Повышение эффективности тепловой работы газовых печей метизного производства

• Автор: Юдин, Рафаил Айзикович
• Шифр специальности: 05.16.02
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 1998
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 125 с. : ил.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность работы. В промышленно развитых странах непрерывно развивается производство калиброванной стали и различных метизов. Основными их изготовителями являютя специализированные метизные заводы,осуществляющие четвёртый передел чёрной металлургии. Способы и технология изготовления калиброванной стали подвергаются большим изменениям. Резко возросла доля выпуска металла,поставляемого в шлифованном и полированном виде.
Одним из прогрессивных технологических процессов производства калиброванной стали является термохимическая обработка в роликовых печах с радиационными трубами,распространённых и в других отраслях, в частности,в прокатном производстве. Однако,при нагреве в этих печах калиброванной стали существенно проявляется ряд специфических особенностей не характерных для аналогичных печей при нагреве другой металлопродукции,например,стального листа. Такими особенностями являются: сложность формы,вторичная шероховатость и немонолитность садок, а также существенное экранирование их рольгангом. Существующие алгоритмы расчёта печей перечисленных особенностей не учитывают.
Метизами сокращённо и условно принято называть группу наиболее широко применяемых металлических изделий промышленного назначения, например »проволоку, канатные изделия »металлические сетки, ленту уварочные электроды,порошковую проволоку,мелкие пружины,крепёжные изделия,цепи и т.д. Проволока - основной вид метизов - имеет точные размеры и конфигурацию поперечного сечения по её длине. Термохимическую обработку проволоки проводят в протяжных отжигательных и патенти-.ючных печах,установленных в линиях непрерывного нанесения покрытий подготовки проволоки к волочению. Эти печи применяют только в мерном производстве,поэтому в отличие от печей е радиационными труба-исследования их работы весьма ограничены, и недостаточны. Эти печи Ш&е имеют особенности. В них осуществляют малоокислительный нагрев т&дьной проволоки, чтобы обеспечить захват смазки поверхностью оэолоки при волочении,так как определённый слой окислов служит хо
рошим подсмазочным слоем при волочении на мыльной эмульсии.
В линиях нанесения покрытий также установлены протяжные печи -ванны,как правило,горячего цинкования»эксплуатация которых связана с рядом серьёзных проблем. Широкое применение протяжных печей обуславливает необходимость оптимизации их конструкций и отдельных эле-

ментов»отработки и соблюдения специфических режимов работы,повышения точности расчётов на стадии проектирования печей.
Однако.несмотря на значительный достигнутый прогресс»многие проблемы остаются нерешёнными. Для метизных печей отсутствуют надёжные алгоритмы рас чёта,разработка которых требует корректного описания процессов теплообмена в многокомпонентном рабочем пространстве с учётом немонолитности садок калиброванной стали,их формы и особенностей нагрева. Актуальными остаются задачи увеличения эксплуатационного ресурса радиационных труб,муфелей,корпусов печей-ванн и других элементов.повышения коэффициента полезного действия печей.
Настоящая диссертационная работа посвящена комплексному решению упомянутых проблем и представляет обобщение результатов теоретических и прикладных исследований,выполненных лично или с участием автора в период с 1976 по 1998 гг.
Цель работы. Разработка научно обоснованных технических решений направленных на повышение эффективности тепловой работы газовых печей метизного производства путём создания высокоэффективных газого-релочных и дожигательных устройств .радиационных труб,отопительных и охлаждающих систем,конструкций печей .способов их отопления и алгоритмов расчёта,учитывающих реальные характеристики многокомпонентного рабочего пространства и немонолитность садок метизов.
Научная новизна полученных результатов заключается в следующем:
I. Установлено влияние теплофизических характеристик компонентов рабочего пространства роликовых печей с радиационными трубами в формировании результирующих потоков.теоретически обоснована возможность установки радиационных труб по длине печей с оптимальным

того,номограммы построены для тел с однородными теплофизическими свойствами. Для их практического применения для немонолитных тел необходим предварительный расчёт эквивалентной толщины загрузки, которой соответствует коэффициент теплопроводности металла,а не коэффициент эквивалентной теплопроводности. Изложенное убеждает в нецелесообразности использования при расчётах времени нагрева пакетов прутков и бунтов наиболее распространённого в практике метода. Здесь был выбран метод расчёта по формулам,справедливым для тонких тел с поправкой на термическую массивность.рекомендованный к использованию Н.Ю.Тайцем. Расчёты по этому методу дают достаточную точность при критериях Био менее сорока. Применительно к нагреву массивных прутковых пакетов и бунтов расчётная формула представлена в блоке 17 алгоритма. Она гармонично вписывается в структуру,так как искомое время нагрева является функцией времени нагрева термически тонкого тела,рассчитанного в блоке 9,и критерия Био,рассчитанного в блоке II.Таким образом,расчёты времени нагрева термически массивных пакетов прутков и бунтов проводят в блоках II и 17,а результаты расчётов выводят через блок 18.
1.4.Экспериментальная проверка и адаптация алгоритма расчёта времени нагрева пакетов прутков и бунтов в роликовых печах с радиационными трубами.
На основе замеров в процессе нагрева температуры прутковых пакетов в печах Череповецкого сталепрокатного завода проведены исследования целесообразности использования рассмотренного алгоритма. Максимальная относительная погрешность используемого измерительного комплекса не превышала 1,2%. Результаты экспериментальных исследований представлены на рис.IЛ 1а.Здесь сплошные линии соответствуют экспериментальным,а штриховые-расчётным зависимостям. Они получены при нагреве в атмосфере защитного газа пакета прутков,