Исследование и оптимизация технологии нагрева непрерывнолитых слябов в методических печах

• Автор: Мордовкин, Дмитрий Сергеевич
• Шифр специальности: 05.16.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Липецк
• Количество страниц: 214 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

1 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗА

ДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Конструкции нагревательных методических печей непрерывных 9 широкополосных станов горячей прокатки

1.2 Теплообмен в рабочем пространстве нагревательных методиче ских печей

1.3 Методы математического моделирования сложного теплообмена

1.4 Проектирование и оптимизация режимов нагрева слябов в нагре вательных методических печах

2 РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ПРОЦЕССА НАТРЕ

ВА МЕТАЛЛА В НАГРЕВАТЕЛЬНОЙ МЕТОДИЧЕСКОЙ ПЕЧИ

2.1 Нагревательные методические печи как объект математического моделирования

2.2 Разработка математической модели нагрева металла
2.3 Экспериментальная проверка адекватности математической мо дели
2.4 ВЫВОДЫ
3 ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛО ФИЗИЧЕСКИХ ОСОБЕННОСТЕЙ РЕ
ЖИМОВ НАГРЕВА НЕПРЕРЫВНОЛИТЫХ СЛЯБОВ В МЕТОДИЧЕСКИХ ПЕЧАХ
3.1 Исследование режимов нагрева металла в печах толкательного типа
3.2 Исследование режимов нагрева металла в печах с шагающими 2 балками
3.3 Теплофизические особенности формирования температурного 1 поля слитка
3.4ВЫВОДЫ
4 ОПТИМИЗАЦИЯ РЕЖИМОВ НАГРЕВА НЕПРЕРЫВНО ЛИТЫХ
СЛЯБОВ В МЕТОДИЧЕСКИХ ПЕЧАХ
4.1 Выбор критериев эффективности и качества процесса нагрева
4.2 Формирование ограничений задачи оптимизации и области опре 0 деления управляющих параметров
4.3 Методика оптимизации режимов нагрева
4.4 Оптимизация режимов нагрева по частным критериям качества
4.5 Оптимизация режимов нагрева по комплексным критериям каче 3 ства
4.6 ВЫВОДЫ
5. ИССЛЕДОВАНИЕ И ОПТИМИЗАЦИЯ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛО 9 ВОЙ МОЩНОСТИ ПО ЗОНАМ НАГРЕВАТЕЛЬНОЙ МЕТОДИЧЕСКОЙ ПЕЧИ
5.1 Исследование взаимного радиационного влияния зон нагреватель 9 ной печи со сводовым отоплением
5.2 Экспериментальное исследование распределения тепловой мощно 4 ста по зонам нагревательной методической печи
5.3 Исследование зависимости основных параметров нагрева от рас
пределения тепловой мощности
5.4 Управление тепловым режимом в нижних зонах нагревательных 8 печей
5.5 Особенности проектирования и реализации технологии нагрева
металла перед горячей прокаткой
5.6 ВЫВОДЫ
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
ПРИЛОЖЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность


Помимо управления нагревом в этих системах обеспечивается оптимальный по выбранному критерию тепловой режим в зонах печи, автоматическое изменение уставок при изменении сортамента, динамическое согласование режима работы печей с ритмом прокатного стана, управление горением топлива и транспортировкой металла [,9,0]. На рис. Модель должна обеспечить информацию о температуре металла с за-. Заданная точность должна быть получена с наибольшей степенью простоты. В процессе работы может произойти изменение параметров процесса нагрева в печи, поэтому необходимо автоматически подстраивать модель к этим изменениям. Следующий уровень развития АСУ ТГ1 предполагает наличие третьего, имитационно-оптимизирующего контура управления [,]. При новом подходе известные двух- и трехуровневые математические модели конкретных технологических процессов, и действующие технологические инструкции рассматриваются как исходная база знаний для разработки имитационно-оптимизирующего контура АСУ ТП (верхнего уровня системы). Рис. Верхний третий уровень связан с обеспечением возможности компьютерной поддержки АСУ ТП на различных этапах се функционирования, начиная от разработки проекта и заканчивая созданием систем искусственного интеллекта и экспертных систем для работы в оптимальных режимах. Иерархическая структура трехуровневой АСУ ТП нагрева металла показана на рис. Рис. Таким образом, значительный прогресс в области технологий сжигания топлива, огнеупорных и теплоизоляционных материалов, утилизации тепла и автоматических систем управления позволил достигнуть высоких показателей работы современных нагревательных методических печей. Внешний теплообмен в рабочем пространстве нагревательных печей происходит за счёт конвективного и радиационного механизмов тсплопереноса, которые в излучающей и поглощающей среде неразрывно связаны между собой. Радиационный перенос определяется, главным образом, величиной и распределением по рабочему пространству тепловыделений за счёт сгорания топлива, которые в свою очередь обусловлены газодинамикой факела - конвективным и диффузионным переносом топлива, окислителя и продуктов сгорания []. Режим работы печи отражает соотношение между количествами теплоты, поступающей от факела к металлу бм и 2К - к кладке печи. Qtл < ? Максимальная теплоотдача в печи достигается при прямом направленном режиме, минимальная - при равномерно распределённом, косвенно-направленный режим можно рассматривать как промежуточный. Организация того или иного режима теплообмена определяется местом ввода топлива и развития факела по отношению к поверхностям металла и кладки. Режим равномерно распределённого теплообмена соответствует формированию факела в средней по высоте плоскости между указанными поверхностями. При приближении факела к поверхности металла создаётся режим прямого направленного теплообмена, при перемещении факела в сторону кладки - косвенного теплообмена. В настоящее время большое распространение получили печи со сводовым отоплением, в которых достигается более равномерное распределения температуры по длине и ширине рабочего пространства печи и, тем самым, повышается интенсивность и эффективность нагрева металла. По сравнению с торцевым отоплением, отсутствие пережимов и необходимая частота размещения горелок по длине печи обеспечивают значительно менее резкое изменение температуры кладки, что обеспечивает и более равномерное по длине изменение величины падающих тепловых потоков излучения на металл. Это обеспечивает не только более равномерный, но и более кратко- [ временный нагрев металла, ведущий к его меньшему окислению []. При сводовом отоплении реализуется косвенно-направленный радиационный режим теплообмена за счёт сжигания топлива вблизи поверхности свода. Для этого применяются специальные горелки образующие разомкнутый факел. Под разомкнутым факелом принято понимать факел с углом раскрытия 0 °С, растекающийся тонким слоем и прилегающий к поверхности свода, в который вмонтирована горелка (рис. Во многих работах подчёркивается воз-можное. Образующиеся раскалённые газы, двигаясь около поверхности керамической кладки, обеспечивают интенсивную передачу тепла главным образом конвекцией (толщина слоя газов невелика). Кладка раскаляется и обеспечивает интенсивное излучение на нагреваемый металл.