Библиографическое описание:Возможности повышения безопасности процесса полунепрерывного литья алюминиевых слитков за счет внедрения цифровой модели : научное издание / В. А. Новиков. - Текст : непосредственный // Современные инновации, системы и технологии. - 2026. - Т. 6, № 1. - С. 3075-3083. - ISSN 2782-2818, DOI 10.47813/2782-2818-2026-6-1-3069-3077.
Аннотация:В статье представлена разработанная цифровая модель процесса полунепрерывного литья плоских алюминиевых слитков, предназначенная для интеграции в автоматизированные системы управления технологическим процессом с целью упреждающего регулирования, повышения качества продукции и уровня промышленной безопасности. Модель основана на совокупности быстродействующих математических алгоритмов, описывающих теплоперенос во всех ключевых зонах литейного агрегата: миксере, металлопроводе и кристаллизаторе, с учётом реальных производственных параметров и режимов охлаждения. Особенностью модели является использование динамических коэффициентов теплоотдачи, зависящих от расхода охлаждающей воды и теплофизических свойств сплава, что позволяет в реальном времени прогнозировать температурные поля в слитке, толщину кристаллизовавшейся корки, глубину жидкой фазы, а также ключевые критерии качества поверхности и структуры металла. На примере сплава 3003 демонстрируется работа модели для выявления опасных режимов, приводящих к риску прорыва жидкого металла, неравномерного охлаждения и термических напряжений, а также показана возможность подбора безопасных траекторий изменения расхода воды и скорости литья. Описаны алгоритмы корректирующих управляющих воздействий, которые могут быть реализованы в системах автоматического управления и в составе «цифрового двойника» литейной линии для предотвращения аварийных ситуаций, снижения вероятности отказов оборудования и оптимизации энергозатрат.
The article presents a developed digital model of the semi-continuous casting (SC) process of flat aluminum ingots designed for integration into automated process control systems to enable predictive control, improve product quality, and enhance industrial safety. The model is based on a set of fast mathematical algorithms that describe heat transfer in all key areas of the casting unit - mixer, metal conveyor, and casting machine - taking into account real production parameters and cooling regimes. A distinctive feature of the model is the use of dynamic heat transfer coefficients depending on the cooling water flow rate and thermophysical properties of the alloy, which makes it possible to predict in real time the temperature fields inside the ingot, the thickness of the solidified shell, the depth of the liquid pool, and key quality criteria related to surface defects and internal structure. Using alloy 3003 as a case study, the operation of the model is demonstrated for identifying hazardous casting modes leading to the risk of liquid metal breakouts, non-uniform cooling, and thermal stresses, as well as for selecting safe trajectories of water flow and casting speed. Algorithms of corrective control actions are described that can be implemented in automatic control systems and within a digital twin of the casting line to prevent emergency situations, reduce equipment failure probability, and optimize energy consumption.
Ключевые слова:semi-continuous casting, aluminum ingot, digital model, digital twin, process control, process safety, heat distribution calculation, and crystallization, полунепрерывное литье, Алюминиевый слиток, цифровая модель, цифровой двойник, управление технологическим процессом, безопасность процесса, расчет теплораспределения, кристаллизация
