مدل استاندارد غیرخطی برای بهینه‌سازی مواد بار کوره‌های ذوب بوته‌ای و القایی

محاسبه وزن مواد بار کوره‌های ذوب، با موازنه جرم عناصر آلیاژی مواد ورودی و خروجی انجام می‌شود. اما فرایند ذوب، پیچیدگی‌ها یی دارد که اغلب در محاسبات موازنه جرم نادیده گرفته می‌شود و باعث عدم اطمینان در وزن مواد بار، اصلاح چندباره ذوب، تاخیر در تخلیه، افزایش هزینه و کاهش کیفیت مذاب می شود هدف پژوهش حاضر توسعه مدلی است، که نه‌تنها وزن مواد اولیه برای ترکیب شیمیایی ذوب هدف را محاسبه و بهینه‌سازی کند، بلکه هدررفت ناهمگن عناصر آلیاژی، ناخالصی‌های غیرفلزی مواد بار و اصلاح ذوب اولیه در کوره را نیز درنظر بگیرد. مقاله حاضر، فرمولاسیون یک مدل محاسبه بار کوره ی ذوب آلیاژ را ارایه می کند، که بر اساس موازنه جرم غیرخطی و بهینه سازی استاندارد توسعه یافته و همراه با یکالگوریتم حلقه ی تکرار برای حل عددی، ویژگی های موردنظر را برای ذوب تمام آلیاژها در برمی گیرد. برای ارزیابی مدل، یک مساله ذوب آلیاژ برنج با 7 عنصر آلیاژی و 8 نوع مواد بار در مقیاس صنعتی طرح و بررسی گردید،با حل مساله به کمک مدل توسعه یافته، کسر وزنی مواد اولیه، وزن و ترکیب شیمیایی ذوب اصلاح شده و کمترین هزینه مواد محاسبه گردید. مدلپیش بینی کرد که وزن کل مواد ورودی kg999 (همراه با ذوب اولیه)، هدررفت مواد معادل kg262 ، وزن نهایی مذاب اصلاح شده kg9646 و بازدهی ذوب 97.3 % باشد. تحلیل بهینه بودن جواب، تایید کرد که کمترین هزینه مواد به دست آمده است. مدل استاندارد غیرخطی، ابزاری سریع برای بهینه سازی هزینه و محاسبه بار کوره است که پتانسیل هایی برای کاهشهزینه و تسهیل اتوماسیون صنعتی فرایند ذوب ایجاد می کند.

non-linear standard model for optimization of charge materials in crucible and induction melting furnaces

melting furnace charge calculation is often performed based on the mass balance of alloying elements between input materials and output melt. however, real melting processes are concerned with phenomena and complexities, which are ignored in simplified mass balance calculations. that causes uncertainty in the charge calculations, which further leads to multiple melt corrections, delays in tapping, cost raises, and melt quality problems. this study aimed to develop a model that not only optimizes charge materials for a specified target melt, but also considers non-homogeneous element loss, non-metal contaminations in charges, and correction of initial melt in the furnace. this paper proposes a standard optimization approach with an iterative algorithm for non-linear mass balance in the melting problem. a test case was introduced to find charge materials for target brass alloy c47940 in a 10-ton induction furnace, with an initial 7-ton out-of-range melt. the matrix of coefficients was built according to the numerical algorithm of the model. the results of the test case showed the optimum mass fractions of charge burdens. an optimality analysis was conducted and showed that the solution has reached the minimum possible cost. the non-linear iterative algorithm revealed a convergent and fast performance which has potential for reliable optimization in melting operations with significant benefit for industrial automation.