автореферат диссертации по металлургии, 05.16.02, диссертация на тему:Совершенствование методов расчета и технологии нагрева металла в методических печах

pre о

2 1 V'.s' b'lü

КШКСТКРСГВО ОБРАЗОВАНИЯ УКРАИНЫ

ПРИАЗОВСКИ! ГОСУДАРСТВЕННЫ!! ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

IIa правах рукописи

СЯКОШ Лшссаядр Исаисопич

СОг Ер; ПЗ ЮТ ВОВА! СИ ¡/2ТОЛОВ РАСЧЕТА И ТКУ!;ОЛО"ИЛ НАГРЕТА '/ЕТАЛЙЛ В ' 'Г.ЕТОЯИЧГСКИХ ПБЧАХ

Сн.91Г-:аяыгаоть 05.16.02 - " Гйтаглургил чертах ¡'этал-тов "

Азторефорат

диссертации на соясканкэ ученой степени .<андщгата технических нал?

Шриуполь 1Q94

Работа вилолнена в Приазовском Государственном Техническом Униворс-ггете.

Научный руководитель

- доктор технических наук, профессор Капустин Е.А.

Официальные оппоненты

- доктор технических наук, профессор Ревун 1С П.

- кандидат технических наук Федашн А. А.

Воду азе п'^едприятие

- Металлургический комбинат "Азовсталь" ( г. Иариуполь )

Зздта диссертации состоится "30" иЛ^-____

чазов на заседании специализированного

в

109&Г. соызта

С Шифр К 068.03.01 ) при Приазовском Государственном Технически Университете по адресу : 341000, г. Цариуполь Донецкой области, пер. Республики, д. 7 , корпус Б. вуд. б-22а

С диссертацией можно познакомиться в библиотеке Цриааове-1сого Государственного Технического Университета.

Автореферат разослан

1094 Г.

Ученый секретарь специааизированносо^овета

Актуальность работ

(Суншионнрованне промышленности з условиях перехода к ри-ночной эгсеноииюз требует пошаэшш 1сачоотва готовой продугадт и улуче-зиня техшясо-згашочичесгагх показателей работы цехов иетпл-лургических предприятий. Особенно эти задачи шетуалыш для прокатного производства, работающего о неполной загрузкой в связи о дефиютои стальной заготовки и высокой ценой готовой продукции.

На листопрокатных и сортопрокатных станах нагрев шталла перед прокаткой осуществляется в основной л ь'етодичееких почах двухстороннего нагрева толкательного типа н с вагшациун балка-ш[. причем последние достигли большой единичной модности, усложнились по шютрушиш и эксплуатации.

Наличие водоохлаждаемой спорной систем, с по!.гащью которой транспортируют слябы внутри печей, приводит к повшхзшкшу расходу топлива и неравномерности нагрева по длине слябов. В этих условиях дате незначительные отклонения от заданного тенпера-турного ре.така приводят к ухудшению показателей качества готовой ПРОДУ1ЩИИ,

Нагреваемые перед прокаткоП стали разносбразш.' по паркам, механическим и тепло'фазичоскис свойствам, что определяет различные ограничения скорости их иагрова. Кроне того, при сшив .толщины нагреваемых заггтовои и частых изменениях тейпа работы проютного стана тепловой роки« работ штоднческой печи должен изменяться.

Точноо выполнение вышеуказанных задач невозноию без функционирования автоматизированных систем управ.ч-лпга тохнологичес-киш процессами ( АСУ тп ), работакдо: в реаяыюм масштабе ире-мени.

'Чтоои гарантировать стабильность управляе-ак параметров качества ( средне-лассовую температуру на выдаче из печей, перепад температур центра и поверхности ), необходимо иметь адегаатную натеиатнческую модехь, устанавливав¡ую взаимосвязь ыенду самими параметрам! г* вли.,щт,ш на них факторами, в соответствии ко-тосыми необходиш изменять рекимы работы пе и ' тенп выдачи, температуры зон. ре';ходи топлива н : зьдуха, давление 1, печи

ДР.).

В настоящее время практически не используются преимущества метода обратных вадач, предполагающего воссоздание температурного режима печи во врокя нагрева сляба и сравнение полученных данных с опытными. & исчерпаны возможности моделирования и оценки лучистого теплообмена в нижних зонах печей и влияние на него конструкций механизированного пода.

"Зге изложенное выше характеризует актуальность рассматриваемых в диссертационной работе вопросов.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ 1_ дать теоретическое обоснование и получить экспериментальное подтверждение закономерностей распределения тепловых потоков в методических печах с иагаищши балками и совершенствование на этой основе технологии нагрева металла, по-1 вытение- эффективности гзботы систем управления печами, в том числе в условиях неполной вагрузки стана.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА работы состоит в следующем :

1. Разработана геометрическая модель передачи теплового излучения в нижних зонах методической печи с шагающими балками с определением угловых коэффициентов излучения, учитывающее экранирующее влияние опорной систнмы.

2. Разработан инженерный численный метод решения обратной задачи теплопроводности и определены расчетным путем приведенные коэффициенты теплоотдачи, а также значения эффективной лучистой температуры по длине печи, в результате чего уточнены Вежшшэ параметры работы печи.

а разработан и внедрен метод и алгоритм адаптации модели нагрева, действующей в рамках АСУГП, по результатам обработки экспериментальных данных на математической модели.

Прастическа ~ и теоретическая значимость работы. Применение разработанной универсальной математичрокой модели нагрева позволяет выполнить анализ теплофизических параметров технологического процесса в методических печах, идентифицировать внешний теплообмен, а тают предсказывать влияние режимных и конструктивных изменений на тепловую работу печи.

В рамках модели предложен инженерный меюд решения обраиоЗ задачи теплопроводности. отличаюадйоя наглядностью, простотой и

легко реализуемый на современных ЭШ, в т. ч. персснадьшлс.

Применение геометрической шдели передачи теплового излучения позволяет выполнить елалиэ неравномерности вагргза по дя'кэ слябов дта того, чтобы конструктивно или другими способами препятствовать образованию "темных пятен" па нижней поверхности сляба.

Результаты теоретических к экспериментальных жследованвЛ нагрева слябов позволили скорректировать адгориткическоэ и программное обеспечение АСУТП нагрева слябов.

На основании моделирования рассчитал и внедрен температурный режим работы печей в случаях длительных остановок и в связи с работой цеха в условиях дефицита стальной заготовки.

Практические и теоретические результаты диссертации могут быть использованы научно- исследовательски и проектньш орга-нкзшшями, теплотехническими слугДЕМи металлургических предприятий, занямапдимиея вопросами эксплуатации и проектирования »сак самих напевателышх печей прокатного производства, так и системами управления этими агрегатами.

Результаты диссертационной работы использованы Мариупольским металлургическим ¡томбгаатом им. Ильича на печах с тагавда-ш б ал гаки листопрогатного цеха со станом "SOOO" для усовэр-пэнствованкя и уточнения гемперзтурко-тепловшс рёжигав и адаптации АСУТЛ.

Внедрение работы обеспечило снижение расхода природного газа на 4 X в расчете на 1 т готового листа.

Апробация заботы. Основные полоиэнкя диссертационной работы докладывались и обсуждались на отраслевом научно-техническом семинара "Опыт работы служб автоматизации предприятий по созданию и внедлению средств и систем автоматизации ..." ( Нэсква, 1988 ), семинаре "Опыт разработка, внедрения и эксплуатации АСУ на толстояйстовых и непрерывных станах" ( Киев, 1992 ), научно-технической конференции СНГ "Прооктщювание и эксплуататция нагревательных ночей . прокатного проивводетва" ( Запорожье. 1992).

Публикации.

Основное содержанио н результаты диссертационной работы от-

- б -

ражены в 4 работах.

и объем работы.

Диссертация состоит из введения. 6 глав и вшслотения, библиографического списка и приложений.

Объем работы : 121 стр. машинописного текста, 24 рисунка, С таблиц, список литературы из 1Б5 наименований, приложений.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Состояние вопроса и задачи исследования. ""7

Анализ литературных источников, посвященных исследовалили тепловой работы печей прокатного произволства показал. что в настоящее время шило выделять два основных направления улучшения экономических показателей юс работы и качественных показателей нагрева К первому направлению необходимо отнести исследования, связшпИмО с совершенствованием конструкции рабочего пространства печей и способами их отопления. Второе направленно представляют исследования по соверкопствовашш тепловых рога шов нагрева, способов управления работоп печей и их автоматизации. В данной работе рассматриваются воросы. связанные со вторш направлением.

В рангах современных АСУТП нагрева шталла в печах используются упрошенные ¡,•одели нагрева для оперативной оцекгл тепло-еого состояния садки, работащие в теше с технологическим процессом. В .настоящее вреия основные иетоды идентификации юдедой основаны на определении коэффициентов модели либо по температуре раската, либо по результатам прогоню! опытного сляба. Недостатком первого способа является падычиэ'в сигнале пирометра, установленного ва черновой ¡«етыэ. ена'гггельиых по величине по-ь'ех, что езема сущэствзшю в."нет па точность определения коз^ фициентов ¡модели нагрева. Хотя второй способ очень ¿рудоекз:; и еопрянэн с оцредолонпиаи з; .ратата, экспэршштальнкз нагрева заготовок период1изс;31 проводятся навсех печах, т. к. считается, что этот способ предоставляет Осгэе полную и точную иифоркацша.

На сажала .экспершшгагьнаг данных, получаеыьк во врекя

прогонок опытного сляба через почь появляется еобшлюсть еос-создания ¡сартгаш нагрева, определения тепловых потоков на верхние и пианов поверхности и коэффициентов теплоотдачи, ш-с1ходи-1Ш тс для оценки работы печи, так и для постройки ыодели нагрева, действувд&й в раинах прсгратшого обеспечения АСУТИ.

В соответствии с вшеизюгэиным опрздолоиы слодувпз'з задача лсслэдозашгя :

- исследовать тепловой рояим и провести зксперюшташш наг-ревн слябов в сенизотшх кэтодэтоских печах с изгакзпгл Сал-ка:.я ( далее - ШБ ) ЛЭД-ЗС00 илткоябината им. Кшгоа:

- разработать юдель лучистого тзплсоСгзиа в шгат зонах печей для определения средних диффузных угловых гэзф$ш1»юптоа излучения с поверхностей почн ( Соковые стены, подина ) и факела па металл ;

- разработать иатоматическуа шдояь нагрева для класса иетоди-ческих печей одно - и двухстороннего нагрева ;

- исследовать процесс внесшего теплообмена в рабочей пространстве печей с по!ющьв математической модели нагрева и" ротация обратной задачи теплопроводности ;

- внедрить усовершенствованную технология нагрева изталла в условиях действующего производства и скорректировать алгоритмы функционирования АСУТП нагрева металла в ПШБ ЛЩ-3000.

Разработка математической модели нагрева слябов в методической печи.

Процессы, протекающие в рабочем пространстве печи, характеризуются совокупностью таких сломка явлений, как излучение и конвекция, нассооОион и горение топлива, азроднишдка газовых потоков и теплопроводность. Строгое решение задачи, учитывающее в полной кере все эти явления, в настоящее время не представляется вовмояашм. Поэтому анализу подвергаются 1сак правило процессы, характеризующие в основном толловую работу печи. Шгаш;з остальных параметров не рассматривается или заменяется упрощенным описанием.

При разработке математической подели нагрева слябов стави-

дась вадача создания модели, удовлетворяйся по точности и использующей реальную оперативную исходную инфор^гацшз.

Разработка модели ыоточила в сеоя постановку и решоние сле-дувдцх задач :

- списание системы тел, участвующих в теплообмене, и гео-штричаской характеристик 1ространства печи ;

•• расчет распределения Средних диффузных угловых коэффициентов в нижних зонах печей для оценки влияния опорной системы почи на нагрев шшюй поверхности заготовок ; расчет внешнего теплообмена ;

- рслче внутреннего теплообмена .

Прл ¡хотроешш математической шдели приняты следующие дои} геклиратурноз ноле в добом сечешш по длине заготовки

б) то теплообмен через боковые грани заготовок отсутствует :

в) теплоотдача на поверхности слябов происходит по закон* Ньютона .

Условия внешнего теплообмена учитываются путей вадашш для каадоД зону приведенных коэффициентов теплоотдачи излучением н текуз50П температурой, соответствущэй показания« ишудьсной термопары той аоны, где находится сляб. Перемещение сляба задается графиком изменения координаты сляба в зависимости от времени пагрова. Текущее поюязекио сляба в почи ( принадлежность к боне нагрева ) определяется во время очередной итерации в соот-{¡атстши с координатой сляба. Существует возшмгость заданы постоянных температур в зонах печи для отобрахзшш стабильного режша нагрева при постоянной производительности печей.

Расчет удельных тепловых потоков на поверхность металла производится по следующим формулам

где 0 - приведенный коэффициент теплоотдачи излучением для

верхней иди нижней зоны соответственно, Вг/(иг- "С"* ): о/. - приведенный коэффициэнт теплоотдачи конвекцией для верхней или нияяей зоны соответственно, Вт/(мг -еС ); - текущие температуры верхней или пигмей зовы соответственно, град. С ; /д - температуры верхней или нюшей поверхностей сллба. Са, град. С

Постановка внутренней задачи формулируется следующим образов Требуется определить температурную функцию Цх.?0, если :

о & х ¿X го при следующих граничных условиях II рода

где X (Ь) - коэффициент теплопроводности, Вт/(и5 ' фод.О); си) - удельная теплоемкость, кДл/(етгрод.С) ;

/ - плотность стали,- кг/м ;

Т - время, ч .

Т. к. решение внутренней задачи будет использовано в комплексе ревэния обратной задачи теплопроводности, для рассориваемой модели наиболее приешшв&емой по точности вычислений и удобства использования экспериментальных данных является гонзч-но-разностная схема

Постановка обратной задачи теплопроводности.

Пусть задан закон распределения температур« в слябе

при начальном условия Цх, 0) - {0 (х),

йэобходимо определить удельные тепловые потиш на верхний и нигнся поверхности сляба в рискретные моменты средни Г/ в со-

( 4 )

ответствии с формулами

2 а)

Н

¿х

Х'З

аса* иаестны данные измерений от внутренних датчиков температуры, расположенных вблизи поверхностей в точках с координатами X и хк. причем измерения производятся дискретно в моменты времени г. ,т, .... или в обдам случае г/ , которым соответствуют

! в . Н

измеренные значения температуры Ь/ и Ь<- :

а В '

I с ) - ь {

ь > - ^

( б )

й; та норный катод рссгккя обратной задачи теплопроводности. Задаем качанные значеюга коэффициента теплоотдачи сверху и снизу

В соответствии с температурным ео<лоякием сляба в ьгамект врешш -ц и аадапныш значоиияии тоиг:?ратуры в зона и др. параметров роцаем прямую задачу. В результате получаем расчетное температурное состояние в шшнт времени . Если получек-кое состояние не соответствует опытным данным, т. е. не выполня-

ется условие

/в ЛЬ к

I /МС1. ' I I 4 /К . , н . н ,

=1 »

( 7 )

1рш.

то рассчитывается новые значения СПр

и ^

по формулам

где

£кпр * г*

Л V-¡у

пр

Г

+ А (г ,

н

Пр 7

( 8 )

а / ^ V/ » ЬрЯСч) л 6-у. = /

к - ношр итерации. Цряггая гэдача ( при С„р - уаг выполнится условие ( V ).'

решается до тех пор, пока не

Посла выполнения условия ( 7 ) расчетные действуйте тепловые потоки в мо»ент врешни определяется по Сор?.?.- )

где ¿з - температура соотвэтствуюгрй верхней :Ж1 ниже а ьскн ; оС - коэффициент теплоотдача гсонвэкцчей ;

£ £ - приведенный гссэфГ'щкодт теплоотдачи излучонкси своруу ' или снизу, значения которого получэцы в '¿лде рэатала-Ц!ш метода.

Расчет распределения диспаши локальных угловы* козИяич-ентов. Пусть Р1 и ге - две диФФузко излучателе и отр&гакзю пло-ешэ поверхности.

Если интенсивность излучентя поверхности по зависят от направления и постоянна по всей поверхности ге. то угловой коэффициент с поверхности ?2 на элементарную плопзд.'г/ <ЗГ1

ш ЛР/ /' шв, -т9г иР/ ,а

ч-ъ = —/ ——= (10}

г*

где I? - цодуль вектора, соедшгашэго центры тятасти элеызн-тарных плогэдок ;

^, в1 - острые углы !й?здг вектором Я и поркзляии к плоцэдкаи .

Заменяя в формуле (13) иптеграш интегральными сумнаш, а дифференциалы - конвчиыия, но гшши ввлачинакя. получай :

40 &р< £ £ се! в, -илвъ , с

Длл плоского варианта расчета : ЬРХ - =

Рх-^х1 (12)

В итого форщла расчета окончательно выглядит Условии с:;:;гчарования.

Если определяющая вектор ш, имеет обпую точку с

ОКРУ53!Г>СТ.:. ::0даш ИЛИ НОПОДВЦИШЫХ салок , то угловой коэф-

; {•'¡•••У'!'гально9 исследование температурного поля в нагре-г:.; чбах в производственных условиях.

ч

о далью уточнения технологических параметров нагрева слябов .¡: ПЕЗ стана 3000, оценки тепловой работы печей и получения их Тйшаюбмзщшк характераотик для корректировки расчетных моделей АСУГЛ печей бшш проведены ( совместно с ВШШУТ ) опытные нагревы сдябор с измерением их характерных тешератур в процессе перешдага садки по печи. Шла использована мяогасратио опробованная на яроьшзданных печах методика тецютохничзеках испытаний.

Вило проведано два опытных нагрева слябов с измерением их температурного состояния в процессе перемещения сади: по печи. В опытах были использованы хрошль-алшелиевые термопары длиной 50 и каздая, горячие спав которых были установлены в среднем сечении слябов через их переднюю ( по ходу металла ) грань вдоль вдоль предполагаете изотерм. Последнее позволило устранить погрешность измерения, связанную с притоком ( или стогам ) тепла по электродам самих термопар к их рабочему спая ( или от него ). В каждом цз опытов было использовано по три термопары с установкой вблизи верхней и нижней поверхности сляба и в центре по его толщдае.

В процессе измерения теыперетуры металла синхронно выполнялись замеры оптическим пирометром тйда "Прэшшь" нркостной температуры внутренней поверхности боковых стен печи. Замеры вы-

поднялись через роСочио окна В ШМЭПТ ПОрееОЧОШП ОПШ,;:,.|М слябом соогЕотствусаиу сочвшт почи. Одновременно в ходе г-., л а фиксировались другие паракотрн тешэратурно-тепдового &-зй'ма ночи - показания сонаодш термопар ( тошературы ооа пв-;:1 ), расход, давление и тс-кяературэ топлива и воздуха по оонсм, япо-леииэ в рабочем пространстве гсга. ппра1ют;,и ппра з спогг-г.-э ог-лгвдеиия половых балок я др.

В каядои гл сго-ясв дина^та температурного ^остоглш опытного ехчба оценивалась тзкю л протоколах,- аыяавшг'х /СЛП нагрева металла.

В опыте N 1 исслодсвплся нагрел слябов тол.^щоЯ 200 ррн температурсо-гепловом реггкме печгг. показгагаси аз ряс. I. ОЗезе зреш нагрева составила ■! часа ( удельно« врегл 0,0 дол/см ).

Копыте N 2 исследовался нагрев сляба тольинсГ; 300 при измененном температурном рема.» печи. Температура первой нккгей сварочной зоны била угйньсена на 70 градусов.

Пород проведением опыта бил тше-э расиирги диапазон допустимых значения температуры в зонах при управлении от АС"ТП , главным образом нижнего продола, последний был принте равным тз!."ературо нагреваемого сляба на соответствующих участках по длине печи. Результаты гзшрония параметров исхаяла и пз>'ч приведены на рис. 2 .

Анализ работы АС'ЛИ нагревом металла в печах I опыты 1 и 2) показал судаствеккув разницу в вычисляемой в системе математической («одзли ( раэраЗотчик - Ш1А ) температурном состоянии еллбоз и Озктичешсим.

Таким образе;.:, вшолкепиш экспериментальный г?еслздования тепловой работы печей и процесса нагрева слябов показали, что:

1. температура, соответствующая показа1?чям тотульсных термопар первой по ходу парц сварочных зон но отражает действительный уровень температур в зонах, что сукзотвгняо влияет из работу модели нагрева АСЭТП, и, соответственно, на ка'-зство управления температурный решшм печей.

2. Предусмотренные в АОУТП прадеды допустимого изменепия температуры в зонах составляли дипь 20-60 градусов, что является недостаточным для стабилизации температурного состояния сля-

Тенлературнни реки« пт i и ре^яыпаты измерений тентрчтури тпераметаятгв Wâa (опыт i)

im

■■¡'Л'

т.

m

2Û0

, /У/ ^uS ви?

t„ I' / ' 3ÛHH

///

w/ / /

/ /

Mia. ,... , iMítíill-r % тостуй, m^m«r

y:W-JSO С I fis i2.SO c ^\/1Г{2^Ша I /èfllSO^H^

§

% и -i*

В ¿l 1 а

10 4û ее so

ш ne m по гоо Z2â sw

Время, мин

Pac. i

бов, особенно в периоды простоев печей.

S. Необходима существенная адаптация коэффициентов модели, работаедэй в рч- :'ЛХ АСУТП.

Опроделаьиа фактической интенсивности теплообмена путем рэпе ния обратной задачи теплопроводности. Шчи с тагашши балками ЛШ"3000" комбината им. Ильича предназначены для нагрева перед прокаткой слябов толвдной 200310 ¡¡ai. Температурным режимом печей управляет автоматизированная система, укомплектованная отечественной техникой, алгоритмами и прогршмшм обеспечением ( проект. Киевского института автоматики, внедрение к развитие совместно с сотрудниками отдела АСУТП комбината с участием автора данной работы ).

Особенностью этих печей является то, что до 70 X топлива едьт на отоплонко ииши?: зон. Естественно, сжигание топлива прешу^эствэнно в нижних во1 ах печи, где находится большое количество водоохлаядаемых элементов, приводит к уменьшению к. п. д. г.ечи. С теплотехнической точки зрения наибольший интерес про доставляют сварочные зоны, а т.«окно первая по ходу металла пара сларочных зон ( верхняи-третьн к нижняя-вторая ) . Ишнко в этих зонах имеет место наиболее интенсивный теплообмен., расходуется наибольшее количество топлива, .и, кроме того, эти гоны имеют наибольшую длину.

Цмчшш большего потребления топлива в нижних зонах хоропо известны. Это, во-первых, перенос тепла из нижних вон в ворхнии с продуктами горения и, во-вторых, расход тепла на нагрев водо-охлатдаемах элеькнтов. Однако, анализ данных экспериментальных нагревов позволил сделать предположение о том, что сугзствует еще одна причина - показания термопар в зонах не соответствуют фактической лучистой температуре печи. При этом под лучистой тешшратурой печи понимается такая температура черного излучателя, распоясанного в непосредственной близости от поверхности мэталга, при которой обеспечивается тшюй жэ, как и в реальной печи, поток падакцэго излучения. .

Для проверки отого продполояенкя были обработаны данные, получэнЕю в результате опыта 1. Показания термопар, зачеканен-ных вблизи шишей и верхней поверхностей опытного сляба, приве-

деиы на рис.1. Температуря пи»лоЯ поверхности более, чей иа 100 градусов преылвает температуру ворхнеЯ поверхности, причем иа время нахождения сляба в первой по ходу сварочной зоне ъчич перепад но только не угшьшился. по дамз несколько вцрос.

Путем решш/i обратной задачи теплопроводности С или восссз-даны рэзультнрушле тепловые ijotoiui на верхнюа и нюанс» поверхности сляба. Затеи рассчитывались локальные вначешш юдавдих потиив :

¡Ц ~ + (¿ruS +

где (¡-с, - плотность результирующего теплового потока, Dr/ы ; in¡>( - температура поверхности сляба, град. С; § - степень черноты поверхности сляба;

- постоянная Стефана-Вольцмана, В;/(м£- граЗС ).

Локальные значения лучистой температуры печи рассчитывались

по формуле : -,

/ _ т / JgsL -¿ f í .

жшииидаидавяавшии., т.......л111,„дда .».иии, щ шипи/"..

ШВв. локальная лучистая температура нижней зоны прзвшзает показания аошюй термопары, причем по перо продвижения (готаада ста разница увеличивается и в конце зоны превышает 70 град, с .

Тот факт, что текувде показания импульсной термопары п пиж-пвй зоне существенно выше локальной лучистой температуры, ио.тао объяснить взаимным раипохоявнием фатолов и термопары. Расгтоло-яэниая ниле оси факела, термопара нижней вони но омывается горячими продуктами горения и подвор.тзпа влиянию холодного воздуха, подсасываемого через неплотности печи. Увеличение локальной лучистой температуры к концу зоны объясняется наличием соседней. более горячей, нижней зоны.

Лекальная лучистая тегаература верхней вони наоборот на 100-150 градусов ниже теку®« ш^аьалнй шшульсной термопары. Это ¡жшго обменить тем, что термопара в верхней зоне непосредственно омывается .факелом. Лрофлль локальной лучистой

температуры в верхней зоне также отражает определенную закономерность. Он связан с распределением температуры по длине факела.

Выявленные закономерности позволили сформировать в АСУТП нагревом мэталла более точное отображение температурного поля слябов в печи на основе си. налов тех импульсных термопар.

Шжно таккэ предположить, что наиболее представительные мостом измерения температуры в 8онз импульсной термопарой является то сочогж аоны, где локальные лучистые температуры достигает МгК'Г :):£.

Расчет корректирующих коэффициентов для внесения в алгоритмы функционирования АРУМ

¿.¿па данных, подученных в ходе экспериментов, показал ^тйзегвенную разишь в вычисляемом температурном состоянии слябов и фактические

Всю стадия нагрева цоето условно разделить на два участка: первый участок характеризуется заишазнным значением расчетной температуры, второй - вавышеншшы. В период томления металла в VI, VII вонах расчетные и домеренные температуры практически совпадают. '

Управление нагревом, основанное на "лояюй", т.е. не соответствующей истинной траектории температуры металла может привести к нарушению технологии нагрева, несмотря тжз на совпадение конечной 'температуры с технологически заданной заданной. Кроме того, в случае резко выраженной неримичности работы печи существует возможность отклонения и конечной температуры нагрева от заданной. Например, при простое печи партия слябов, находящаяся на втором из упомянутых выше участке нагрева заданного значения, так как последний участок томления недостаточен для ' корректировки нагрева.

Шдель нагрева, действующая в рамках АСУТП,. учитывает только температуру верхних зон печей ( односторонний нагрев ), причем нагрев в печи считается симметричным ( упрощение модели вызвано необходимостью работы в режиме реального времени ).

Кроме того, предусмотренные в АСИП пределы допустимого гз-ионения температуры в зонах составляли лишь 20-60 градусов, что является недостаточным для стабилизации температурного состояния слябов, особенно в периоды простоев печей.

Указанию недостатки системы приводили к тому, что управление тепловым режимом печи сводилось к поддержанию некоторых заданных по реяшой инструкции значений тетературц в зонах, т. е. АСУТП в рамках "управления ретимом нагрева фактически выполняла лишь функции обычных локальных систем регулирования томпературн в печи, В результате, как показал анализ причин отсортировки металла по ударной вязкости, наибольшее количество случаев превышения допустимой по технологии контролируемой прокатки тешературы нагрева слябов приходилось на периоды простоев стана

Й52. адаптации ¡.годели предложено и реализовано сдедуптво

1. Коэффициент несимметричности нагрева по длине печи неодинаков. На основании обработки результатов экспериментов полу-поп график его изменения по длшго печи. Графя: введен в ¡годедь пагрова в виде таблицы.

2. Обоснован коэффициент-коррекции тешературы вони для получения значения локальной лучистой температура На основания

обработки результатов экспериментов получен уточненный график ого изменения по длине печи.

3. Предел!! допустимого изменения температуры в зонах терпены и составляют 150-200 градусов, причем в основном покиязи швяий предел температур зол

Реямпле параметры работы печей с вагеяирваи байга?эд

ЛПД-3000 в условиях неполной аатрузкя стана

Разработанной ранее рояныы тепловой обработки металла в методических печах в осйо^иои ориентировались на максимальную- их производите юность.

В условиях словиве9лся обстановки отсутствия ютагла, необходимости экономят топлива возггкк, эпрос о разработке комплекса теплотехнических изрспршттий, яозвояяюпщх обеспечить быстрое

реагирований на различные нештатные ситуации (останова линии стана, -отсутствие к»еталла. длительные ремонты и др.) и сохранность теплотехнического оборудования ЛПЦ-3000.

Разработка таких мероприятий осложняется жесткой взаимосвязью работы иотодических печей и паровых котлов, конструкция и технология работы которых не предусматривает холодной консервации на продолжительный период.

ЛПЦ-3000 укомлле!Стовал четырьмя семизонными методическими печами о вагахвдими бачками конструкции "Стаилпроекта".

В течении 1УйО-19<}2 годов ЛПЦ-3000 испытывает трудности с поставками металла для последующей прокатки. Так. например, загрузка стана за последний год не превышала Б0-70Х от полной производительности, а в ие!Соторые месяц« опускалась нилэ 40% .

Пг,\ производимый котяом-ут&юзатором ГШМООМб, используется I «я . технологических процессов внутри ЛЩ-3000 и для нужд завода, поэтому при любом температурном режиме печи необходимо обеспечить выработку пара соотЕетстгущих энергетических параметров, не нарушая технологическую инструкцию по нагреву слябов.

Редашие параметры лече-й, устанавливаемые технологическим персоналом участка печой, определяются произвольно в соответствии с производственной ситуацией и практически ке учитывают Еышеу1{азанных параметров,

В данной главе рассматриваются причины, в соответствии с которыми необходимо поддерживать тот или иной реким, и определим для каждого из этих режимов уровень температур в зонах печей ;

«а основании производственных исследований разработаны оптимальные, с точки зрения экономии топлива, температурные рега-

работы печей в условиях неполной загрузки стана в зависимости от продолжительности остановок и характеристики садки.

Температуряда решщ работы печей классифицированы по продолжительности останов)« стана па 3 ренина: остановка стана на : . 8 часов - 2 сугок. более 2-х суток. Ери этом разра-

гг • « . »-»мы учитывают особенности поведения розничных марок ем.-*' ""члературах. Так для ниобистис и трубных ма-

рок статей теипзратурпда задания па 20-40 град. С шсэ, сом для рядовых марок сталей.

Разработанные реяаа работы печей в условиях горячей ган-сарвации паровых котлов позволяет производить выработку пара котлом-утил"затором при отсутствии металла на производство хнс-тового проката, т. е. попользовать методическую печь как источник отопления котла-утилизатора в условиях острой потребности в выработке пара на внутренние нуэды комбината.

шов.

. Основные результаты, полученные в работе, состоят в с,.:эду-гэдм :

1. Гфедлоюэна упропэзшш математическая шдэль нагрева металла в методических печах, позволяемая оценить температурное состояние слябов в процессе нагрева с погрешностью, но превыга»-ией по абсолютной величине 15 град. Наглядность и простота построения модели позволяют адаптировать ее в соответствии с возшпеакеши с различными задачами, например, при настройке к проектирования печей непрерывного действия для нагрева заготовок.

2. Предлолша надежная и пракпечная методика непрерывного замера температуры в сл^се, которая обеспечивает полумнпе дая-ных о температурном пола заготовки с погрешность» но Солее чеы 4 градуса

а Предлолзн лзгаэ программируемы*. относительно простой и наглядный метод ревэкия обратной задачи теплопроводности, обеспечивала вцсо!суг> точность определения тепловых потоков, саредоляеь'.т.) ликь точностьс измерения температур.

4. Использование предлагаемого шьюнерно! и метода для определения приращения приведенного ¡соэффициэнта теплоотдачи лучением ускоряет процесс сходимости реЕеная. /что существенно снигает затраты малинного вре -»ни. В случао наличия нескольких' датчшеов температуры один из них может использоваться для 1»нт-редя качества экспериментальных донных и предлагаемого метода.

5. На основания результатов ресония обратной задачи теплоп-

роводности получена возможность восстшюв.шше картины нагрева опытного сляба, сценки условий нагрева и различных хара;гго-ристик теплообмена в печи.

Распределение теп новых потоков, воспринимаемых верхней и нижней поверхностями опытного сляба, дало возможность качественно и количественно оценить оценить условия и закономерности теплообмена в печи.

6. Определено, что температура, соответствующая показаниям импульсных термопар, не отражает действительный уровень температур в зонах, чтот существенно влияет не, работу модели нагрева АСУТП. и, соответственно, на качество управления температурный реюшом печей. lía основании рассчитанных локальных значений лучистой температуры печи определены коэффициенты теплопередачи излучением для верхних и чимшх зон печи, зависящие от расстояния текущего поперечного сечения печи от окна загрузки.

Показано, что наиболее представительна место:,! для измерения температуры в зонах предпочтительно выбирать то сечение, где наблюдается максимум локальной лучистой температуры.

7. На основании результатов решения обратной аадаш! теплопроводности скорректирован температурный ремш нагревательных печей, что позволило снизить расход природгого газа на 4 Z.

8. lía основании результатов решения СМ для модели нагрева АСУТП печей ЛВД-30С0 научно обосновано использование поправочного коэффициента к показаниям зонных импульсных термопар и ко-э№циента несимметричности нагрева, значения icoTopia зависят от расстояния от окна нагрузки печи.

0. IIa основании производственных исследований разработаны оптимальные, с точки зрения экономии юг.гл:и„ тсмлерагурные резкими работы печ^й в условиях не элной оагрузка стана в зависимости от'продолжительности остановок, характеристики садам и учитывающие особенности поведения различных марок сталей при высоких температурах.

10. В связи с невозможностью осуществления химичек- коиеир-ьшим паровых котлов ра работая режим работы lj .„•»•, >■■ ус-аов» горячей консервации паровы.: котлов, позволяю-: п'Я - хщ. и» гетичеспе осог"до.,ание и производив вирабохку -.-^а иа. ¿ьугиш--

реиние путам комбината ко?лом - утилизатором при отсутствии металла па производство листового проката.

Оснопиыа положения диссертации изложены в следующих работах:

1. Шлачков ИЛ, Симкин А. И. Экспериментально расчетное исследование температурных полей я печи с пугающими балгдми стана 3000 / Стяль, 1903. - ¡1 б. - С, 89-90.

2. Сишсии А. И., Шпчков П. Л Методика экспериментально- расчетных исследования для определения настроек модели нагрева, действующей в ргипсах программного обеспечения АСУТП нагрева металла проходных нагревательных печей прок .тного производств // Сбог чек тезисов докладов 11 региональной нгуч. -техн. (сонф. Мариуполь,май. 1993 / MVVL -Мариуполь, 1093. -т. 111.- 0.70.

3. Симгаш А. И.. Якимаха А. В. Режимные параметры работы печой с вагающими балкаки в условиях неполной загрузки стана // Сборник тезисов докладов II per. науч.-техн. кон{и 1£риуполь, май, 1993 / ММИ. - Мариуполь. 19G3.-Т. III. -С. 69.

4. Шачков П. Л., Сям am A. JL Определение фактической интенсивности теплообмена путем решения обратной задачи теплопро-гэдпости // Сборник тезисов докладов II региональной науч. -техп. конф. Мариуполь,май, 1093 / ИМИ.-Мариуполь, 199а -

Т. III.-0.70.

Подп. в печать 21.01 Л994г ПГТУ, Ромайор, эак. М Тира* 100 экз.

Уч.-из*. JI 1.2 бесплатно