Библиографический список
1. Бородин А.Г., Гольдбан Т.Е., Булычев В.В., Трегубов.—Сталь, 1983, №6 c.88-90. 2. Расчёт нагревательных и термических печей: Справочник / Под ред. Тымчака В.М. и Гусовского В.Л. М.:Металлургия 1983. 480 с
.На Днепропетровском металлургическом комбинате (ДМК) функционируют два стана поперечно-винтовой прокатки конструкции ВНИИметмаша: стан 120, построенный в 1959 г. для изготовления катаных осёй транспортного машиностроения, и стан 250, построенный в 1975 г. для изготовления сплошных и полых осей железнодорожного транспорта. В составе осепрокатного комплекса входят кольцевые печи с механизированным подом для нагрева осевой заготовки перед прокаткой и для термической обработки катанных осей с холодного и горячего посада. Габаритные размеры печей №1 и №2 одинаковы. Разница конструктивного оформления состоит в уменьшении длины неотапливаемого участка печи №2 до 6 м (вместо 15,3 м в печи №1). Путём увеличения количества сожигательных устройств по периметру печи до 40 вместо 35 для печи №1. Другие характеристики кольцевых печей осепрокатного производства, а также некоторые практические результаты их эксплуатации освещены в литературе [1,2]. Качество нагрева металла в трубном производстве определяется, кроме других важных факторов, фактическим распределением температуры в цилиндре к моменту прошивки, и в связи с этим требуют решения уравнения теплопроводности при корректном задании условий теплообмена на границе цилиндра. Известные работы Днепропетровского металлургического и Уральского политехнического институтов, а также ВНИТИ в области теории и экспериментальные исследования теплоаой работы кольцевых печей с механизированным подом были направлены на создание энергосберегающих процессов и управление их температурнно-тепловыми режимами. Однако закономерности внешнего и внутреннего теплообмена многозонных кольцевых печей при нагреве стальных заготовок перед прокаткой не получили должного освещения. Изучение процессов теплообмена в кольцевых печах сводилось к анализу несимметричного нагрева сплошных и полых круговых цилиндров, вызывающего смещения геометрического центра цилиндра после прошивки и разнотолщинность труд. На ДМК и в Белорусском политехническом институте разработаны математические модели и численные алгоритмы [3] применительно к тепловым процессам нагрева осевых заготовок диам. 0,23-0,24 м и длинной 1,9-2,0 м (заготовки сплошной вагонной оси); диам. 0,27-0,28 м и такой же длинной (заготовки локомотивной оси); диам. 0,29-0,30 м и длинной 0,89-0,90 м (заготовка полой вагонной оси), термической обработки горячекатаных осей в кольцевых печах. Использованы численные методы с последующей програмной реализацией алгоритмов расчётов на ЭВМ ЕС 1045, ЕС 1061, а также численные методы, которые реализованы на ЭВМ СМ 1600. Комплексная математическая модель предпологает рассмотрение трёхмерного уравнения нестационарной теплопроводности вследствие существенного влияния теплообмена с торцов сплошных цилиндров размерами , а также неравномерно падающего теплового потока по периметру [2]: (1) (2) (3) с начальным (4)
и граничными условиями (5) (6) (7) (8) где приведённые коэффициенты излучения системы среда — металл — кладка по поверх-ности цилиндра и с его торцов соответственно; температуры с наружной (обращённой к дыму) и внутреннеё (обращенной к металлу) поверхностей окалины соответственно; индексы “1” и “2” — для боковой и торцевой поверхностей цилиндра соответственно, При этом (9) Следует отметить, что при использовании тригонометрического полинома (9) получено вполне удовлетворительное согласование между расчётными и экспериментальными значениями температур в характерных точках сечения цилиндра. При варьировании относительного значения межцентрового расстояния S/D величина максимального их расположения не превышает 3-4%. Таким образом, в конкретном случае представляется возможным исключить вычисления локальных и обобщённых значении углов коэффициентов, как ранее предлагалось [4,5]. Для удобства построения расчётного алгоритма кольцевая печь представлена развёрнутым каналом и разбита на расчётные элементарные зоны. При этом рассматривается нагрев одновременно трёх заготовок либо осей с помощью одного горелочного устройства. Предполагается также, что работа печи проходит в стационарном режиме и металл входит в печь с равномерным или заданным начальным распределением температуры. Уравнение теплового баланса элементарного расчётного объёма запишется как:
(10) где расход топлива в единицу времени, низшая таплотворная способность топлива, физическое тепло, внесённое единицей объёма воздуха, расход топлива в текущей зоне, тепловой эффект окисления железа, кДж; объём и теплоёмкость тепло усвоенное металлом в зоне потери через кладку в зоне время пребывания металла в элементарном объёме, ч. Очевидно, что наибольшую сложность при решении сформулированной задачи (1)-(10) представляет определения температурных полей в цилиндре конечных размеров. В качестве математического аппарата для нахождения полей температур в трёхмерном цилиндре выбрана абсолютно устойчивая сеточная схема Дю — Фора и Франкела, применяющаяся для решения нелинейных задач технологии нагрева заготовок и слитков в пламенных печах [6,7 и др.]. На первом этапе были получены результаты по нагреву сплошного осевого цилиндра при постоянной температуре среды (печи) с целью выявления степени влияния взаимного расположения близлежащих цилиндров на производительность кольцевых печей. На рис.1, а представлены результаты вычисления при различной укладке цилиндров с учётом торцевого эффекта. Кривые на рис.1, б позволяют сделать вывод о количественном влиянии межосевого расстояния близлежащих цилиндров на общую относительную продолжительность их нагрева и производительность печи . В дальнейшем в соответствии с разработанной математической моделью (1) — (10) на ЭВМ ЕС 1045 и ЕС 1061 выполнили серии расчётов с целью параметрической настройки её по результатам промышленных экспериментов [2]. На рис.2 представлены результаты производственных и численных экспериментов. Наибольшее расхождение результатов наблюдается в момент перехода цилиндра из неотапливаемой в отапливаемую. В последующих временных интервалах сходимость быстро улучшается и величина расхождении расчётных и экспериментальных кривых не превышает 2-5%.
Рис.1. результаты теплов-ых расчётов кольцевой печи с учётом относительного значения S/D и взаимного расположения цилиндров: а — изменение во времени максимальной и минимальной температур цилиндра диам. 0,29 м (цифры у условных обозначе-ний — отношение S/D) б — изменения относительного значения продолжительности нагрева и производите-льности (2) печи. На основе комплексного подхода к изучению закономерностей нагрева осевых цилиндров разработан, опробован в производственных условиях и внедрён температурный режим кольцевой печи с пониженной температурой относительно предложенной в работе [2] (рис.3.). Режим отличается практически постоянной скоростью подъёма температуры металла на неотапливаемом участке печи. В методической зоне температура печи на ниже, чем в случае [2], и расход топлива меньше на 5-8 кг/т осей в зависимости от производительности стана и печи, окалинообразование уменьшилось на 1-2 кг/т. В последние годы в металлургической теплотехнике большое развитие получили методы оптимального управления нагревом металла. Однако в освещённых в литературе исследованиях температурные напряжения рассчитывались, как модели линейно-упругого тела, и таким образом , не учитывалось проявления упруго-пластических деформаций и напряжений. Между тем последнее обстоятельство позволяет детально рассмотреть динамику распределения термических напряжений, учесть дополнительные факторы при поиске управляющей функции (при конкретной температуре среды). В условиях осеперокатного производства возникла необходимость поиска оптимального температурного режима кольцевых печей нагрева заготовок размерами 0,23-0,24 и 0,27-0,28 м, так как они имели неудовлетворительную структуру и пониженный уровень физико-механических характеристик, а на готовых сплошных осях проявлялись поверхностные трещины. Экспериментальные исследования изменения температуры по сечению осевых заготовок и во времени [1] позволили с достаточной для целей математического моделирования точностью обоснованно выбрать осесимметричный нагрев сплошного кругового цилиндра излучением и конвекцией одновременно.
Рис.2. Сопоставление экспериментальных (а) по [2] и расчётных (б) кривых температур в осевом цилиндре диам. 0,29 м При этом использовались решения сформулированной задачи теплопроводности с переменными теплофизическими характеристиками для инерционного и регулярного этапов нагрева [8]. Параметрический настройки математической модели по результатам промышленных экспериментов при нагреве осевого цилиндра диам. 0,27 м показаны на рис.4.
Рис.3. Изменение тем-ператур в цилиндре диам. 0,29 м и дымо-вых газов с ра-циональным позонным температурным рас-пределением.
Рис.4. Сопоставление экспе- риментальных (а) и расчё- тных кривых (б [8]) темпе- ратур в осевом цилиндре диам. 0,27 м и длинной 2,0 м (заготовка локомотив- ной оси) Значения для температурных напряжений в зоне упругих и пластических деформаций в соответствии с общепринятыми обозначениями определяется следующим соотношением : Зона упругих и пластических деформации: (11)
(12) Зона пластических деформаций: (13) (14) Граница пластической зоны находиться из выражения: (15) Функцией управления в конкретном варианте является температура среды (печи) . Поэтому имеет место ограничение: (16) где минимальные и максимально допустимые температуры среды соответственно. Известно, что при нагреве наиболее опасно растягивающие напря-жения. Поэтому , где значение предельно допустимых растягивающих температурных напряжений. В процессе формулировки задачи оптимального управления имеем: (17) где решение задачи теплопроводности. На рис.5 представлены оптимальные режим нагрева осевых заготовок диаметром 0,27 м перед прокаткой на стане 250. С учётом многократных тепловых и термодеформационных операций, предшест-вующих подготовке осевой заготовки к нагреву, полагалось, что максимально допустимые напряжения, возникающие при нагреве, не должны превышать . Расчёт выполнили при следующих исходных данных: диам. 0,27; сталь ОСЛ; Изменение температуры среды апроксимировали кусочнолинейными зависимостями. Ранее аналогичные результаты получили для нагрева цилиндра диам. 0,23 м [9]. Рис.5. динамика температур (а) и темпера-турных напряжений (б) в характерных (измереных) точках круглого сечения цилиндра диаметром 0,27 м при оптималь-ном распределении температур по длине кольцевой печи: температуры поверхности, центра осевой заготовки и сре-ды (печи) соответственно; штриховая линия отражает установку температур печи в соот-ветстви с показанием контрольной термопары. Заключение: В результате комплексных экспериментальных и теоретических исследований применительно к процессам тепловой обработки осевых заготовок и катаных осей улучшены технико-экономические показатели кольцевых печей с вращающимся подом. В частности, удельный расход топлива снизился на 5 кг/т заготовки и осей, уменьшение угара с окалиной на 1-2 кг/т осей, снижен брак по поверхностным дефектам на 11,7%, улучшена микроструктура и физико-механические характери-стики осевых заготовок при нагреве перед пластической деформацией.
Популярное: Как распознать напряжение: Говоря о мышечном напряжении, мы в первую очередь имеем в виду мускулы, прикрепленные к костям ... Как построить свою речь (словесное оформление):
При подготовке публичного выступления перед оратором возникает вопрос, как лучше словесно оформить свою... Почему двоичная система счисления так распространена?: Каждая цифра должна быть как-то представлена на физическом носителе... ©2015-2024 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (253)
|
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку... Система поиска информации Мобильная версия сайта Удобная навигация Нет шокирующей рекламы |