CC BY
32
/тггтг^ г г,г^гггг7ггггг /icq
-3 (57), 2010/ IUV
The investigations on rational placement of burner devices in reheating furnaces with mechanized sole at the example of reheating furnace of mill 850 of RUP "BMZ" and determination of their force in dependence with grade assortment and slugs dimension types are given.
И. А. ТРУСОВА, Д. в. МЕНДЕЛЕВ, П. Э. РАТНИКОВ, БНТУ
УДК 669.04
математическое моделирование процессов рддидционно-конвЕктивного теплообмена при нагреве стальных заготовок в методических проходных печах
При рассмотрении вопросов повышения производительности методических печей или перевода их на нагрев металла другого типоразмера и марочного состава возникает необходимость разработки новых температурно-тепловых режимов работы данных агрегатов. Это предусматривает математическое моделирование сложного радиацион-
V \
Рис. 1. Расчетная схема нагревательной печи стана 850 РУП «БМЗ» (трехмерная модель)
О 10 211
Рис. 2. Расчетная схема нагревательной печи стана 850 РУП «БМЗ» (вид сверху)
но-конвективного теплообмена в поглощающих средах с учетом дополнительных источников теплообразования, учет гидродинамическиех явлений, формы печного пространства, типоразмеров и расположения заготовок и т. д. с целью определения оптимального месторасположения горелоч-ных устройств и подбора их мощности.
В данной работе приводятся исследования по рациональному размещению горелочных устройств в нагревательных печах с механизированным подом (с шагающими балками и подом) на примере нагревательной печи стана 850 РУП «БМЗ» и определения их мощности в зависимости от марочного сортамента и типоразмеров заготовок.
Ранее авторами были рассчитаны максимально допустимые тепловые потоки на стальные заготовки призматического сечения по критерию термопрочности, позволяющие форсировать нагрев в печи. В ходе исследований на данном этапе было по-
ill 111 111
....[............................................................ ...... I....
Е 1 1 1 1 1 1 1 1 3
РИС. 3. Расчетная схема гагревагельнот печи сташ 850 РУП р^. 4. Расчетная схема нагревательной печи стана 850 РУП «БМЗ» (вид сбоку) «БМЗ» (торцевой разрез)
170/
г: гшшгггта
3 (57), 2010-
Рис. 5. Профиль скоростей длиннофакельных горелок
© © © © ® ©
© а ©
© © © • © © © * © © © •
• • • « * • • • •
Рис. 9. Максимально-возможные значения тепловых потоков на заготовки из низкоуглеродистой марки стали по критерию термопрочности: д - удельный тепловой поток на металл, кВт/м2; Т1, Т2, Т3, Т4 и АТ - соответственно температуры угла, горизонтальной и вертикальной граней, центра и температурный перепад по сечению заготовки, °С
Рис. 7. Поле скоростей продуктов сгорания у верхних граней заготовок
Рис. 6. Распределение скоростей продуктов сгорания у свода печи
добрано такое расположение газогорелочных устройств и их мощности, чтобы результирующий тепловой поток на металл в каждый момент времени удовлетворял разработанным форсированным режимам нагрева.
Конструкция нагревательной печи стана 850, представленная в виде конечных элементов в среде Comsol Multiphisics 3.5, показана на рис. 1-4.
В ходе исследования конвективной составляющей теплового потока на металл была решена
Рис. 8. Поле скоростей продуктов сгорания у нижних граней заготовок
газодинамическая задача и получены профили поля скоростей продуктов сгорания вблизи го-релочных устройств и у поверхности металла (рис. 5-8). На рис. 5 показано распределение скорости продуктов сгорания по осям факель-
600
400 „ с
200
а> s
о 5
1400
1200
О 1000
(0 Q. 800
?
го CL 600
С
400
200
0
Ti
гт, ——
л т
—i—'- -I-
-200 |
-400 -600
0
50
150
100 Время, мин
Рис. 10. Предел прочности, динамика температур и термонапряжений в характерных точках заготовки сечением 250x300 мм из низкоуглеродистой стали при нагреве по форсированному режиму: Т1, Т2, Т3, Т4 и АТ - то же, что и на рис. 9; ств, стп, стц - соответственно предел прочности стали, напряжения на поверхности и в центре заготовок, МПа
а ггттгп г: п:гт(Т/7 а ггггггггт /171
-3 (57), 2010 I III
3
Рис. 11. Распределение падающих тепловых потоков на заготовки во второй зоне печи (верхняя зона)
ных горелок, расположенных в нижних зонах печи, а на рис. 6 - поле скоростей плоскопламенных горелок. Распределение скоростей продуктов сгорания на верхней и нижней поверхностях заготовок приведено на рис. 7 и 8. На рис. 8 продольными белыми линиями показаны рейтера, на которых располагаются заготовки.
Как видно из рис. 5-8, максимальные значения скорости продуктов сгорания даже вблизи длинно-факельных горелок не превышают 8 м/с, а у поверхности металла - 4 м/с. Таким образом, в дальнейших расчетах можно пренебречь конвективной составляющей теплового потока и рассматривать только лучистую составляющую.
На втором этапе исследований решалась задача лучистого переноса энергии, в ходе которой устанавливались мощности горелочных устройств таким об-
Рис. 12. Распределение падающих тепловых потоков на заготовки в первой зоне печи (нижняя зона)
разом, чтобы результирующий поток на металл не превышал заданного (максимально допустимые значения результирующих тепловых потоков на металл приведены на рис. 9, 10). При этом функция теплового потока на каждом шаге заготовок принималась как кусочно-постоянная. Распределения тепловых потоков на металл при входе заготовок в сварочную зону показаны на рис. 11, 12.
По результатам расчетов были установлены оптимальные мощности горелочных устройств и их расположение. Для сводовых горелок при данном марочном сортаменте заготовок и типоразмере рекомендована установленная мощность 100 кВт при расположении их в коридорном порядке с шагом 1,5 м, а для факельных горелок нижней зоны - мощность 170 кВт и расположение на относительной высоте 0,5 с шагом 1,5 м.
