Современное металлургическое производство характеризуется наличием высокопроизводительных технологических комплексов, потребляющих большое количество энергии и сырьевых ресурсов, работающих в условиях быстроменяющихся технологических параметров [1].

           Работа методических толкательных печей зависит от многих факторов: ритмичности работы прокатного стана, марки нагреваемого металла, массы нагреваемого металла и др. Методические печи могут работать с отклонениями от номинального режима. Моделирование процессов нагрева металла позволяет оценить влияние конкретных факторов и выбрать наиболее приемлемый.

           Существующие нагревательные печи проектировались более 30 лет назад под конкретный сортамент металла с основным требованием – обеспечение максимальной производительности. Температурные режимы рассчитывали так же на максимальную производительность. Эксплуатировать печь таким образом экономически целесообразно только в том случае, если её производительность колеблется в узком диапазоне и близка к расчетной. В современных условиях сокращено количество выплавляемого металла. В имеющихся печах греются заготовки других типоразмеров, используется другое топливо. В связи с этим целесообразно разработать математическую модель и алгоритм, смоделировать режим нагрева заготовок данного сортамента, определить расход топлива на нагрев, удельный расход топлива и удельный расход условного топлива.

            Разработать математическую модель нагрева металла в методической печи, которая на реально действующей печи позволит рассчитывать режимы нагрева метала при различном сортаменте и любой марке стали, отличающихся от проектных.

           Для экономии времени и средств на перестройку нагревательной печи, для работы с другим сортаментом и маркой стали целесообразно разработать математическую модель и алгоритм, смоделировать режим нагрева заготовок данного сортамента, определить расход топлива и удельный расход условного топлива.

Суть работы:

           Методическая печь является высокотемпературной технологической установкой, предназначенной для нагрева заготовок под прокатку. Конструктивно печь состоит из трех зон – методической, сварочной (верхней и нижней) и томильной. В печи заготовки лежат вплотную друг к другу. В методической и сварочной зонах они перемещаются по глиссажным водоохлаждаемым трубам. В этих зонах имеет место двусторонний несимметричный нагрев металла, поскольку, его интенсивность сверху выше, чем снизу. В томильной зоне металл, лежащий на монолитной подине, греется сверху (выдерживается при постоянной температуре поверхности заготовки).
Температурное поле заготовки изменяется по толщине и во времени. Для моделирования нагрева металла в методической печи воспользуемся дифференциальным уравнением теплопроводности, описывающим одномерное температурное поле.

(1)

где - соответственно коэффициент теплопроводности, Вт/(м•К); теплоемкость, Дж/(кг•К); плотность, кг/м3.
За начальные условия принимаем распределение температуры по сечению заготовки в начальный момент времени.

Граничные условия имеют вид:

     - в методической и сварочной зонах:

            при х=0        

            при х=Lх        

     - в томильной зоне металл греется при постоянной температуре поверхности.

           Алгоритм расчета степени черноты газов оформлен в виде процедуры.

           Расчет горения топлива выполняется по отдельной процедуре и позволяет определить требуемое количество кислродоносителя для сжигания топлива, выход продуктов сгорания и их состав. Эти данные используются для расчета приведенной черноты системы. Дифференциальное уравнение (1) с условиями однозначности и граничными условиями решалось конечно-разностным методом с использованием метода прогонки [8, 9].

     Производительность печи определяется производительностью прокатного стана. При постоянной производительности время нагрева будет зависеть от массы нагреваемых заготовок:

(2)

где G - масса заготовок в печи, кг; P - производительность печи, кг/с.

      Для имеющейся печи при известных длинах зон можно определить время нагрева металла по зонам, воспользовавшись формулой (2).

      Таким образом, в результате выполненных исследований разработан алгоритм и выполнено моделирование нагрева металла при постоянной производительности печи и различной толщине заготовки. Изменение толщины заготовки приводит к изменению времени нагрева, что в соответствии с полученными результатами может достигаться изменением времени пребывания металла в зонах печи. Это, в свою очередь приводит к изменению скорости продвижения металла в печи. Изменение температурного режима приводит к изменению экономических показателей работы печи. В дальнейшем планируется выполнить исследование на реальной методической печи не только при постоянной производительности, но и при переменной.

Список литературы

---

1. Ткаченко В.Н. Математическое моделирование, идентификация и управление технологическими процессами тепловой обработки материалов.- К: Наукова думка, 2008.- 244 с.
2. Розенгарт Ю.И., Потапов Б.Б., Ольшанский В.М., Бородулин А.В. Теплообмен и тепловые режимы в промышленных печах – Киев – Донецк: Вища шк., 1986.- 296 с.
3. Казанцев Е.И. Промышленные печи – М: Металлургия, 1975.-368 с.
4. Найзабеков А.Б., Талмазан В.А., Ахметгалина Н.В. Моделирование нагрева слябов в методических печах различной конструкции // Сталь.2010.№6. с. 66 - 69.
5. Пульпинский В.Б. Разработка и внедрение энергосберегающего режима нагрева металла в проходных печах методического типа // Электронный журнал энергосервисной компании «Экологические системы». 2005.№5.
6. Мастрюков Б.С. Теория, конструкции и расчеты металлургических печей, т.2 – М: Металлургия, 1986.- 376 с.
7. Самарский А.А. Введение в теорию разностных схем.- М: Наука, 1971.-552 с.
8. Гинкул С.И., Шелудченко В.И., Кравцов В.В., Палкина С.В. Тепломассообмен – Донецк: Норд-Пресс, 2006.- 298 с.
9. ...

---

ДонНТУ > Портал магистров ДонНТУ | Главная | Библиотека | Ссылки