Опорное предприятие:
ПАО «НЗХК»
Технологическая проблема:
Перед ПАО «НЗХК» поставлена задача увеличения производственной программы по выпуску урана металлического в ближайшей перспективе, а также получение сплава U-Zr с низким содержанием углерода. Добиться повышения производительности и получить сплав U-Zr с низким содержанием углерода при существующем оборудовании невозможно. Для решения данной проблемы ПАО«НЗХК» была приобретена печь
с поворотным тиглем. На данный момент времени на установке отрабатываются режимы получения металлического урана и сплава U-Zr в керамических тиглях из коррунда. Исходя из литературных данных нагрев тиглей должен соответствовать 6-10 градусов Цельсия в минуту. Однако, нагрев на данной печи возможен только по мощности из-за чего возникает проблема нагрева тиглей по заданному температурному режиму. Для отработки режимов в настоящий момент используется вольфрам-рениевая термопара в графитовом чехле, с помощью которой определяется температура. Чтобы обеспечить равномерный нагрев, который будет находится в заданном интервале, выполняется расчет разницы температуры каждую минуту. При превышении скорости нагрева 10 градусов Цельсия в минуту индуктор выключается вручную оператором в программе управления печью на компьютере, при понижении нагрева ниже 6 градусов в минуту - индуктор включается.
Цель проекта:
Оптимизация скорости нагрева для обеспечения равномерного распределения температуры в тигле и автоматизация процесса управления нагревом
Исходя из описанного выше, необходимо:
Провести анализ текущей технологии производства, включая используемые материалы (сырье, тигли, флюсы, защитная атмосфера);
Изучить эксплуатационную документацию печи
с поворотным тиглем, включая спецификации, технические характеристики, информацию о системе управления и программном обеспечении;
Собрать данные о текущих режимах работы печи, включая параметры нагрева (мощность, время), температуру тигля, параметры защитной атмосферы, результаты анализа получаемого металла (содержание углерода и других примесей);
Детально изучить конструкции печи
с поворотным тиглем, включая устройство индуктора, системы охлаждения, защиты атмосферы и тигельного узла;
Провести анализ системы управления печью, включая программное обеспечение для контроля нагрева, регулирования атмосферы и управления другими параметрами процесса;
Определить возможности перепрограммирования системы управления для автоматического контроля нагрева по заданной температурной программе (вместо ручного включения/выключения индуктора);
Разработать план экспериментальных испытаний, включая варьирование параметров нагрева (мощность, температура, время);
Провести экспериментальные плавки с контролем температуры тигля, параметров защитной атмосферы и анализом получаемого металла;
Провести анализ результатов испытаний и оптимизация режимов работы печи для достижения целевых показателей (производительность, содержание углерода);
Исследовать возможности усовершенствования системы контроля температуры, включая применение альтернативных термопар (например, с более высокой точностью или более длительным сроком службы);
Разработать алгоритмы управления нагревом, позволяющих поддерживать заданный температурный режим с минимальной погрешностью, например, используя систему обратной связи;
Рассмотреть возможности использования пирометров для точного бесконтактного измерения температуры тигля.
Ожидаемый конечный результат проекта:
Возможность использовать коррундовые тигли при плавке в печи с поворотным тиглем, сокращение рабочего времени рабочего и уменьшение риска ошибки оператора
при контроле скорости нагрева за счет разработанной и внедренной системы автоматического управления нагревом.
Требуемые компетенции:
1. Возможные знания технологии в области производства металлического урана и сплавов U-Zr, опыт работы с высокотемпературным оборудованием
2. Возможные знания основ теплопереноса, опыт проведения тепловых расчетов и моделирования процессов
3. Возможные знания систем управления технологическими процессами, опыт работы с промышленными контроллерами и системами автоматизации
4. Возможные знания свойств материалов, используемых в производстве, включая тигли и защитные атмосферы
5. Возможный опыт работы с программами численного моделирования для решения задач теплопереноса