Po przeprowadzeniu szeregu obliczeń symulacyjnych i testów poprawności funkcjonowania algorytmu dla skrajnych i losowych wartości naważek określonych materiałów wsadowych, przystąpiono do weryfikacji działania tego algorytmu w warunkach produkcyjnych oddziału topienia w wytypowanej odlewni żeliwa, wyposażonej w piece indukcyjne średniej częstotliwości.
Na wstępie zebrano informacje o materiałach wsadowych dostępnych na polu wsadowym odlewni. W tabeli 15, oprócz przyjętych do dalszego opisu oznaczeń 9 uwzględnianych w obliczeniach składników wsadu, podano także ich ceny jednostkowe wyrażone w zł/t.
Tabela 15. Oznaczenia i ceny jednostkowe materiałów wsadowych w wytypowanej odlewni żeliwa
Materiał wsadowy Oznaczenie Cena jednostkowa
zł za 1000 kg
Surówka specjalna x1 1200.00
Surówka przeróbcza x2 1000.00
Złom stalowy x3 780.00
Złom własny sfero z Cu
(niekruszony) x4 620.00
Złom własny żeliwa szarego
(kruszony) x5 530.00
Żelazokrzem x6 5600.00
Żelazomangan x7 4200.00
Siarczek żelaza x8 4000.00
Nawęglacz x9 1500.00
Skład chemiczny poszczególnych składników wsadu podano w tabeli 16.
Tabela 16. Skład chemiczny uwzględnianych w weryfikacji przemysłowej materiałów wsadowych
M
at
er
ia
ł Zawartość pierwiastka chemicznego, %
C Si Mn P S Cu
min max min max min max min max min max min max
x1 3.82 3.86 0.034 0.045 0.025 0.03 0.016 0.02 0.008 0.01 0.003 x2 4.34 4.42 0.68 0.7 0.06 0.07 0.03 0.04 0.012 0.018 0.003 x3 0.033 0.065 0.006 0.052 0.11 0.31 0.006 0.012 0.004 0.017 0.01 0.048 x4 3.4 3.6 2.1 2.3 0.1 0.4 0.022 0.05 0.018 0.26 0.5 x5 3.0 3.2 1.75 1.9 0.6 0.9 0.07 0.09 0.04 0.07 0.36 x6 0.1 0.15 72.0 74.0 0.02 0.04 0.015 x7 6.6 6.8 0.95 1.0 74.0 76.0 0.15 0.17 0.001 0.004 x8 0.2 0.6 0.2 0.5 0.38 0.5 0.008 0.016 39.0 41.0 0.04 0.085 x9 98.0 99.0 0.1
Jak można zauważyć w tabeli 16, skład chemiczny tworzy zawartość 6 pierwiastków chemicznych: C, Si, Mn, P, S i Cu. Należy podkreślić, że skład chemiczny materiałów wsadowych został podany w postaci przedziałów zawartości każdego pierwiastka chemicznego. Przedziały te pochodzą z wyników badań laboratoryjnych każdego składnika wsadu, które zostały przeprowadzone po przetopieniu w piecu laboratoryjnym wybranych porcji z zasobników. Dla uzyskanych wyników badań spektrometrycznych do dalszych obliczeń przyjęto skrajne zawartości każdego pierwiastka chemicznego określonych materiałów wsadowych, zamiast zazwyczaj praktykowanej średniej arytmetycznej otrzymanych wyników.
W tabeli 17 zestawiono informacje o ograniczeniach udziału oraz masie pojedynczych kawałków lub opakowań surówki specjalnej, surówki przeróbczej oraz złomu stalowego i nawęglacza. Ograniczenia udziałów są przyjęte dla założonej masy wsadu równej 7200 kg, co wynika z maksymalnej pojemności pieca indukcyjnego, w którym realizowano wytopy.
Tabela 17. Ograniczenia udziału oraz informacje o masie pojedynczych kawałków lub opakowań wybranych materiałów wsadowych
Materiał
wsadowy Ograniczenie udziału, kg Uwagi
x1 0 ÷ 4000 Gąski o masie 12 kg x2 0 ÷ 4000 Gąski o masie 12 kg x3 0 ÷ 2500 Brykiety o masie 200 kg
x9 Worki o masie 20 kg
Pierwsze trzy wytopy weryfikujące działanie algorytmu wieloetapowej optymalizacji zestawiania wsadu przeprowadzono w celu wytworzenia ciekłego żeliwa wyjściowego do uzyskania żeliwa sferoidalnego gatunku GJS-400-15. Wytopy te będą oznaczone numerami od 1 do 3. Następne wytopy, oznaczone numerami 4 i 5, miały na celu wytworzenie żeliwa szarego gatunku GJL-250.
Zakładany skład chemiczny ciekłego żeliwa wyjściowego dla wytopów nr 1÷3 podano w tabeli 18.
Tabela 18. Skład chemiczny żeliwa wyjściowego dla wytopów nr 1÷3.
Pierwiastek chemiczny Zawartość, % min max C 3.60 3.80 Si 1.70 1.90 Mn 0.10 0.25 P 0.035 S 0.020 Cu 0.06
Przyjęto uwzględnianie następujących wartości uzysków pierwiastków chemicznych dla określonych materiałów wsadowych:
C dla nawęglacza x9 wynoszącej 90%, Si dla żelazokrzemu x6 równej 95%,
Mn dla żelazomanganu x7 wynoszącej 85%.
Wartości te wynikają z analiz i obliczeń efektów stosowania tych materiałów w procesie wytwarzania ciekłego metalu w odlewni.
Po wprowadzeniu danych (z tabel 15÷18 oraz wartości uzysku pierwiastków chemicznych – krok 1 w etapie 0) do programu wyznaczania optymalnego namiaru wsadu, uzyskano wyniki pokazane na rysunku 7.1 (krok 2 w etapie 0).
Rys. 7.1. Wyznaczony optymalny ekonomicznie namiar wsadu dla wytopów 1÷3
Dla wyznaczonego namiaru wsadu, w ramach realizacji kroków 3 i 4 w etapie 0 obliczono szerokość przedziału stosowalności każdego składnika wsadu oraz wartość wskaźnika kolejności ważenia (tabela 19). Jak można zauważyć, materiałem wsadowym, który powinien być ważony w pierwszej kolejności jest złom żeliwny kruszony. W dalszej kolejności należy zważyć złom żeliwny niekruszony, surówkę przeróbczą, żelazomangan i żelazokrzem.
Tabela 19. Zestawienie parametrów niezbędnych do określenia za pomocą zależności (5.3) wartości wskaźnika kolejności ważenia lub dozowania materiałów wsadowych Materiał wsadowy Udział optymalny Szerokość przedziału stosowalności Rozrzut dokładności ważenia lub dozowania Wskaźnik kolejności ważenia Uj, kg Sj, kg Rj, kg Wj, % x2 3936.0 81.4 224.0 3.81 x4 458.8 238.4 231.0 98.82 x5 204.1 206.6 120.0 100.00 x6 120.3 15.0 0.2 0.02 x7 0.8 7.6 0.2 1.56
Złom stalowy (x3) będzie załadowywany w ilości 12 brykietów, natomiast nawęglacz (x9) będzie dostarczony w 4 workach, przy czym kolejność ich umieszczenia w wozie zbiorczym nie ma znaczenia.
Wyniki realizacji kolejnych 5 etapów (gdyż tyle materiałów wsadowych jest objętych kolejnością ważenia – patrz tabela 19) algorytmu zostaną przedstawione odrębnie dla poszczególnych wytopów.
Wytop nr 1
W tabeli 20 zestawiono wyniki ważenia materiałów wsadowych w kolejności zgodnej z ustaloną w etapie 0 wartością wskaźnika. Kolorem niebieskim zaznaczono wynik aktualnego ważenia, natomiast kolorem zielonym zaznaczono skrajną wartość udziału optymalnego w aktualnie wyznaczonym przedziale stosowalności danego materiału wsadowego. Jeżeli udział optymalny nie jest wartością skrajną tego przedziału, oznacza to, że znajduje się on wewnątrz tego przedziału.
Tabela 20. Wyniki naważania poszczególnych składników wsadu oraz obliczania ich przedziałów stosowalności w kolejnych etapach działania algorytmu (wytop nr 1)
Udział i przedziały stosowalności materiałów wsadowych początkowe oraz dla wyznaczonej kolejności ważenia lub dozowania, kg
Udział pozostałych składników wsadu, kg x5 x4 x2 x7 x6 Start 0.0÷206.6 371.4÷609.8 3912.6÷4000.0 0.8÷8.4 120.2÷135.2 Etap 1 148 429.8÷503.5 3928.4÷4000.0 1.3÷7.3 120.2÷134.8 Etap 2 148 483 3948.3÷3967.0 1.3÷7.0 120.6÷133.6 Etap 3 148 483 3955 1.3÷7.0 127.0÷132.7 Etap 4 148 483 3955 1.4 132.6÷132.6 Etap 5 148 483 3955 1.4 132.6 x3=2400.0 x9=80.0
Dla zważonych ilości poszczególnych składników wsadu obliczono przewidywane zawartości każdego pierwiastka chemicznego w ciekłym żeliwie (tabela 21). W tabeli tej podano także zbadany spektrometrycznie w laboratorium odlewni skład chemiczny próbek technologicznych z wytopu nr 1. Efektem zestawienia wsadu zgodnie z opracowanym algorytmem jest ciekłe żeliwo o składzie chemicznym spełniającym przyjęte wymagania (tabela 18).
Tabela 21. Skład chemiczny (obliczony oraz zweryfkowany laboratoryjnie) żeliwa z wytopu nr 1
Pierwiastek chemiczny Zawartość, % Obliczona Uzyskana po wytopie min max C 3.668 3.751 3.71 Si 1.812 1.890 1.84 Mn 0.101 0.200 0.14 P 0.022 0.032 0.027 S 0.009 0.020 0.013 Cu 0.021 0.059 0.031 Cena jednostkowa, zł/t 982.41 Wytop nr 2
Analogicznie do schematu działania algorytmu zestawiania wsadu podczas realizacji wytopu nr 1, przeprowadzono wytop nr 2, dla tych samych założeń. Wyniki ważenia i obliczeń przedziałów stosowalności zestawiono w tabeli 22, natomiast obliczony i zweryfikowany laboratoryjnie skład chemiczny ciekłego żeliwa z tego wytopu zawarto w tabeli 23.
Tabela 22. Wyniki naważania poszczególnych składników wsadu oraz obliczania ich przedziałów stosowalności w kolejnych etapach działania algorytmu (wytop nr 2)
Udział i przedziały stosowalności materiałów wsadowych początkowe oraz dla wyznaczonej kolejności ważenia lub dozowania, kg
Udział pozostałych składników wsadu, kg x5 x4 x2 x7 x6 Start 0.0÷206.6 371.4÷609.8 3912.6÷4000.0 0.8÷8.4 120.2÷135.2 Etap 1 63 514.7÷564.4 3951.6÷4000.0 2.0÷7.9 120.3÷134.3 Etap 2 63 524 3991.0÷4000.0 1.3÷7.0 125.1÷134.1 Etap 3 63 524 3994 4.9÷7.9 131.1÷134.1 Etap 4 63 483 3955 7.8 131.2÷131.2 Etap 5 63 483 3955 1.4 131.2 x3=2400.0 x9=80.0
Tabela 23. Skład chemiczny (obliczony oraz zweryfkowany laboratoryjnie) żeliwa z wytopu nr 2 Pierwiastek chemiczny Zawartość, % Obliczona Uzyskana po wytopie min max C 3.681 3.764 3.75 Si 1.795 1.872 1.82 Mn 0.151 0.249 0.22 P 0.021 0.032 0.025 S 0.008 0.019 0.011 Cu 0.022 0.057 0.038 Cena jednostkowa, zł/t 987.74
Także w przypadku tego wytopu, zestawiony wsad umożliwił uzyskanie ciekłego metalu o zakładanym składzie chemicznym.
Wytop nr 3
Podobnie, jak we wcześniejszych wytopach, monitorowano i dokumentowano efekty działania algorytmu dla wytopu nr 3. Wyniki ważenia i obliczeń przedziałów stosowalności zestawiono w tabeli 24, natomiast wartości przewidywanego i uzyskanego składu chemicznego próbek z tego wytopu zawarto w tabeli 25.
Tabela 24. Wyniki naważania poszczególnych składników wsadu oraz obliczania ich przedziałów stosowalności w kolejnych etapach działania algorytmu (wytop nr 3)
Udział i przedziały stosowalności materiałów wsadowych początkowe oraz dla wyznaczonej kolejności ważenia lub dozowania, kg
Udział pozostałych składników wsadu, kg x5 x4 x2 x7 x6 Start 0.0÷206.6 371.4÷609.8 3912.6÷4000.0 0.8÷8.4 120.2÷135.2 Krok 1 193 385.0÷471.0 3916.3÷4000.0 0.9÷6.9 120.3÷135.1 Krok 2 193 402 3983.5÷4000.0 1.0÷6.8 121.6÷134.7 Krok 3 193 402 3986 4.3÷6.9 132.2÷134.7 Krok 4 193 402 3986 1.4 132.2÷132.2 Krok 5 193 402 3986 1.4 132.2 x3=2400.0 x9=80.0 Tabela 25. Skład chemiczny (obliczony oraz zweryfkowany laboratoryjnie) żeliwa z wytopu nr 3
Pierwiastek chemiczny Zawartość, % Obliczona Uzyskana po wytopie min max C 3.672 3.755 3.69 Si 1.799 1.876 1.86 Mn 0.151 0.250 0.18 P 0.022 0.032 0.025 S 0.009 0.020 0.015 Cu 0.018 0.055 0.041 Cena jednostkowa, zł/t 985.89
Również w tym przypadku zestawiony wsad umożliwił uzyskanie ciekłego metalu o zakładanym składzie chemicznym.
Dwa następne wytopy, oznaczone numerami 4 i 5 miały na celu zweryfikowanie funkcjonowania algorytmu wieloetapowej optymalizacji zestawiania wsadu, w przypadku wytwarzania ciekłego żeliwa szarego gatunku GJL 250. Wymagany skład chemiczny tego żeliwa pokazano w tabeli 26.
Tabela 26. Skład chemiczny żeliwa szarego dla wytopów nr 4 i 5
Pierwiastek chemiczny Zawartość, % min max C 3.10 3.30 Si 1.80 2.10 Mn 0.70 0.90 P 0.15 S 0.05 0.07 Cu 0.20
Przyjęto identyczne jak dla wytopów nr 1÷3 wartości uzysku poszczególnych pierwiastków dla określonych materiałów wsadowych. Określono także dodatkowe ograniczenia udziałów we wsadzie odpowiednich materiałów wsadowych (w kg), które wymagają uwzględnienia w zadaniu wyznaczania optymalnego namiaru wsadu następujących nierówności: 1 2 3 4 300 1450 2500 1300 3200 x x x x (7.1)
Wyniki obliczeń początkowego namiaru wsadu, wykonanych w kroku nr 2 w etapie 0 algorytmu, pokazano na rysunku 7.2.
Namiar wsadu (rys. 7.2) będzie charakteryzowany składem chemicznym i ceną jednostkową zgodnie z tabelą 27.
Dla wyznaczonego namiaru wsadu, w ramach realizacji kroków 3 i 4 w etapie 0 obliczono szerokość przedziału stosowalności każdego składnika wsadu oraz wartość wskaźnika kolejności ważenia (tabela 28). Jak można zauważyć, materiałem wsadowym, który powinien być ważony w pierwszej kolejności jest surówka specjalna. W dalszej kolejności należy zważyć złom żeliwny niekruszony, surówkę przeróbczą, złom kruszony, żelazokrzem, siarczek żelaza i żelazomangan.
Rys. 7.2. Wyznaczony optymalny ekonomicznie namiar wsadu dla wytopów 4 i 5 Tabela 27. Skład chemiczny i cena jednostkowa wsadu dla namiaru z rysunku 7.2
Skład chemiczny, %
C Si Mn P S Cu
3.100÷3.234 1.800÷1.911 0.700÷0.891 0.044÷0.059 0.050÷0.070 0.019÷0.200
Cena jednostkowa, zł/t 816.05
Tabela 28. Zestawienie parametrów niezbędnych do określenia za pomocą zależności (5.3) wartości wskaźnika kolejności ważenia lub dozowania materiałów wsadowych Materiał wsadowy Udział optymalny Szerokość przedziału stosowalności Rozrzut dokładności ważenia lub dozowania Wskaźnik kolejności ważenia Uj, kg Sj, kg Rj, kg Wj, % x1 300.0 1150.0 224.0 100.00 x2 1980.0 1428.1 224.0 18.82 x4 437.5 1177.0 231.0 72.37 x5 2873.5 2152.8 120.0 10.47 x6 63.6 51.5 0.2 0.02 x7 40.8 20.8 0.2 0.01 x8 4.6 3.0 0.2 0.02
Funkcjonowanie kolejnych etapów algorytmu zostanie przedstawione w dalszej części odrębnie dla wytopów nr 4 i 5.
Wytop nr 4
Wyniki ważenia i obliczeń przedziałów stosowalności dla wytopu nr 4 zestawiono w tabelach 29 i 30, natomiast wartości przewidywanego i uzyskanego składu chemicznego próbek z tego wytopu zawarto w tabeli 31.
Tabela 29. Wyniki naważania poszczególnych składników wsadu oraz obliczania ich przedziałów stosowalności w kolejnych etapach działania algorytmu (wytop nr 4) – część 1
Sk ła dn ik wsa du Początkowy przedział stosowalności, kg
Etapy ważenia lub dozowania wraz z przedziałami stosowalności, kg
Krok 1 Krok 2 Krok 3 Krok 4
x1 300.0÷1450.0 460 460 460 336 x4 0.0÷1177.0 0.0÷1112.6 502 502 502 x2 1071.9÷2500.0 1851.0÷2465.2 1861.7÷2279.1 2136 2136 x5 1031.1÷3165.9 1936.9÷3097.0 2317.0÷2763.2 2461.6÷2482.9 2465 x6 63.6÷115.1 65.2÷97.0 65.5÷90.9 70.0÷88.3 85.1÷87.7 x8 4.3÷7.3 4.4÷5.9 4.7÷5.4 5.0÷5.3 5.0÷5.3 x7 38.6÷59.4 39.3÷50.3 41.8÷48.5 44.2÷46.7 44.4÷46.7
Tabela 30. Wyniki naważania poszczególnych składników wsadu oraz obliczania ich przedziałów stosowalności w kolejnych etapach działania algorytmu (wytop nr 4) – część 2
Sk ła dn ik wsa du
Etapy ważenia lub dozowania wraz z przedziałami stosowalności, kg
Krok 5 Krok 6 Krok 7
x1 336 336 336 x4 502 502 502 x2 2136 2136 2136 x5 2465 2465 2465 x6 85.3 85.3 85.3 x8 5.0÷5.3 5.2 5.2 x7 46.4÷46.7 46.5÷46.5 46.5
Udział pozostałych składników wsadu:
x3=800 kg (4 brykiety) oraz x9=0
Tabela 31. Skład chemiczny (obliczony oraz zweryfkowany laboratoryjnie) żeliwa z wytopu nr 4
Pierwiastek chemiczny Zawartość, % Obliczona Uzyskana po wytopie min max C 3.150 3.276 3.19 Si 1.957 2.068 1.99 Mn 0.721 0.898 0.84 P 0.041 0.056 0.051 S 0.051 0.070 0.061 Cu 0.021 0.182 0.118 Cena jednostkowa, zł/t 865.15
Jak wynika z tabeli 31, zestawiony wsad umożliwił uzyskanie ciekłego metalu o zakładanym składzie chemicznym.
Wytop nr 5
Wyniki ważenia i obliczeń przedziałów stosowalności dla wytopu nr 5 zestawiono w tabelach 32 i 33, natomiast wartości przewidywanego i uzyskanego składu chemicznego próbek z tego wytopu zawarto w tabeli 34.
Tabela 32. Wyniki naważania poszczególnych składników wsadu oraz obliczania ich przedziałów stosowalności w kolejnych etapach działania algorytmu (wytop nr 5) – część 1
Sk ła dn ik wsa du Początkowy przedział stosowalności, kg
Etapy ważenia lub dozowania wraz z przedziałami stosowalności, kg
Krok 1 Krok 2 Krok 3 Krok 4
x1 300.0÷1450.0 312 312 312 312 x4 0.0÷1177.0 0.0÷1113.4 322 322 322 x2 1071.9÷2500.0 1967.4÷2500.0 2008.5÷2421.1 2148 2148 x5 1031.1÷3165.9 2075.0÷3160.7 2505.4÷2946.6 2784.2÷2804.6 2791 x6 63.6÷115.1 63.7÷93.6 65.0÷90.4 67.2÷85.6 78.9÷80.7 x8 4.3÷7.3 4.3÷5.7 4.5÷5.2 4.7÷4.8 4.7÷4.8 x7 38.6÷59.4 38.6÷48.9 40.3÷46.9 41.5÷43.4 41.6÷43.3
Tabela 33. Wyniki naważania poszczególnych składników wsadu oraz obliczania ich przedziałów stosowalności w kolejnych etapach działania algorytmu (wytop nr 5) – część 2
Sk ła dn ik wsa du
Etapy ważenia lub dozowania wraz z przedziałami stosowalności, kg
Krok 5 Krok 6 Krok 7
x1 312 312 312 x4 322 322 322 x2 2148 2148 2148 x5 2791 2791 2791 x6 79 79 79 x8 4.7÷4.8 4.8 4.8 x7 43.2÷43.3 43.2÷43.2 43.2
Udział pozostałych składników wsadu:
x3=800 kg (4 brykiety) oraz x9=0
Tabela 34. Skład chemiczny (obliczony oraz zweryfkowany laboratoryjnie) żeliwa z wytopu nr 5
Pierwiastek chemiczny Zawartość, % Obliczona Uzyskana po wytopie min max C 3.123 3.254 3.16 Si 1.920 2.031 1.97 Mn 0.715 0.899 0.86 P 0.044 0.058 0.053 S 0.051 0.070 0.066 Cu 0.014 0.186 0.121 Cena jednostkowa, zł/t 841.28
Analiza wyników zamieszczonych w tabeli 34, pozwala na stwierdzenie, że również w przypadku tego wytopu, zestawiony wsad umożliwił uzyskanie ciekłego metalu o zakładanym składzie chemicznym.
Przedstawione w tym rozdziale rozprawy wyniki obliczeń, pomiarów ważenia i badań weryfikacyjnych dla rzeczywistych danych produkcyjnych wytypowanej odlewni, potwierdziły możliwość zestawiania wsadu gwarantującego prawidłowy skład chemiczny wsadu do pieca odlewniczego. Udowadnia to obie tezy naukowe sformułowane w rozdziale 4 niniejszej rozprawy, umożliwiając zestawienie wsadu o prawidłowym składzie chemicznym, pomimo różnych wyników ważenia poszczególnych materiałów wsadowych, mieszczących się w wyznaczonych przedziałach stosowalności. W przypadku wszystkich pięciu wytopów weryfikujących, wyniki badań laboratoryjnych składu chemicznego ciekłego żeliwa były zgodne z żądanymi, przez co nie było wymagane przeprowadzanie zabiegów korekty składu chemicznego ciekłego metalu w piecu. Poprawność działania tego algorytmu wynika także z przyjętej w tej rozprawie metodyki ustalania kolejności ważenia poszczególnych składników wsadu.
Przeprowadzona analiza literatury w zakresie sterowania namiarowaniem wsadu do pieców odlewniczych oraz prace naukowo-badawcze, zmierzające do rozwiązania problemu zestawiania wsadu o nieprawidłowym składzie chemicznym pozwoliły na sformułowanie następujących wniosków:
1. Do głównych przyczyn zestawiania wsadu o niewłaściwym składzie chemicznym można zaliczyć:
uwzględnianie w obliczeniach namiaru wsadu nieprawidłowych danych dotyczących zawartości poszczególnych pierwiastków chemicznych w uwzględnianych materiałach wsadowych, na przykład pochodzących z nieaktualnych atestów lub wyników badań laboratoryjnych innych dostaw tych materiałów,
stosowanie uproszczonych (często nie optymalizacyjnych) metod obliczeniowych namiaru wsadu, które dodatkowo nie uwzględniają zróżnicowanych wariantów postaci składników wsadu, mających wpływ na ich precyzję ważenia lub dozowania (materiały drobnoziarniste: pyły i granulaty, materiały o stałej, określonej masie pojedynczych kawałków lub używane w postaci całych opakowań, materiały o niekiedy bardzo zróżnicowanej masie pojedynczych kawałków lub nieprecyzyjnie pobieranych),
zmniejszanie liczby uwzględnianych pierwiastków chemicznych ze względu na dużą złożoność obliczeniową oraz realizacja obliczeń na bazie uśrednionych zawartości tych pierwiastków, co zwłaszcza w przypadku stosowania materiałów wsadowych o niepewnych parametrach (różne gatunki i postaci składników pochodzących z recyklingu), prowadzi do destabilizacji procesu otrzymywania ciekłego metalu o żądanych właściwościach,
występowanie błędów i odchyłek w procesie zestawiania wsadu, wynikających z nierzetelnego wykonywania poszczególnych zadań przez pracowników obsługi urządzeń pola wsadowego odlewni lub z charakterystyki działania niektórych metod ważenia lub dozowania materiałów kawałkowatych,
brak działań korygujących nieprawidłowe naważki materiałów wsadowych w ramach procesu zestawiania jeszcze tego samego wsadu do pieca odlewniczego.
2. W literaturze naukowej i branżowej z zakresu odlewnictwa brak jest opisu algorytmów i sposobów efektywnego sterowania urządzeniami zestawiającymi wsad w warunkach występowania błędów i odchyłek ważenia lub dozowania materiałów o zróżnicowanej kawałkowatości. Liczne publikacje autorstwa E. Ziółkowskiego prezentują teorię i praktyczne zastosowania metod optymalizacji namiaru wsadu dla różnych zagadnień technologicznych wytwarzania ciekłego stopu odlewniczego, jednak nie dotyczą one aspektów korygowania błędów naważania w procesie zestawiania określonego wsadu.
3. Opracowany algorytm wieloetapowej optymalizacji zestawiania wsadu podczas realizacji etapu 0 (początkowego), do wyznaczania optymalnego ekonomicznie namiaru wsadu stosuje metodę podziału i ograniczeń połączoną z metodą programowania matematycznego liniowego. Pozwala to na uwzględnienie w wyznaczonym namiarze wsadu udziału składników wsadu nie tylko ziarnistych lub o zróżnicowanej masie pojedynczych kawałków, ale także dostępnych w postaci kawałków lub opakowań o stałej masie. Taka modyfikacja dotychczasowego podejścia do obliczania wsadu istotnie dostosowuje modele optymalizacji wsadu do praktyki przemysłowej.
4. Do oceny precyzji ważenia różnych odlewniczych materiałów wsadowych ferromagnetycznych za pomocą chwytaka elektromagnetycznego podwieszonego do suwnicy można stosować klasyczne metody statystyczne, w których należy uwzględniać uśrednione wartości wyników pomiarów masy pobranego przez ten chwytak składnika wsadu. W celu wyznaczenia charakterystyki ważenia oraz rozrzutu pobranej masy dla poszczególnych nastaw mocy zasilania elektromagnesu, najlepiej jest, zdaniem autora niniejszej rozprawy, zastosować metodę rozmytej regresji. Przedstawiony w rozprawie model rozmytej regresji liniowej umożliwił dla wszystkich posiadanych danych pomiarowych nie tylko wyznaczenie charakterystyki udźwigu chwytakiem, ale także określenie rozrzutu wartości pobranej masy materiału, co zostało zastosowane do ustalenia kolejności ważenia składników zestawianego wsadu.
5. W związku z możliwością wystąpienia podczas procesu przygotowania wsadu błędów i odchyłek ważenia lub dozowania niektórych materiałów wsadowych, bardzo przydatną informacją dla pracownika zestawiającego wsad jest przedział stosowalności aktualnie ważonego składnika wsadu. Jeżeli aktualny wynik ważenia mieści się w tym przedziale, to pomimo wystąpienia różnicy naważki względem
zakładanego udziału, nadal istnieje możliwość (po wyznaczeniu nowych udziałów następnych w kolejności ważenia materiałów wsadowych) zestawienia wsadu o zakładanym składzie chemicznym. Określenie dolnej i górnej granicy przedziału stosowalności danego materiału wsadowego wymaga rozwiązania dodatkowych zadań optymalizacyjnych, których modele zostały przedstawione w tej rozprawie.
6. Kolejność ważenia materiałów wsadowych można ustalić po wyznaczeniu wartości wskaźnika kolejności ważenia, który zależy od wartości udziału, szerokości zakresu stosowalności oraz rozrzutu masy każdego stosowanego materiału wsadowego. Pozwala to prowadzenie procesu zestawiania wsadu począwszy od materiałów o najmniejszej pewności ich pobrania zgodnie z wymaganymi udziałami, a kończąc na tych materiałach, których precyzja ważenia gwarantuje pobranie ilości równej zakładanemu udziałowi. Takie podejście może istotnie przyczynić się do zmniejszenia liczby wytopów ciekłego metalu o nieprawidłowym składzie chemicznym.
7. Cykliczne, zgodne z zaproponowanym algorytmem wieloetapowej optymalizacji zestawiania wsadu do pieców odlewniczych, realizowanie kolejnych kroków w każdym etapie, wiąże się z definiowaniem zmodyfikowanych wersji układu warunków ograniczających i przeprowadzaniem kolejnych obliczeń optymalizacyjnych. Liczba niezbędnych obliczeń jest zależna przede wszystkim od liczby uwzględnianych w obliczeniach materiałów wsadowych, liczby branych pod uwagę pierwiastków chemicznych oraz zróżnicowania kawałkowatości tych składników wsadu. Pomimo możliwości posłużenia się różnymi programami komputerowymi (pakiety matematyczne, arkusze kalkulacyjne) do wykonania obliczeń w danym kroku algorytmu, to jednak efektywna realizacja wszystkich niezbędnych obliczeń wymaga opracowania specjalizowanego programu komputerowego, w którym będzie zaimplementowany ten algorytm. Efektywność takiego programu można zwiększyć poprzez wdrożenie odpowiednio zaprojektowanej relacyjnej bazy danych, zawierającej wszystkie istotne dla działania tego algorytmu dane wejściowe.
8. Opracowany algorytm wdrożony w postaci odpowiedniego zestawu procedur i funkcji może stanowić główny element składowy systemu informatycznego sterującego pracą urządzeń do przygotowania i zestawiania wsadu w odlewniach o różnym profilu produkcyjnym.
9. Zaproponowany algorytm wieloetapowej optymalizacji zestawiania wsadu w ramach dalszych działań naukowo-badawczych może zostać rozszerzony do stosowania
w przypadkach konieczności przeprowadzania korekty składu chemicznego ciekłego metalu po wytopie. System informatyczny sterujący urządzeniami pola wsadowego według takiego rozszerzonego algorytmu można wdrożyć w wysoko zmechanizowanych, półautomatycznych lub automatycznych procesach zestawiania wsadu, przyczyniając się do zwiększenia efektywności i konkurencyjności odlewni.
[1] Baler J., Köppen M.: Podręcznik wad odlewniczych. IKO-Erbslöh, Marl 1994.
[2] Biuletyn informacyjny firmy LECO Polska Sp. z o.o. producenta spektrometrów [online]. Tychy, Polska [dostęp 13.01.2019]. Dostępny w Internecie:
www.pl.leco-europe.com.
[3] Błażewicz J., Cellary W., Słowiński R., Węglarz J.: Badania operacyjne dla informatyków. Wyd. 2, WNT, Warszawa 1983.
[4] Brdyś M., Ruszczyński A.: Metody optymalizacji w zadaniach. WNT, Warszawa 1985. [5] Broszura informacyjna firmy AWO s.c. producenta wag hakowych [online]. Gdańsk,
Polska [dostęp 24.11.2018]. Dostępny w Internecie: www.awo.gda.pl. [6] Bubnicki Z.: Teoria i algorytmy sterowania. Wyd. 2, PWN, Warszawa 2005.
[7] Canon M.D., Cullum C.D. jr., Polak E.: Sterowanie optymalne i programowanie
matematyczne. WNT, Warszawa 1975.
[8] Chudzikiewicz R.: Mechanizacja i automatyzacja odlewni. WNT, Warszawa, 1980. [9] Czerwiński Z.: Matematyka na usługach ekonomii. Wyd. 6, PWN, Warszawa 1984. [10] Fedoryszyn A., Smyksy K., Ziółkowski E.: Maszynoznawstwo odlewnicze:
laboratorium. AGH Uczelniane Wydawnictwa Naukowo-Dydaktyczne, Kraków 2008.
[11] Findeisen W., Szymanowski J., Wierzbicki A.: Teoria i metody obliczeniowe
opty-malizacji. Wyd. 2, PWN, Warszawa 1980.
[12] Gagné M.: The sorelmetal book of ductile iron. Wydano nakładem-Metals Minerals Sp. z o. o., Warszawa 2006.
[13] Gass S.I.: Programowanie liniowe. Metody i zastosowania. Wyd. 4, PWN, Warszawa 1980.
[14] Górecki H.: Optymalizacja systemów dynamicznych. PWN, Warszawa 1993.
[15] Górny Z., Sobczak J.: Nowoczesne tworzywa odlewnicze na bazie metali nieżelaznych. Wyd. Za-pis, Kraków, 2005.
[16] Górny Z., Szweycer M.: Odlewnictwo metali i stopów. Tom II: Przygotowanie ciekłego
metalu. Instytut Odlewnictwa, 1997.
[17] Guzik E., Podrzucki C., Ziółkowski E.: System komputerowego wspomagania doboru
wsadu w procesie topienia w piecu indukcyjnym. Zesz. Nauk. AGH. Metall. Foundry
Eng., vol. 20, No. 4, 1994, s. 480.
[18] Kacprzyk J.: Wieloetapowe sterowanie rozmyte. WNT, Warszawa 2001. [19] Kaczorek T.: Teoria sterowania i systemów. PWN, Warszawa 1993.
[20] Koreň J., Jelč I.: Optimalizácia tavenia liatiny. Vydavateľstvo Technickej a Ekonomickej Literatúry ALFA, Bratislava 1988.
[21] Kotulski Z., Szczepiński W.: Rachunek błędów dla inżynierów. WNT, Warszawa, 2004. [22] Martos B.: Programowanie nieliniowe. Teoria i metody. PWN, Warszawa 1983.
[23] Materiały informacyjne dostawcy materiałów do obróbki ciekłego żeliwa [online]. Łaziska Górne, Polska [dostęp 20.01.2019]. Dostępny w Internecie: www.hlsili.pl/oferta. [24] Materiały informacyjne dostawcy materiałów do obróbki ciekłego żeliwa [online].
Częstochowa, Polska [dostęp 19.12.2018]. Dostępny w Internecie: www.jamar.info.pl. [25] Materiały informacyjne firmy ABB [online]. Zurych, Szwajcaria [dostęp 11.01.2019].
Dostępny w Internecie: www.new.abb.com.
[26] Materiały informacyjne firmy AZTECH Sp. z o.o. producent kruszarek