Главная страница | UKR | ENG |

МОДЕЛИРОВАНИЕ  НАГРЕВА  СЛИТКА 
В  РЕГЕНЕРАТИВНЫХ  НАГРЕВАТЕЛЬНЫХ  КОЛОДЦАХ

С применением математического моделирования рассматривается нагрев слитков в регенеративных нагревательных колодцах. Попеременная подача топлива через регенераторы приводит к несимметричному нагреву слитков. Уменьшение времени между перекидками клапанов с одинаковым темпом роста температуры печи на каждом интервале позволяет интенсифицировать процесс нагрева слитков и уменьшить колебание температур.

Введение

Печное хозяйство заводов черной металлургии Украины потребляет большое количество топлива. До настоящего времени основным источником топлива являлся природный газ. Однако дефицит природного газа и резко возросшая стоимость за 1000 м  заставляет потребителей резко сократить использование природного газа и найти другие источники тепла.

В связи с этим возросла роль регенеративных нагревательных колодцев, которые благодаря подогреву воздуха и газа до высокой температуры, могут работать на низкокалорийном топливе – как на доменном газе, так и на коксодоменной смеси.

В связи с возникшей проблемой экономии топлива необходимо решение оптимизационных задач по различным критериям оптимальности. Одним из таких критериев является оптимизация по минимуму расхода топлива.

Работа регенеративных нагревательных колодцев связана с циклической подачей топлива. Такая подача топлива приводит к тому, что слитки, стоящие у пламенного окна, греются неравномерно.

Анализ полученных результатов

Рассматривается нагрев слитка холодного посада с начальной температурой  °С с размерами 0,715´0,65´2,33 м. При расчете принято, что верхнее и нижнее основание слитка имеют одинаковые размеры.

Ближняя грань слитка взаимодействует с продуктами сгорания, выходящими из пламенного окна; дальняя грань  находится в зоне слабой циркуляции, грани одинаково омываются продуктами сгорания, поэтому температура среды на этих гранях изменяется равномерно.

На рисунке 1 приведено изменение температуры продуктов сгорания у грани с учетом перекидки клапана. Большее значение температуры соответствует случаю, когда продукты сгорания выходят из пламенного окна и попадают на грань. Меньшее значение температуры среды отвечает случаю, когда продукты сгорания уходят в регенератор, т.е. это последний слиток в ряду, который омывается продуктами сгорания.

Приведенные на рисунке 1 кривые соответствуют двум случаям нагрева с различным временем перекидки клапанов. Первый случай (–) перекидка клапанов происходит через = 780 с, во втором случае (---) перекидка клапанов происходит через = 600 с. И в одном и в другом случае изменение температуры среды через одинаковое число перекидки клапанов одинаково. Это приводит к тому, что температура среды при = 600 с растет во времени быстрее, чем при перекидке = 780 с. Чем меньше время между перекидками, тем быстрее растет температура.

Как видно из рисунка 1, колебание температуры поверхности в начальный момент времени не существенно, она практически не понижается, а остается постоянной. Но начиная со времени, примерно, = 4500 с температура поверхности при встрече продуктов сгорания растет быстрее, а при уходе продуктов сгорания из ячейки сильно снижается. При меньшем времени между перекидками клапанов колебание температуры поверхности меньшее, чем при большем времени между перекидками. Это связано с тем, что длительность взаимодействия максимального и минимального значения температуры среды с поверхности тела меньше и температура поверхности будет повышаться или понижаться на меньшую величину.

Количество перекидок увеличится при меньшем времени между перекидками клапанов. При той же скорости роста температура среды за определенное время вырастет до большего значения, и слиток прогреется до более высокой температуры.
Так, за время нагрева = 7800 с (рисунок 3) при = 600 с (---) температура на поверхности достигла значения  °С, а в середине  °С. При времени перекидки = 780 с (–) температура на поверхности  °С, а в середине  °С.

 

Рис. 2. Изменение температуры по сечению тела для различных моментов времени

 

При одном и том же числе перекидок клапанов слиток с меньшим временем между перекидкой клапанов будет греться меньшее время, чем слиток с большим временем между перекидками.

На рисунке 2 приведены результаты моделирования нагрева слитка при одинаковом числе перекидки клапанов. Так, при = 600 с время нагрева составило = 4200 с температурная кривая () расположена ниже, чем при = 780 с  и общем времени нагрева = 5450 с. В первом случае температура поверхности равняется  °С, температура середины  °С, а во втором случае  °С,  °С.

Если сравнивать нагрев слитков по числу перекидок клапанов, то при большем времени между перекидками слитки греются дольше и температура по сечению будет выше, чем у слитков при меньшем времени между перекидками клапанов.

На рисунке 2 приведены две кривые распределения температуры по сечению тела с разницей во времени. В течение времени от = 9600 с до = 10200 с продукты сгорания соприкасаются с передней гранью 1 (рисунок 2) непосредственно при выходе из пламенного окна. Противоположная грань 3 затенена слитком и температура среды там меньше. Распределение температуры по сечению слитка представлено кривой  рисунок 2. В точке 1 температура равняется  °С, а в точке 10 равняется  °С. В момент времени = 10200 с продукты сгорания поменяли направление движения на обратное и в течении времени от = 10200 с до = 10800 c грань 3 греется интенсивней, чем грань 1. Распределение температур представлено кривой (-) рисунок 3. Температура на грани 1 понизилась и стала равной  °С, а на грани 3 повысилась и равняется  °С. Во всех остальных точках по сечению температура повысилась: в точке 2 была равной  °С стала равной  °С, в точке 9 равнялась  °С и повысилась до температуры  °С.

 

Выводы

Выполнено моделирование нагрева слитков в регенеративных нагревательных колодцах с учетом неравномерности температурного поля в ячейке, вызванного циклической подачей топлива, то в одном, то в другом направлении.

Приведена динамика нагрева слитков при различной длительности между перекидкой клапанов. Изменение температуры среды при меньшей длительности цикла с такой же интенсивностью, как и при большей длительности цикла, позволяет интенсифицировать процесс нагрева не только на поверхности слитка, но и увеличить скорость подъема температуры его центра.

При одинаковом количестве перекидок клапанов большее время нагрева соответствует большему времени  между перекидками клапанов.