Технічні науки / металургія

Ревун М.П., Каюков Ю.М., Чепрасов О.І., Іванов В.І.

ДОСЛІДЖЕННЯ ВПЛИВУ ДОВЖИНИ ФАКЕЛА

ПАЛЬНИКІВ НА ЯКІСТЬ НАГРІВАННЯ ЗАГОТОВОК

У ПЕЧІ КАМЕРНОГО ТИПУ

Запорізька державна інженерна академія

З використанням розробленої розрахункової моделі [1] досліджували нагрівання сталевих заготовок у полум’яній печі двокамерного типу. Застосовували зональний метод [2] за припущення симетричності нагрівання металу за висотою завантажених заготовок.

Розрахунок повної довжини факела залежно від змінювання теплового навантаження печі проводили відповідно до рекомендацій роботи [3] з урахуванням співвідношення

,

де l_ф.п. – повна довжина факела від виходу з пальника до ділянки на його осі, де величина кінцевого хімічного недопалювання палива становить q_к.х.н = 2 %; l_ф – довжина факела від виходу з пальника до поперечного перерізу на його осі, де величина середнього хімічного недопалювання палива складає q_с.х.н = 2 %.

Для кількісної характеристики впливу довжини факела на інтенсивність процесів теплообміну в робочому об’ємі печі використовували відносне засвоєння теплоти завантаженням сталевих заготовок (за час, що дорівнює восьми годинам) Q = Q_ф / Q_max, де Q_ф – загальне засвоєння теплоти металом для факела певної довжини, Q_max – максимальне (у інтервалі змінювання відносної довжини підсосу факела L_n) загальне засвоєння теплоти металом. Аналіз змінювання величини Q показує, що для дослідженого інтервалу значень параметра максимальною тепловіддачею володіє факел найменшої довжини.

Із збільшенням довжини факела спостерігали монотонне зменшення загального засвоєння теплоти металом, що, мабуть, пов’язано з розширенням зони інтенсивного вигорання палива та зниженням температурного натиску між факелом і поверхнею металу, що нагрівають. У інтервалі значень параметра L_n = 0,1…0,5 величина Q знижується мало (приблизно на 3 %). Із збільшенням значення даного параметра понад 0,5 довжина факела виходить за межі робочої камери печі, що призводить до появи хімічного недопалювання палива та суттєвого зниження рівня загальної тепловіддачі, при цьому відносне засвоєння теплоти металом для найбільш довгого факела знижується на 13 % порівняно з факелом найменшої довжини.

Під час змінювання довжини факела відбувається переміщення високотемпературної зони гріючого середовища щодо пічного термодатчика, що призводить до деякого зменшення (за L_n = 0,1…0,4), а потім (за L_n = 0,4…0,5) і підвищенню тривалості періоду підйому температури в печі. Подальше збільшення довжини факела супроводжується пониженням інтенсивності теплообміну в робочому об’ємі печі та зменшенням тепловіддачі. Пониження рівня тепловіддачі та переміщення зони максимальної температури гріючого середовища призводить до зменшення швидкості зростання температури, яку фіксує пічний термодатчик, та, як наслідок, значного збільшення тривалості періоду підйому температури.

Прагнення до досягнення максимального поглинання теплоти в нагрівальних печах лімітується вимогою забезпечення заданої якості нагрівання металу, показники якого оцінюються температурою, рівномірністю та стандартністю нагрівання [3]. Температура та рівномірність нагрівання характеризують досягнутий рівень температури поверхні й перепад температури між поверхнею і тепловим центром металу. Стандартність нагрівання характеризує забезпечення ідентичності температури поверхні та рівномірності нагрівання окремих заготовок металу. Для кількісної характеристики впливу факела на умови теплообміну в робочому об’ємі печі використовували критерій нерівномірності розподілу теплових потоків K_q = q_max / q_сер, де q_max, q_сер – відповідно (для факела певної довжини) максимальна та середня за поверхнею металу, що нагрівають, щільність результуючого теплового потоку. Якість нагрівання металу оцінювали критеріями σ_1Δt и σ_2Δt, де σ_1Δt, σ_2Δt – середньоквадратичне відхилення від середнього значення відповідно різниць температури між тою, що фіксує пічний термодатчик, і зональними температурами поверхні металу та зональних перепадів температури між поверхнею і тепловим центром заготовок металу, що нагрівають.

Встановлено, що:

– залежність змінювання критеріїв K_q, σ_1Δt, σ_2Δt, що характеризують нерівномірність нагрівання металу, від довжини факела має екстремальний характер;

– найбільшу нерівномірність нагрівання металу зафіксували для факела мінімальної довжини;

– при збільшенні довжини факела величина критеріїв нерівномірності нагрівання монотонно зменшується та сягає свого мінімального значення при L_n = 0,5…0,6;

– для факела з L_n > 0,6 спостерігається зростання нерівномірності розподілу результуючих теплових потоків, що, в свою чергу, призводить до зниження якісних показників нагрівання металу.

Література

1. Математическое моделирование нагрева металла в пламенной печи камерного типа (сообщение 1) / М. П. Ревун, Ю. Н. Каюков, А. И. Чепрасов, В. И. Иванов // Металургія: наукові праці ЗДІА. – Запоріжжя: ЗДІА, 2009. – Вип. 20. – С. 130-140.

2. Арутюнов В. И. Математическое моделирование тепловой работы промышленных печей / В. И. Арутюнов, В. В. Бухмиров, С. А. Крупенников. – М.: Металлургия, 1990. – 239 с.

3. Губинский В. И. Нагревательные печи металлургии – сегодня и завтра / В. И. Губинский // Теория и практика металлургии. – 2004. – № 6 (44). – С. 56-60.