секция: технические науки,

подсекция -1.

Гинкул С.И.- канд. техн. наук, проф. ДонНТУ

Прокофьева Н.В.- магистр ДонНТУ

Особенности нагрева слитков в регенеративных нагревательных колодцах

Работа регенеративных нагревательных колодцев связана с циклической подачей топлива. Это приводит к тому, что слитки, стоящие у пламенного окна, греются неравномерно.

Изменение температурного состояния слитка во времени можно определить, решая дифференциальное уравнение теплопроводности

где

- коэффициент теплопроводности металла,;

с –теплоемкость металла, ;

-плотность металла, ;

– скрытая теплота кристаллизации, ;

– относительное количество твердой фазы в пределах двухфазной зоны.

Введя замену

,

окончательно получим

. (1)

Коэффициенты теплопроводности, теплоемкость и плотность металла вычисляются по следующим зависимостям.

(2)

где

-коэффициент теплопроводности, теплоемкость и плотность твердого металла в зависимости от температуры;

-коэффициент теплопроводности, теплоемкость и плотность жидкого металла.

За начальные условия при нагреве принимается температура металла в момент посада его в ячейку колодца. Если производится нагрев слитков холодного посада, то начальная температура будет постоянной по всему объему, т.е. при . При нагреве слитков горячего посада температура по объему определяется условиями охлаждения в процессе транспортировки слитков из сталеплавильного цеха в отделение нагревательных колодцев, т.е. при .

Граничные условия по боковым граням и верхнему основанию запишутся в следующем виде

где

-температура печи по высоте слитка и меняющаяся во времени на ближней и дальней гранях, на грани слева и на грани справа ;

- температура на нижнем и верхнем основаниях, зависящая от времени ;

коэффициент теплоотдачи на соответствующих гранях, зависящий от высоты и времени, ;

-коэффициент теплоотдачи на нижнем и верхнем основании, зависящий от времени, ;

С- приведенные коэффициенты излучения на боковых гранях и основаниях, .

Рассматривается нагрев слитка холодного посада с начальной температурой с размерами м. При расчете принято, что верхнее и нижнее основание слитка имеют одинаковые размеры. Ближняя грань слитка взаимодействует с продуктами сгорания, выходящими из пламенного окна; дальняя грань находится в зоне слабой циркуляции, две другие грани одинаково омываются продуктами сгорания, поэтому температура среды на этих гранях изменяется равномерно.

На рисунке 1 приведено изменение температуры продуктов сгорания у ближней грани крайнего слитка с учетом перекидки клапана. Большее значение температуры соответствует случаю, когда продукты сгорания выходят из пламенного окна и попадают на эту грань. Меньшее значение температуры среды наблюдается, когда продукты сгорания уходят в регенератор, т.е. это последний слиток в ряду, который омывается продуктами сгорания.

Две кривые на рисунке соответствуют двум случаям нагрева с различным временем перекидки клапанов. Первый случай (-) перекидка клапанов происходит через =780с, во втором случае (---) перекидка клапанов происходит через = 600с. И в одном и в другом случае изменение температуры среды через одинаковое число перекидки клапанов одинаково. Это приводит к тому, что температура среды при= 600с растет во времени быстрее, чем при перекидке = 780с. Чем меньше время между перекидками, тем быстрее растет температура

Из рисунка 1 видно, что колебание температуры поверхности в начальный момент времени не существенно, она практически не понижается, а остается постоянной. Но начиная со времени, примерно, = 4500с температура поверхности при встрече продуктов сгорания растет быстрее, а при уходе продуктов сгорания из ячейки сильно снижается. При меньшем времени между перекидками клапанов колебание температуры поверхности меньше, чем при большем времени между перекидками. Это связано с тем, что длительность взаимодействия максимального и минимального значения температуры среды с поверхностью тела будет меньше и температура поверхности будет повышаться или понижаться на меньшую величину.

При меньшем времени между перекидками клапанов число перекидки клапанов за заданное время будет больше. При той же скорости роста температура среды за определенное время вырастет до большего значения, и слиток прогреется до более высокой температуры. Так, за время нагрева = =7800с (рисунок 1) при = 600с (---) температура на поверхности достигла значения , а в середине . При времени перекидки =780с (-) температура на поверхности , а в середине .

При одном и том же числе перекидок клапанов слиток с меньшим временем между перекидкой клапанов будет греться меньшее время, чем слиток с большим временем между перекидками.

Перечень ссылок

1.Научные труды ДонГТУ, Металлургия, выпуск 31/ Казанцев Е.И., Гинкул С.И. - Донецк: ДонГТУ, 2001.-с. 125-132

2. Казанцев Е.И., Гинкул С.И., Чеботарев А.П., Морозов В.Б.- Металлурги-ческая и горнорудная промышленность, 1997, №3, с.74-76

3. Казанцев Е.И., Котляревский Е.М., Баженов А.В., Заварова И.С. Энергосберегающая технология нагрева слитков - М.: Металлургия, 1992. – 176с.