При нагреве металла под обработку давлением в большинстве случаев применяют проходные нагревательные печи. Эти печи обычно называют методическими, так как в них осуществляется методический режим нагрева и обязательно имеется методическая (тепло-утилизационная) зона предварительного нагрева металла. Методические печи являются печами непрерывного действия с преимущественно противоточным движением нагреваемого металла и продуктов сгорания в рабочем пространстве [1]. Современные проходные печи для нагрева заготовок перед обработкой металла давлением являются крупным потребителем газообразного топлива, доля которого составляет 16-18% от всех затрат энергоресурсов в металлургическом производстве. В настоящее время средние затраты условного топлива на 1 т нагретого металла на предприятиях России составляют величину порядка 60 кг. Если сравнить этот показатель с аналогичными показателями зарубежных предприятий, который в среднем в 1,5 раза меньше, то становится очевидным, что мероприятия по совершенствованию технологии нагрева металла в отечественных проходных нагревательных печах имеют большие перспективы [2]. Для уменьшения удельного расхода топлива (в основном природного газа) прибегают к внедрению энергосберегающих мероприятий. Основные из них: 1. Изоляция подовых труб, с целью уменьшения потерь тепла с охлаждающей водой; 2. Разработка и исследование новых конструкций рейтеров; 3. Исследование теплоизоляционных материалов для футеровки стен и свода; 4. Уменьшение подсоса холодного воздуха в печь (герметичность печи); 5. Использование тепла уходящих газов (подогрев воздуха горения в рекуператоре); 6. Разработка энергосберегающих режимов нагрева; 7. Использование технологий горячего посада и низкотемпературного нагрева; 8. Применение АСУ ТП нагрева металла на основе математической модели с обратной связью по температуре металла. Разработка энергосберегающего режима, а также оптимизация конструкции нагревательных печей методами натурального эксперимента и физического моделирования связана со значительными трудностями, а зачастую и просто невозможна, в связи с этим основным инструментом исследования становится математическое моделирование. При математическом моделировании тепловой работы методических печей принято различать задачу внешнего теплообмена, описывающую перенос тепла в рабочем пространстве печи, и задачу внутреннего теплообмена, рассматривающую распространение тепла внутри металла. Наиболее сложным является решение задачи внешнего теплообмена, требующего учета сложного характера теплопереноса излучением и конвекции, тепловыделения в результате горения топлива, турбулентного движения газов. В настоящее время наибольшее распространение в нашей стране получил зональный метод расчета сложного теплообмена, основой которого является деление рассматриваемой системы на конечное число зон, поверхностных и объемных, в пределах которых непрерывное распределение температур и физических характеристик заменяют прерывным. В результате этого интегральные уравнения, описывающие лучистый теплообмен заменяются аппроксимирующей конечной системой алгебраических уравнений, из решения которой и определяются искомые энергетические характеристики (температуры зон и тепловые потоки между зонами). Недостатком этого метода является необходимость определения большого количества угловых коэффициентов (геометрических, обобщенных, разрешающих) За рубежом основное развитие получил CFD (Computational Fluid Dynamics) метод на базе которого реализовано большое количество прикладных программ математического моделирования (Fluent, Phoenix, CFX и др.). Метод базируется на общем решении уравнений переноса импульса (аэро- и гидродинамика), массы и энергии (теплоты), с учетом закономерностей химической термодинамики и химической кинетики. Потенциал CFD превышает возможности зонального метода, ибо позволяет наряду с тепловым определять гидродинамическое состояние печной камеры (поля скоростей, турбулентных характеристик течения), учитывая при этом процесс горения. Учитывая возросшую актуальность оптимизации конструктивных и режимных параметров методических печей, была разработана математическая модель, используемая для разработки энергосберегающих режимов нагрева металла.