computer analysis of a bitmap picture, gained by scanning the planar shape of the sample after rolling. The rolled stock has to be scanned into a RGB bitmap. The retouched image has to be converted to an HLS system that defines colors using the following components: hue, saturation and brightness. Proper selection of the individual components of an HLS system enables to “take away” the given object from the whole picture and convert it in the black & white image where the sample obtains the attributes of black color and its remaining environs the attributes of white color. Thus pre-processed bitmap is appropriate for a computer determination of the plan dimensions of the final rolling stock. Hence the developed software represents an universal instrument for mathematical processing of the results of the discussed test, which works reliably and independently on complexity of the shape of the final rolled product. It is valid also in the case when the initial sample for the wedge rolling test is provided with notches of V shape, milled in the vertical direction on a lateral surface. These notches function as initiators of cracks and make it possible to better compare plastic properties of miscellaneous metallic materials on various conditions of hot forming. Deformation behaviour of the material close to these notches was subjected to the FEM analysis by means of program Forge 2005 of the company Transvalor. The simulation confirmed an increased share of tensile stresses on the face of the notch and susceptibility to the crack formation. At the same time the formation of laps during drawing the notch into the roll gap was confirmed. Another benefit of this simulation consisted in indication of distribution of the temperature field during rolling of wedge-shaped samples; this field is influenced mainly by the deformation heat. Knowledge gained by calculation, concerning shape changes of the rolled wedge-shaped sample and the formation of laps near notches are in full accordance with behaviour of the samples rolled in a real rolling mill.

PL

Prosty test laboratoryjny walcowania próbek klinowych) pomocą walców płaskich umożliwia zbadanie procesu wania struktury materiału oraz możliwości formowania metali. Płynięcie formowanego materiału indukuje naprężenia wywierane na powierzchnię próbki, które mogą skutkować pojawieniem się pęknięć. Matematyczne modelowanie procesu walcowania klinów jest skomplikowane ze względu na nieregulrny kształt walcowanego wsadu. Dlatego też rozwijane oprogramowanie przedstawia uniwersalne narzędzie przetwarzania matycznego dla wspomnianego testu, niezależnie od złożoności kształtu finalnego wyrobu. Aplikacja ta wykonuje obliczenia dla próbek z wycięciami kształtu V. Wycięcia te funkcjonują jako miejsca inicjacji pęknięć, aby umożliwić dalsze porównanie właściwości plastycznych różnych materiał metalicznych. Zachowanie materiału podczas formowania blisko wycięć jest przedmiotem analizy MES wykonanej przy użyciu programu Forge 2005. Przeprowadzona symulacja potwierdza zwiększony wpływ naprężeń rozciągających na formowanie pęknięć. Wiedza zgromadzona dzięki przeprawadzonym symulacjom została zweryfikowana z wynikami doświaczenia przemysłowego.