Николай Ефимов-Сойни рассказал о возможностях технологии цифровых двойников для электродного производства на III Международной производственно-технической конференции: Роль углеграфитовой продукции в промышленности

С 15 по 17 мая 2024 года состоялась III Международная производственно-техническая конференция: Роль углеграфитовой продукции в промышленности в Суздале. Ежегодно мероприятие собирает на единой площадке технических специалистов ведущих металлургических компаний из России и дружественных стран.

В 2024 году в конференции приняли участие представители 76 компаний из 5 стран: Турции, Казахстана, Азербайджана, Белоруссии и России.
Организатор конференции – индустриальный партнер СПбПУ – компания Эл 6 (Группа ЭПМ), которая является ведущей российской компанией, специализирующейся на выпуске углеграфитовой продукции.

В рамках деловой программы конференции эксперты обсудили ситуацию на рынке углеграфитовой продукции, перспективы производства игольчатого кокса в России, состояние ферросплавной и огнеупорной промышленности страны, рынок лома, актуальные тренды в производстве изделий из искусственного графита, цифровые двойники для электродного производства, процессы совершенствования качества и технологий производства графитированных электродов, катодных блоков, конструкционных изделий из графита, углеродосодержащих материалов и электродных масс, декарбонизацию черной металлургии Российской Федерации.

• «На III конференции мы расширили темы докладов, предложив сегодня обсудить роль углеграфитовой продукции не только в металлургии, но и в промышленности в целом, так как ее роль действительно огромна. У мероприятия растет не только количество участников, но и география. Чем больше мы получаем обратной связи от наших клиентов, тем лучше мы их понимаем и корректируем свои процессы. Наше намерение – создать независимую площадку для обсуждения всех аспектов эксплуатации углеграфитовой продукции в различных отраслях»,
  – подчеркнул заместитель генерального директора - коммерческий директор компании Эл 6 Леонид Мармур.

Традиционно специалисты Экосистемы технологического развития СПбПУ принимают участие в Международной производственно-технической конференции: Роль углеграфитовой продукции в промышленности в качестве спикеров и экспертов в рамках развития сотрудничества с компанией Эл 6. Напомним, что 3 февраля 2022 года представители компании Эл 6 посетили СПбПУ с рабочим визитом и обсудили перспективы сотрудничества в образовательной и научно-технической сфере.

Заместитель директора Инжинирингового центра (CompMechLab^®) Передовой инженерной школы СПбПУ «Цифровой инжиниринг» Николай Ефимов-Сойни представил Экосистему технологического развития СПбПУ и рассказал о ключевых проектах в сфере интеграции передовых цифровых и производственных технологий, в частности, технологии цифровых двойников в электродное производство.

Экосистема технологического развития СПбПУ сформирована 5 федеральными структурами, созданными в результате побед в конкурсах. В неё входят Передовая инженерная школа (ПИШ) СПбПУ «Цифровой инжиниринг», Научный центр мирового уровня (НЦМУ) СПбПУ «Передовые цифровые технологии», Центр компетенций НТИ СПбПУ «Новые производственные технологии», Центр трансфера и импортозамещения передовых цифровых и производственных технологий СПбПУ и Инжиниринговый центр (CompMechLab^®) СПбПУ.

В начале доклада Николай Константинович отметил роль Передовой инженерной школы «Цифровой инжиниринг» СПбПУ в качестве флагманского подразделения Экосистемы технологического развития Политехнического университета:

• «Подразделения экосистемы технологического развития СПбПУ объединяют более 750 инженеров, научных сотрудников и преподавателей, имеют более 500 успешно завершенных проектов в области двигателестроения, аэрокосмической отрасли, авиастроения и вертолетостроения, в том числе направления беспилотных летательных аппаратов, атомной энергетики, нефтегазовой отрасли, судостроения, отрасли железнодорожного транспорта, автомобилестроения и электротранспорта, медицинской инженерии. С момента основания ПИШ СПбПУ продолжает, заложенные ранее традиции взаимодействия с индустриальными партнёрами по научно-техническим проектам и образовательному направлению, концентрируя все наиболее инновационные инициативы».

Далее спикер рассказал о начале активного развития технологии цифровых двойников в Экосистеме технологического развития СПбПУ со старта в 2014 году проекта «Кортеж»/AURUS (головной исполнитель ФГУП «НАМИ») по созданию отечественного автомобиля премиум-класса при реализации которого ключевой зоной ответственности специалистов Инжинирингового центра (CompMechLab^®) СПбПУ была разработка элементов каркаса кузова отечественных автомобилей на базе единой модульной платформы, предназначенных для перевозки и сопровождения первых лиц государства. Николай Константинович последовательно перечислил дальнейшие успешные наукоемкие проекты, выполненные инженерами СПбПУ с применением технологии цифровых двойников:

• создание первого российского электромобиля «КАМА-1» с индустриальным партнером проекта – ПАО «КАМАЗ».
• разработка и применение цифрового двойника вибросита для системы очистки бурового раствора при нефтедобыче для НПО «Центротех» (входит в контур управления Топливной компании «ТВЭЛ» Госкорпорации «Росатом»);
• разработка цифрового двойника тепловыделяющей сборки (ТВС) ВВЭР-1000 с антидебризным фильтром и перемешивающими решетками для АО «ТВЭЛ» Госкорпорации «Росатом»;
• разработка цифрового двойника морского газотурбинного двигателя и редуктора в составе агрегата в интересах ПАО «ОДК-Сатурн» Госкорпорации «Ростех»;

В продолжение доклада заместитель директора Инжинирингового центра (CompMechLab^®) ПИШ СПбПУ Николай Ефимов-Сойни дал определение термину «цифровой двойник» и подчеркнул, что первый и единственный в мире национальный стандарт ГОСТ Р 57700.37-2021 "Компьютерные модели и моделирование. ЦИФРОВЫЕ ДВОЙНИКИ ИЗДЕЛИЙ. Общие положения", охватывающий все стадий жизненного цикла изделия, был разработан при участии специалистов СПбПУ и признан не только на территории России, но и с первого представления вошёл в перечень взаимно признаваемых российских и китайских стандартов в сфере авиастроения по причине его значимости и важности для промышленности Китайской Народной Республики в силу отсутствия подобных стандартов на стадии разработки высокотехнологичных изделий.

Далее спикер описал технологию цифровых двойников, отметил принцип создания, ключевые элементы, такие как многоуровневая матрица требований, целевых показателей и ресурсных ограничений, и выделил Цифровую платформа по разработке и применению цифровых двойников CML-Bench® как уникальный инструмент для ведения наукоемких проектов, представляющий принципиально новую систему управления знаниями, данными, конфигурациями и изменениями.

Докладчик отметил, что цифровые двойники используются для решения широкого спектра задач: гидро и газодинамика, ударные взаимодействия, прочность, оптимизация конструкции.

В продолжение выступления Николай Константинович перешёл к презентации проекта с использованием технологии цифровых двойников для электродного производства, реализованного в 2023 году по заказу компании Эл 6 Новочеркасск.

Инженеры Инжинирингового центра (CompMechLab^®) ПИШ СПбПУ провели компьютерное моделирование резьбового соединения электродной колонны при варьировании осевого температурного коэффициента линейного расширения материала электрода.

Первый этап проекта состоял в определении напряженно-деформированного состояния  (НДС) конечно-элементной модели фрагмента электродной колонны плавильной печи, содержащего резьбовое соединение электрод-ниппель-электрод, при различных вариациях геометрии резьбы в пределах полей допусков и при различных температурных нагрузках и оценка чувствительности механических напряжений системы к изменению условий теплового нагружения и к варьированию контролируемых размеров геометрии резьбы.

• «Для исследования было разработано 13 вариантов конечно-элементных моделей участка резьбового соединения электрод-ниппель-электрод в соответствии с матрицей эксперимента и был произведен расчёт НДС при различных температурных нагрузках от 20 до 2000°С.
• В рамках проекта было оценено влияние скин-эффекта на температурное поле и получены выводы о влиянии геометрии и момента затяжки на напряженно-деформированное состояние, а также оценен характер температурного нагружения. В итоге нами были разработаны рекомендации по практическому применению результатов, полученных при анализе чувствительности механических напряжений в системе»,
  – пояснил Николай Ефимов-Сойни.

Выводы о влиянии геометрии и момента затяжки на напряженно-деформированное состояние численной модели фрагмента электродной колонны плавильной печи подтолкнули исследователей к задаче второго этапа проекта, состоящей в оценке работоспособности электродной колонны, образованной свинчиванием моноэлектрода, при эксплуатационных нагрузках.

• «Инженерами Инжинирингового центра (CompMechLab^®) Передовой инженерной школы СПбПУ «Цифровой инжиниринг» был проведен расчёт НДС моноэлектрода диаметром 610 мм для одного варианта геометрии и анализ полученных результатов компьютерного моделирования, оценка работоспособности данной конструкции в рабочих условиях, исходя из выполнения критериев прочности»,
  – отметил Николай Константинович.

Заместитель директора Инжинирингового центра (CompMechLab^®) ПИШ СПбПУ Николай Ефимов-Сойни подчеркнул важность исследования для снижения расходов металлургических компаний вследствие предотвращения разрушений электродной колоны и нарушения технологических процессов при выплавке стали:

• «Исследование направлено на повышение работоспособности резьбового соединения электрод-ниппель-электрод в тяжелейших эксплуатационных условиях в сталеплавильной печи под действием высоких температур и токовой нагрузки. Негативное сочетание варьируемых параметров в резьбовом соединении электродной колонны из-за высоких механических напряжений может привести к его преждевременному разрушению. Крупные обломки, попадая в расплав, нарушают технологическую цепочку выплавки стали, что несет значительные экономические издержки».

В завершение выступления спикер отметил, что в ходе работы над проектом на Цифровой платформе по разработке и применению цифровых двойников CML-Bench® использовались современные CAE-системы, функциональные возможности которых позволяют учесть все возможные эксплуатационные нагрузки при решении нелинейных задач и производить множество виртуальных испытаний за короткий период, по результатам которых можно судить о чувствительности механических напряжений в соединении к изменяемым характеристикам.

После презентации доклада участники конференции обсудили результаты исследования, задали уточняющие вопросы о параметрах численного моделирования и рассмотрели практические варианты внедрения передовых цифровых и производственных технологий в практику металлургических предприятий и пути перехода к цифровым испытаниям в контексте актуальной отраслевой повестки.

Текст подготовлен с использованием пресс-релиза организатора мероприятия.
Фото предоставлены организатором конференции.