Тепловой и температурный режим методических печей

Введение

 

При нагреве металла под обработку давлением в большинстве случаев применяют проходные нагревательные печи. Эти печи обычно называют методическими печами, так как в них осуществляется методический режим нагрева и обязательно имеется методическая зона предварительного нагрева металла. Методические печи являются печами непрерывного действия с преимущественно противоточным движением нагреваемого металла и продуктов сгорания в рабочем пространстве. В этих печах нагревают заготовки (слябы, блюмы, круглые и фигурные изделия и т. д.) толщиной от 60 до 400 мм, шириной от 60 до 2000 мм и длиной от 0,8 до 12 мм, масса которых составляет от 50 кг до 40 т. В некоторых случаях на старых станах в методических печах нагревают слитки толщиной 300-400 мм. В дальнейшем нагреваемые в методических печах изделия будем называть заготовками. Методические печи классифицируют по количеству зон отопления, по виду нагрева, по системе отопления, по системе загрузки и выдачи заготовок (торцевая, боковая), по способу утилизации тепла уходящих из рабочего пространства печи продуктов сгорания (рекуперативные, регенеративные).

Цель курсового проекта: выполнить расчет многозонной методической печи с шагающим балками стана РБЦ АО ЕВРАЗ ЗСМК

Для достижения указанной цели необходимо решить следующие задачи:

рассчитать горение газообразного топлива и теплообмен излучением в рабочем пространстве печи;

рассчитать время нагрева заготовки заданных размеров в методической, сварочной и томильной зонах;

рассчитать тепловой баланс многозонной методической печи с целью определения удельного расхода топлива.

 

Общая часть

 

Описание печи и управление процессом нагрева заготовок.

Тип – нагревательная, методическая с верхним и нижним отоплением и шагающими балками, предназначенная для нагрева заготовок перед прокаткой.

Металл загружается в печь и выгружается из нее с помощью машины безударной посадки и выдачи заготовок. На стороне загрузки и выгрузки металла из печи установлены рольганги с десятью роликами на каждой стороне. Центровка блюмов при посаде в печь производится в соответствии со схемой загрузки с помощью лазерных приборов и фотоэлементов. Движение шагающих балок, подъем безударных машин, загрузочных и разгрузочной заслонок выполняется с помощью гидравлических систем, а перемещение машин, электромеханической системой.

Окалина, падающая через отверстия в топке, проталкивается лопастями к загрузочному концу печи и выгружается в контейнер под печью

Печь разделена на десять зон регулирования температуры.

Для осмотра внутренней части печи на стороне загрузки и на стороне выгрузки установлены две телевизионные камеры в комплекте с черно-белыми промышленными мониторами.

Система управления печью относится ко второму уровню, включает в себя первый уровень (систему управления горением и транспортировкой металла), а так же система оптимизации нагрева, что позволяет рассчитывать температурные уставки, поддерживать температуры на заданном уровне в зависимости от темпа работы печи. Для этой цели используются компьютер второго уровня.

Система управления горением и транспортировкой металла выполнена на базе специализированного контроллера SIEMENSSIMATIKS7. Программируемый контроллер соединен с двумя персональными компьютерами (ПЛК), один из которых находится на посту управления выдачи металла, другой (резервный) находится на посту загрузки. С помощью клавиатуры можно вызвать на экран монитора необходимые страницы и выполнять следующие функции:

вызывать на экран мнемометрические схемы (тренды), таблицы ситуаций и значения параметров работы;

задавать необходимые параметры работы печи;

производить распечатку данных;

выводить на экран предупреждение.

при помощи HMI (человеко-машинный интерфейс) можно выбрать один из следующих режимов работы печи:

компьютерный – второй уровень (при переключении в данный режим все зоны получают уставку от компьютера второго уровня);

автоматический (вводится уставка для каждой зоны печи и система автоматически поддерживает заданное значение. Регуляторы температуры работают от системы управления первого уровня. Заданные значения температур устанавливаются с HMI первого уровня. Система управления второго уровня может быть полностью бездействующей или выполнять функции в параллельных операциях);

ручной (можно менять выход температурного регулятора при условии, что регуляторы температуры находятся в автоматическом режиме. Система управления второго уровня может быть полностью бездействующей или выполнять функции в параллельных операциях);

понижающий (обеспечивается изменение уставки температуры в зонах с текущих значений на предварительно заданные при условии, что температурный режим печи не управляется компьютером второго уровня. При этом система управления второго уровня может выполнять функции в параллельных операциях).

Последние три режима используются, когда не работает компьютерный режим

Печь по управлению тепловым режимом разделена на десять зон отопления:

1^ая зона – верхняя подогрева;

2^ая зона – нижняя подогрева;

3^ая зона – верхняя нагрева 1;

4^ая зона – нижняя нагрева 1;

5^ая зона – верхняя нагрева 2;

6^ая зона – нижняя нагрева 2;

7^ая зона – верхняя выдержки справа;

8^ая зона – верхняя выдержки слева;

9^ая зона – нижняя выдержки справа;

10^ая зона – нижняя выдержки слева.

 

Тепловой и температурный режим методических печей.

 

Основным процессом, протекающим в рабочем пространстве печи, является теплообмен, связанный с сжиганием топлива и движением газа. По отношению нагреваемому металлу процесс теплообмена в рабочем пространстве печи делится на внешний и внутренний. При внешнем теплообмене тепло передается от продуктов горения топлива и кладки печи к поверхности нагреваемого металла. В методических печах внешний теплообмен осуществляется главным образом путем излучения.

При внутреннем теплообмене тепло распространяется внутри нагреваемого металла. Условия внешнего и внутреннего теплообмена определяются температурным и тепловым режимом печи.

 

Температура в методических печах изменяется по длине печи. Характер изменения температуры по длине печи определяется количеством и назначением зон печи

Первая(по ходу металла) зона изменяющейся по длине температур называется методической зоной.в ней металл во избежание возникновения чрезмерных термических напряжений постепенно подогревается до поступления в зону высоких температур.

Вторая (по ходу металла) зона называется высоких температур или сварочной зоной. Назначение ее быстрый нагрев поверхности заготовки до конечной температуры.

Третья (по ходу металла) томильная зона (зона выдержки) служит для выравнивания температуры по сечению металла.

Температурный режим печей зависит от характера отопления печей, распределения горелок и дымоотводов. Наиболее часто применяют комбинированное расположение горелок: торцовое и боковое или боковое и свободное.

При свободном отоплении заготовки нагреваются достаточно равномерно, поэтому целесообразным является такой метод отопления, когда нижний обогрев оборудования боковым горелкам, а в зонах верхнего обогрева используются свободные горелки. Продукты сгорания топлива отводят на стороне загрузки металла и печи с шагающим подом работают обычно с переменной температурой по длине. Печи с шагающим подом выполняют без нижнего обогрева и с нижним обогревом.