Способ нагрева рулонов стали в колпаковых печах

 

Сущность изобретения: способ включает регулирование подачи топлива по температуре стенда, причем расход топлива поочередно устанавливают для каждого из равных интервалов времени, определяемых условиями устойчивости системы автоматического регулирования, и определяется по измеренной в предыдущем интервале времени температуре стенда по расчетным значениям температуры стенда, скорости и ускорения нагрева на заданном интервале времени по формуле, приведенной в тексте описания, при этом начальная скорость нагрева для первого интервала времени нагрева выбирается в пределах 0,05 0,07 град/с. 1 табл.

Изобретение относится к металлургии, в частности к нагреву полосовой стали в рулонах в колпаковых печах.

Известен способ нагрева рулонов стали в колпаковых печах, в котором подачу топлива регулируют по задаваемой температуре стенда путем подачи максимального расхода топлива до достижения заданной температуры, затем расход топлива постепенно сокращают, поддерживая заданную температуру в соответствии с заданием.

Недостатком известного способа (прототип) является большая скорость роста температуры в период нагрева, при этом перепад температур по толщине рулона достигает 200-250^оС. Для устранения такого перепада температур необходима длительная выдержка, которая приводит к повышенному расходу топлива при нагреве и низкому качеству металла из-за перегрева.

Целью изобретения является сокращение расхода топлива и повышение выхода годного металла.

Поставленная цель достигается тем, что в способе нагрева рулонов стали в колпаковых печах, включающем регулирование подачи топлива по температуре стенда, расход топлива поочередно устанавливается для отдельных одинаковых интервалов времени, определяемых условиями устойчивости системы автоматического регулирования, и определяется по измеренной на предыдущем по времени шаге температуре стенда расчетным значением температуры стенда, скорости и ускорения нагрева на задаваемом шаге по времени по формуле B T + T_ст[I] где T_ст[I] T_ст[I-1]+ Δτ + Δτ + 2S n 1/град S 1/град t_T= a коэффициент теплоотдачи, Вт/м² х град; F поверхность нагрева, м²; Т постоянная времени, с; К_п коэффициент потерь, Вт/град; q теплота сгорания топлива, Дж/м³; К_д коэффициент выхода продуктов сгорания, Qc потери тепла, Вт;
К_р коэффициент регенерации тепла;
С_д теплоемкость продуктов сгорания, Дж/м³ град;
а начальная скорость нагрева для первого интервала времени нагрева выбирается в пределах 0,05-0,07 град/с.

Расчет первой и второй производных осуществляется на основе численных значений входящих переменных для каждого элементарного интервала.

Предлагаемый способ и прототип имеют следующие одинаковые существенные признаки. Оба предназначены для нагрева рулонов стали в колпаковых печах, в котором подачу топлива регулируют по задаваемой температуре стенда путем подачи топлива до достижения заданной температуры.

Существенное отличие состоит в том, что в способе нагрева рулонов стали в колпаковых печах расход топлива поочередно устанавливается для отдельных одинаковых интервалов времени, определяемых условиями устойчивости системы автоматического регулирования. Другое его отличие состоит в том, что количество топлива за указанный интервал определяется по измеренной на предыдущем по времени шаге температуре стенда, расчетным значениям температуры стенда, скорости и ускорения нагрева на задаваемом шаге по времени по формуле
B T + T_ст[I],
где T_ст[I] T_ст[I-1]+ Δτ;
+ Δτ
= + 2S
n 1/град S 1/град t_T=
a коэффициент теплоотдачи, Вт/ м² x град;
F поверхность нагрева, м²; Т постоянная времени, с;
К_п коэффициент потерь, Вт/град; q теплота сгорания топлива, Дж/куб. м;
К_д коэффициент выхода продуктов сгорания; Q_c потери тепла, Вт;
К_р коэффициент регенерации тепла;
С_д теплоемкость продуктов сгорания, Дж/м³ град;
а начальная скорость нагрева для первого интервала времени нагрева выбирается в пределах 0,05-0,07 град/с.

Совокупность существенных признаков предлагаемого способа и прототипа позволяет устранить перепад температур и длительную выдержку, которая приводит к повышенному расходу топлива при нагреве и низкому качеству металла из-за перегрева и приводит к сокращению расхода топлива и повышению выхода годного металла.

П р и м е р. Металл марки 0,8 кп в рулонах массой 37,0 тонн, толщиной 0,5 мм и шириной 700 мм загружали в колпаковую печь в стопу по три рулона и при расчетных значениях коэффициентов период нагрева разбивали на интервалы продолжительностью Δτ=1/100τ_зад. В нашем случае τ_зад составляло 50 ч. Затем задавали начальную скорость нагрева 0,05 град/с (при которой величина рекристализационного зерна соответствует предъявляемым механическим свойствам стали 0,8 кп) и рассчитывали режимы подачи топлива на каждом интервале продолжительностью 50/100= 0,5 ч по формуле (1). По окончании расчета производилась проверка на достижение заданного значения температуры стенда по формуле τ_з τ_расч.

L= T_ст-Т_ст, если /L/<e, где e заданная точность, равная 5-10 ^oС, то расчет закончен. В противном случае изменяли начальное значение скорости нагрева в зависимости от знака L на величину (0,001-0,01) и расчет повторяется до попадания в заданный интервал +e.

В результате проделанного расчета получили траекторию оптимального изменения заданной температуры стенда (Т_ст) и минимальный расход топлива для каждого расчетного интервала нагрева, т.е. режим, обеспечивающий оптимальное управление расходом топлива при максимальном перепаде температур по толщине рулона не более 50^оС и, следовательно, качество металла и выход годного при той же продолжительности нагрева.

Результаты нагрева металла опытной партии контролировались по термопарам, установленным в различных точках как по высоте садки, так и по сечению рулонов. Выбор места установки обусловлен предварительными исследованиями экстремальных температур. Показания термопар фиксировали автоматическим потенциометром. Образцы металла для механических испытаний и исследования микроструктуры отбирались по принятой на КарМК схеме и с соблюдением установленных ГОСТов. Технико-экономические показатели 70 опытно-промышленных нагревов приведены в таблице в сравнении с прототипом.

Формула изобретения

СПОСОБ НАГРЕВА РУЛОНОВ СТАЛИ В КОЛПАКОВЫХ ПЕЧАХ, включающий регулирование подачи топлива по температуре стенда T_ст, отличающийся тем, что расход топлива поочередно устанавливается для каждого из равных интервалов времени, определяемых условиями устойчивости системы автоматического регулирования, и определяется по измеренной в предыдущем интервале времени температуры стенда, по расчетным значениям температуры стенда, скорости и ускорения нагрева на заданном интервале времени по формуле










a коэффициент теплоотдачи, Вт/м² · град;
F поверхность нагрева, м²;
T постоянная времени, с;
К_п коэффициент потерь, Вт/град,
q теплота сгорания топлива Дж/м³;
K_д коэффициент выхода продуктов сгорания;
Q_с потери тепла, Вт;
K_р коэффициент регенерации тепла;
C_д теплоемкость продуктов сгорания, Дж/м³ · град.

а начальная скорость нагрева для первого интервала времени нагрева выбирается в пределах 0,05 0,07 град/с.

РИСУНКИ

Рисунок 1