Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Характеристики технологического процесса и постановка задачи 9
1.1 Место нагревательных печей в технологии горячей прокатки 9
1.2 Требования к режимам управления методическими печами 9
1.3 Обзор существующих способов управления нагревом слябов в методических печах 15
1.4 Существующие режимы работы современных методических печей 15
1.5 Постановка задачи и цели исследования. 25
Глава 2. Информационное обеспечение заготовок при нагреве металла в методических печах 27
2.1 Система слежения за потоком металла на печном участке 27
2.2 Определение температурного состояния заготовок в ходе процесса нагрева 31
2.3 Описание необходимых исходных данных и выполнение расчетов по математическому описанию процесса нагрева 51
2.4 Реализация информационного обеспечения заготовок при нагреве металла в методических печах 56
2.5 Заключение по главе 59
Глава 3. Прогнозирование времени нагрева слябов и скорости их перемещения по печи 60
3.1 Общие положения и обоснование актуальности проблемы 60
3.2 Способ расчета производительности прокатного стана 65
3.3 Определение производительности моталок в зависимости от размеров рулонов 74
3.4 Определение требуемой текущей производительности печей 76
3.5 Алгоритм расчета скорости продвижения заготовок по печи и его информационное обеспечение 86
3.6 Влияние сортамента продукции на время нагрева 95
3.7 Заключение по главе 100
Глава 4. Реализация энергосберигающего режима управления нагревом заготовок в методических печах 102
4.1 Техническая структура управления режимом нагрева заготовок в методических печах 102
4.2 Расчет оптимальной траектории нагрева заготовки 105
4.3 Расчет уставок регуляторов температуры в зонах методической печи 118
4.4 Настройка и адаптация комплекса автоматического управления нагревом заготовок в методических печах 122
Заключение по главе 123
Заключение 125
Список литературы 127
Приложения 132
- Обзор существующих способов управления нагревом слябов в методических печах
- Описание необходимых исходных данных и выполнение расчетов по математическому описанию процесса нагрева
- Алгоритм расчета скорости продвижения заготовок по печи и его информационное обеспечение
- Настройка и адаптация комплекса автоматического управления нагревом заготовок в методических печах
Введение к работе
Основными затратами на передел в цехах горячей прокатки, определяемыми выбором технологических режимов работы нагревательных печей, являются стоимость металла, потерянного с окалиной и ушедшего в угар, стоимость топлива, израсходованного на нагрев, стоимость электроэнергии, расходуемой на прокатку, а также стоимость ремонта оборудования. Экономия газа при нагреве металла является основным направлением снижения расходов энергии. Эта проблема становится особенно актуальной, поскольку пламенные нагревательные печи потребляют примерно 10% топлива, расходуемого в черной металлургии [1]. Кроме того, в настоящий момент горячая прокатка потребляет почти 30% горючих газов, являясь более крупным потребителем, чем доменное производство и энергетика [2].
В металлургическом производстве для нагрева стали перед прокаткой широкое распространение получили методические печи различной мощности и конструкции, что связано с увеличением доли непрерывно-литого металла. Нагревательные печи относятся к основному оборудованию прокатных цехов. От их работы в значительной степени зависят объем, качество и экономичность производства проката. В большинстве случаев ошибки, возникающие при нагреве металла, уже не могут быть исправлены. Проявляясь на последующих переделах, эти ошибки приводят к снижению выхода годной продукции. Являясь начальным звеном технологической линии прокатного производства, работа нагревательных печей во многом зависит от ритма работы прокатного оборудования, наряду с этим они сохраняют особенности, присущие всем теплотехническим агрегатам. Поэтому при разработке методов рационального нагрева металла необходимо решать не только задачи, связанные с теплотехническими и технологическими проблемами, но и задачи связи ритма работы прокатного оборудования с основными параметрами теплового режима печей.
В условиях нагрева заготовок с переменными геометрическими и теплофизическими параметрами, а также при переменном темпе выдачи заготовок из печи, получение требуемого качества нагрева заготовок возможно лишь при эффективном управлении работой участка нагревательных печей. Существовавшие ранее системы управления нагревательными печами обеспечивали лишь стабилизацию некоторых отдельных параметров теплового режима работы печей, таких как температура в зонах нагрева, соотношение расходов топлива и воздуха и давления в рабочем пространстве печи. В этих системах задания локальным регуляторам указанных параметров устанавливались вручную нагревальщиком печи, исходя из его опыта, что подчас в условиях напряженной работы стана приводило к субъективным ошибкам. При этом возникали недогрев заготовок, перерасход топлива, значительное окалинообразование и другие нарушения.
Проблемы управления нагревом металла стали особенно актуальными в связи с распространением высокопроизводительных прокатных станов и все более повышающимися требованиями, предъявляемыми к качеству нагрева металла. Быстрый технический прогресс, развитие теории управления нагревом и успехи в области ее практического применения связаны с изменением в подходе к решению этих задач. Изменение заключается в том, что система управления не только должна удовлетворять определенным требованиям, но и быть оптимальной по отношению к выбранному критерию. В качестве критерия может выступать минимизация расхода топлива, снижение окалинообразования, увеличение производительности и другие.
Основное время печи работают в переходных режимах, вызванных изменением сортамента, марки нагреваемых заготовок и темпа их выдачи. В этих условиях нагревальщик даже обладающий большим опытом работы, не в состоянии в течение всей рабочей смены обеспечить рациональное (не говоря уже об оптимальном) управление. Кроме того, следует учесть, что стан обслуживают несколько печей и необходимо обеспечить идентичный нагрев заготовок в отдельных печах и согласовать их работу между собой.
За последнее десятилетие наметился существенный разрыв в энергоемкости производства проката в России по сравнению с другими странами. Анализ работы зарубежных станов горячей прокатки показывает, что затраты энергоресурсов, в частности расход газа, можно снизить в 1.5 - 2 раза. Существенное снижение затрат тепловой энергии за рубежом обеспечивается использованием следующих мероприятий [3]:
1) переход на нагрев, не остывших от предыдущего передела, горячих или теплых заготовок;
2) снижение требуемых температур нагрева для прокатки;
3) применение современных микропроцессорных систем оптимального управления тепловым режимом.
Реализация первых двух мероприятий требует проведение существенных дорогостоящих работ по совершенствованию производственного процесса. Эффективным методом снижения затрат на нагрев и прокатку металла, улучшения качества продукции и повышения производительности является внедрение автоматизированной системы управления технологическим процессом (АСУТП) нагрева металла, реализующей оптимальные режимы работы технологических агрегатов (печей). Внедрение АСУТП является также необходимой предпосылкой для создания интегрированной системы управления прокатным цехом и создания единой технологической цепочки по выплавке - прокатке стали. Объединение в общее информационное пространство смежных цехов и переделов позволит на качественно новом уровне решать задачи по оптимизации работы отдельных участков.
Следует отметить, что оптимальные (с точки зрения минимума затрат на передел) режимы нагрева ввиду своей сложности не могут быть реализованы с помощью традиционного оборудования контрольно-измерительных приборов (КИП) и локальной автоматики. Поэтому использование в системе управления нагревом металла современных микропроцессорных средств становится объективно необходимым и позволяет эффективно, с меньшими затратами и оперативно решить задачу реализации энергосберегающих режимов управления при нагреве металла.
Ритм работы современных прокатных станов колеблется в широких пределах, что, естественно, отражается на режиме работы нагревательных печей, основная задача которых - обеспечить требуемый нагрев металла по сечению, определяемый технологией прокатки, и минимальные потери металла в виде угара и окалины при минимальном расходе газа. Определение времени нагрева заготовок в печи и скорости их продвижения на различных участках в зависимости от производительности стана является важной задачей. Без ее решения невозможно говорить о качественном ведении процесса нагрева и организации автоматического управления. Точное прогнозирование времени нагрева позволяет уменьшать коэффициенты запаса по мощности в системах управления нагревом металла, что является источником экономии энергетических ресурсов.
Актуальность проблемы особенно проявилась на стане 2000 АО ММК. Здесь система управления нагревом так и не была создана. Это связано с тем, что при финансировании строительства стана не было учтено колебание курса рубля по отношению к доллару. А поскольку данную работу должна была выполнить американская фирма General Electric, то затраты на создание такой системы в результате обвала рубля могли сравняться со стоимостью всего прокатного стана. Кроме того, к моменту освоения проектных мощностей оборудование, на котором планировалось производить автоматизацию печного участка устарело не только морально, но и физически. Поэтому было принято решение о создании новой системы автоматического управления нагревом металла силами служб автоматизации предприятия. Однако, внедрение автоматической системы управления сдерживалось отсутствием практического способа и типовой схемы АСУ ТП управления нагревом металла, обеспечивающих оптимальный нагрев металла в условиях разнородного посада и меняющегося темпа прокатки. Частично решению этого вопроса посвящена данная диссертация.
Обзор существующих способов управления нагревом слябов в методических печах
Работа системы управления температурным режимом в значительной мере определяет эффективность функционирования нагревательных печей и качество нагрева заготовок. Как уже было отмечено выше, основная задача всех систем управления - обеспечить заданное тепловое состояние заготовок к моменту их выхода из печи в условиях переменного темпа прокатки, температуры посада и других возмущающих факторов. Дополнительно необходимо минимизировать затраты топлива на нагрев металла, увеличить срок службы технологического оборудования за счет выбора щадящих режимов не допускающих оплавления и повышенного окалинообразования.
Существующие системы управления температурным режимом печей можно разделить на следующие типы по степени развития [11]: 1 - ручное управление, в том числе дистанционное управление исполнительными механизмами; 2 - управление с применением локальных систем автоматического регулирования температуры рабочего пространства; 3 -системы управления с адаптацией температуры рабочего пространства к производительности печи; 4 - системы управления с обратной связью по температуре металла. Также следует отметить комплексные системы управления на основе ЭВМ, учитывающие влияние на температуру в печи сразу несколько факторов одновременно, таких как производительность печи, тепловое состояние металла, давление в рабочем пространстве, соотношение топливо - воздух [12, 13].
В системах ручного управления точность установки температуры пространства печи зависела от опыта и интуиции нагревальщика, при этом дроссельные вентили каждой из горелок печи (раздельно для газа и воздуха) устанавливались в позицию определяемую эмпирическим путем на основе визуального контроля формы пламени. Однажды достигнутое оптимальное состояние менялось с неохотой, поэтому адаптация расходов топлива к меняющейся производительности печи осуществлялась редко и в очень ограниченном объеме [11, 14].
Следующим этапом развития явилось введение регуляторов температуры. Локальные регуляторы температуры автоматически устанавливали расход топлива на требуемом уровне для обеспечения заданного значения температуры рабочего пространства, даже при изменении режима работы печей. Для качественного управления процессом нагрева поддержания температуры на заданном уровне недостаточно, поскольку необходимо дополнительно изменять уровень температуры рабочего пространства печи в зависимости от изменяющихся условий. Как правило, задание регуляторам температуры в рабочем пространстве осуществлялось вручную технологическим персоналом. Обычно нагревальщики перестраховываются, для того чтобы не допустить выдачи непрогретого металла, устанавливая в зонах печей избыточный уровень температуры, обеспечивающий быстрый нагрев металла в начальных по его ходу зонах и, по существу, его выдержку в остальных зонах. Такой характер распределения температуры рабочего пространства по зонам гарантирует удовлетворительный нагрев металла в широком диапазоне изменения производительности и температуры посада, однако, этот запас сильно ухудшает экономические показатели системы.
Следующим шагом в развитии является создание систем с адаптацией температуры греющего пространства к производительности печи. В таких системах использовали различные измерители темпа прокатки [4, 11, 14], и применялся метод упреждения при резком возрастании производительности печей и снижении температуры посада металла [11, 14, 15]. Однако, резкие колебания темпа прокатки, малая надежность разработанных прогнозирующих алгоритмов при большой инерционности процесса нагрева, в конечном счете, привели к появлению систем гарантированного нагрева, обеспечивающих нагрев металла по номинальной траектории, рассчитанной из условия максимальной производительности комплекса нагревательные печи — прокатный стан [16]. Это свело на нет экономические преимущества таких систем перед локальными САР температуры печного пространства, особенно в условиях смешанного посада. Качественно решить проблему прогнозирования времени нагрева заготовок в печи можно только после интеграции АСУ ТП нагрева металла в АСУ цехового уровня. Это позволит учитывать режимные факторы работы других участков технологического оборудования и своевременно иметь информацию о предполагаемых остановках и снижении темпа прокатки, что дает реальный источник экономии топлива.
Появление систем управления с обратной связью по температуре нагреваемого металла явилось следующим этапом. Такие системы выгодно отличаются от других в переходных режимах, вызванных небольшими изменением производительности печи, а также температуры посада [11]. Это обуславливается тем, что достаточно точное управление невозможно без учета реального теплового состояния металла и должно осуществляться с учетом прогноза темпа прокатки. Системы управления по производительности не учитывают изменения температуры посада, а в переходных режимах, вызванных изменением производительности, при малой надежности прогнозирующих алгоритмов обеспечивают нагрев заготовок, как правило, с определенным тепловым запасом, так как требование нагреть металл до удовлетворительного теплового состояния является приоритетным. Для построения систем управления с обратной связью необходима информация о температуре металла. Поскольку при нагреве в печах для непосредственного измерения доступна лишь температура поверхности, то информация о температурном поле может быть получена только с помощью математической модели, адаптированной к конкретным условиям. В связи с этим, в системах управления с обратной связью по температуре нагреваемого металла предъявляются особые требования к математическим моделям процесса, к точности и надежности расчетов на их основе. Следует также отметить локальные системы автоматического регулирования по температуре поверхности нагреваемого металла, измеряемой или рассчитываемой различными техническими средствами [17, 18], при соответствующей настройке эти системы, как правило, обеспечивают удовлетворительное качество нагрева металла в нестационарных режимах, обусловленных изменением в узком диапазоне производительности и температуры посада. При этом возможно получение значительной экономии топлива и уменьшение окалинообразования в печах [19]. По мнению [20, 21], системы управления с обратной связью по температуре металла, являются наиболее перспективными. Однако за счет фиксации по длине печи траектории нагрева такие системы плохо реагируют на остановки прокатного стана, снижая расход газа, они все же поддерживают постоянной высокую температуру поверхности в последних зонах, вызывая тем самым повышенное окалинообразование и неоправданно большой расход топлива. Кроме того, в переходных режимах такие системы приводят к резким и зачастую неоправданным колебаниям расходов топлива, стремясь, во что бы то ни стало, обеспечить нагрев на заданном участке, не учитывая возможный резерв времени на последующих участках.
Описание необходимых исходных данных и выполнение расчетов по математическому описанию процесса нагрева
Для расчета процесса нагрева металла желательно иметь точные данные о теплофизических свойствах сталей - значения коэффициентов теплопроводности X, теплоемкости с и удельного веса р. Однако при выборе этих величин возникают некоторые затруднения, поскольку они зависят от температуры, особенно на начальном этапе нагрева. В методических печах предприятий черной металлургии нагреву подвергаются более двух с половиной тысяч различных марок сталей, каждая из которых характеризуется своими величинами теплопроводности и теплоемкости, зависящими от температуры. Мало того, что учет зависимости этих величин от температуры крайне усложняет математическую модель, для многочисленных марок сталей зависимости с = f{T) и Л = f(T) пока просто не установлены. Поэтому очень часто в расчетах все марки сталей делят на конечное число групп (обычно не более пяти), разделяя их по содержанию углерода и количеству легирующих примесей. Значения теплоємкостей и теплопроводностей внутри одной группы марок различаются незначительно.
Коэффициент теплопроводности характеризует способность металла проводить тепло, которая определяется длиной свободного пути электронов. Для чистых металлов теплопроводность значительно выше, чем для сплавов.
Примеси искажают правильность расположения атомов в кристаллической решетке и тем самым снижают теплопроводность. С повышением температуры уменьшается величина средней длины свободного пути электронов, поэтому теплопроводность чистых металлов снижается с возрастанием температуры. Различные табличные данные о значениях коэффициента теплопроводности можно найти в литературе [34,46,47].
Значение коэффициента теплопроводности на участке 100 - 800 С изменяется линейно, а выше 1000 С практически не зависит от химического состава. Расчетная величина коэффициента теплопроводности при температуре 0 С, для стали конкретного химического состава, также может быть определена по формуле Хонда-Хейлигенштедта [48]:
Теплоемкость стали, также как и коэффициент теплопроводности, зависит от химического состава и температуры. С повышением содержания углерода в стали она изменяется в небольших пределах. При возрастании температуры теплоемкость стали повышается с 0.48 до 0.68 кдж/(кг/град). Выше 800 С теплоемкость практически не изменяется. При расчете нагрева и охлаждения стали значительно больший интерес представляет зависимость истинной теплоемкости от температуры c(t). Аппроксимирующее выражение для истинной теплоемкости стали - кусочно-гладкая функция [50, 49]
Произведем типовой расчет нагрева «холодной» (t„ = 200 С) и «горячей» ((„ = 600 С) заготовок в методической печи по предложенной методике с учетом не линейно изменяющихся теплофизических характеристик металла. В качестве исходных условий зададимся следующими величинами: время нагрева 3 часа, толщина заготовки 250 мм, сталь низкоуглеродистая, начальное тепловое состояние заготовки задано в виде значений средних температур по каждому слою, температура греющей среды изменяется по заданному закону, приведенного коэффициент излучения определяется по представленной выше методике, число слоев равно 10. Для нахождения максимального шага по времени по выражению (2.10) определим максимальное значение температуропроводности. Температуропроводность достигает своего максимума в месте пика истинной теплоемкости (около 750 С), поэтому следовательно, для проведения полного расчета необходимо выполнить 420 шагов. Результаты расчетов представлены графически на рис. 10, 11.
На термограммах показаны только графики изменения температуры греющей среды, температуры поверхности и центра заготовки, в то время как результатом работы расчетной процедуры является семейство температурных зависимостей для каждого моделируемого слоя. Программа производящая данный расчет приведена в прил. 1.
Следует отметить, что после 1.5 - 2 ч нагрева начальные условия практически перестают сказываться, и характер изменения температуры металла определяется почти исключительно температурой греющей среды. Это значит, что в системах автоматического расчетного контроля температуры металла в нагревательных печах погрешность определения текущей температуры металла на конечном участке главным образом зависит от погрешности определения температуры греющей среды.
Алгоритм расчета скорости продвижения заготовок по печи и его информационное обеспечение
Произведем анализ полученных выражений, влияния размеров заготовки и полосы на конечную производительность, применительно к стану 2000 ОАО ММК. Для этого рассмотрим каждый параметр отдельно.
Толщина сляба Н - величина постоянная, ее значение определяется размером кристаллизатора машин непрерывного литья заготовок Кислородно-Конвертерного Цеха ОАО ММК, и составляет 250 мм. Поскольку более 80% заготовок, используемых в настоящее время в горячей прокатке, являются непрерывно-литыми, то изменение этого параметра в дальнейшем не рассматривается.
Ширина сляба В - изменяется от 750 до 1850 мм. Ширина входит в определение массы сляба и длины полосы. Поскольку относительное обжатие в эджерах практически не изменяется, то влиянием второго фактора можно пренебречь, следовательно - с увеличением ширины сляба, пропорционально увеличивается производительность как стана, так и моталок; производительность печей в соответствии, с выражениями (3.39) и (3.40) от ширины сляба не зависит. Это объясняется тем, что уменьшение полезной площади пода печи компенсируется возрастанием скорости нагрева через увеличение площади обогреваемой поверхности заготовок за счет их боковых граней, что показано на графике рис.28.
Представленные и все последующие графики построены для следующих размеров заготовки: Н 250мм, L = 5300 мм, В = 1350 мм, к=3.3мм, b = 0.95 В. Поскольку производительность печей не зависит от ширины заготовок, а производительность стана и моталок растет, то возможен момент, после которого двух печей на холодном посаде становится явно недостаточно, что при сохранении высокого темпа прокатки может привести к останову на подогрев.
По техническим характеристикам стана 2000 ММК, диапазон длины прокатываемых заготовок составляет 4.7 - 12 метров. Длина сляба входит в качестве параметра, как в определение массы рулона, так и в его длину, а, в конечном счете, влияет на величину определяющую производительность стана - машинное время (см. п. 3.2). Данная зависимость нелинейная, поскольку на коротких полосах стан не успевает разогнаться до максимальной скорости прокатки. Производительность моталок зависит только от массы заготовки, (верхний предел скорости не рассматривается, так как ограничивающим фактором является скорость прокатки), поэтому влияние длины сляба линейное. Зависимость производительности печей от длины сляба ступенчатая, это объясняется скачкообразным изменением числа рядов в печи при превышении длины заготовки 6 метров. Производительность печей возрастает при повышении коэффициента заполнения площади пода. Все это показано на графиках рис. 29.
Уменьшение ширины полосы (Ь) при неизменной ширине сляба увеличивает на длину полосы, следовательно, увеличивается и время прокатки в чистовой группе. Однако, как было уже отмечено выше соотношение В/Ь практически не изменяется, поэтому влияние ширины полосы можно в дальнейшем не рассматривать. Толщина полосы h - величина, оказывающая наибольшее влияние на производительность стана. На стане 2000 АО ММК она изменяется в диапазоне от 1.5 до 12 мм.
Именно толщина определяет машинное время, поскольку ее уменьшение пропорционально увеличению длины полосы, и это увеличение не компенсируется за счет увеличения массы рулона, хотя и немного смягчается увеличением скоростей прокатки. На производительность моталок толщина полосы влияния не оказывает, однако здесь необходимо учитывать, что полосы толщиной до 3 мм включительно сматываются в ближней группе, где имеется три моталки, а более толстые полосы - в дальней группе, где моталок всего две. Этот фактор объясняется тем, что наибольшую долю в прокатываемом сортаменте составляют тонкие профили. Если не рассматривать небольшие изменения в требованиях к качеству нагрева заготовок перед прокаткой в зависимости от толщины полосы, то производительность печей никак не зависит от размеров будущей продукции. Графически зависимость производительности моталок, стана и печей от толщины полосы представлена на рис. 30.
Настройка и адаптация комплекса автоматического управления нагревом заготовок в методических печах
Оптимизации нагрева металла в нагревательных печах посвящено достаточно много работ, и они продолжаются в настоящее время, например [57, 59, 64]. Как правило, работы отличаются степенью точности представления задачи, либо методами ее решения. Полученные результаты, несмотря на имеющиеся различия, позволяют выделить характерное свойство всех оптимальных процессов нагрева: экономия топлива и уменьшение потерь металла с окалиной достигается при интенсификации нагрева на заключительном отрезке времени (в последних по ходу металла зонах печи). Достаточная тщательность проведенных исследований, экспериментальная проверка их результатов, и согласуемость результатов с практическими данными [57-59], позволяет выделить это свойство в закономерность. Что впрочем, легко объясняется физическими законами и усиливается технологическими особенностями конструкции методической печи.
Известно, что для перевода тела из одного энергетического состояния на более высокий уровень ему необходимо сообщить некоторое количество энергии Qi. Для поддержания энергетического состояния тела на более высоком уровне должна поступать энергия, в количестве пропорциональном энергетическому уровню Q2(T). Поскольку в одних и тех же условиях Qi зависит только от разности температур, a Q2 дополнительно зависит и от текущего теплового состояния, то при заданном времени нагрева суммарное значение энергии необходимой для нагрева тела Q = Qi + Q2 будет достигать минимума при наименьшем времени нахождения тела при высокой температуре. Режиму работы методической печи характерно противоточное движение печных газов, другими словами, нагреваемый металл двигается навстречу продуктам сгорания. Следовательно, продукты горения топлива сжигаемого в последней зоне печи проходят через всю печь, максимально отдавая тепло, в то время как сжигание топлива в первых зонах кроме локального нагрева металла приводит только к повышению температуры отводящих газов (дыма), то есть к напрасному его расходу. Использование этой закономерности позволяет сделать вывод, что всякое изменение и уточнение математического описания нагрева металла в методических печах не приведет к качественному изменению оптимального графика нагрева, поскольку в любом случае должно сохранится качественное свойство процесса - интенсивный нагрев на конечном участке. Это отмечается во многих работах, например в [19].
Докажем полученные выводы, сопоставив результаты расчетов с фактическими данными. Поскольку в расчетной схеме расхода газа напрямую не фигурирует, то для сравнения режимов нагрева лучше воспользоваться значениями среднемассовой температуры заготовки на протяжении всего времени нагрева, так как в установившемся режиме эта температура пропорциональна расходу топлива. Изобразим это графически на рис. 38. Со звездочкой приведены графики, соответствующие предлагаемому режиму нагрева. Из графика видно, что тепловое состояние заготовки при существующем режиме нагрева последний час нахождения ее в печи практически не изменяется. Другими словами, заготовка уже давно готова к выдаче, но вынуждена ожидать своей очереди в печи. Форсированный нагрев заготовок на начальном участке времени, и длительное их томление объясняется отсутствием информации у нагревальщика о предполагаемом времени нагрева, что вынуждает работать его в режиме максимального быстродействия.
Из графиков (рис. 38) видно, что площадь, занимаемая кривой существующего режима нагрева значительно больше (на 27%) площади кривой оптимального нагрева. Это говорит о неоправданно завышенных расходах топлива и большом запасе тепловой мощности. Величина запаса будет определяться точностью системы прогнозирования времени нагрева, чем хуже прогноз, тем больший запас необходим и тем ближе график нагрева будет приближаться к графику максимального быстродействия. Результаты расчета представлены на рис. 39. По ним видно, что от точности прогнозирования времени нагрева напрямую зависит расход топлива.
В реальных условиях, особенно при работе на смешанном посаде реализовать оптимальную кривую нагрева для каждой заготовки вряд ли удастся. Причиной тому является разнородность (в теплофизическом смысле) нагреваемых заготовок.
Реализация оптимального процесса нагрева сводится к адаптации уровня температуры рабочего пространства в зонах к характеристикам нагреваемого металла и производительности печи. В отличие от камерных печей, где греются заготовки одного сортамента в неподвижном состоянии, в методических печах одновременно нагреваются несколько партий заготовок различные по своим теплотехническим характеристикам. Поэтому при формировании температурных уставок в зонах нагрева, необходимо учитывать целый ряд факторов. Заготовки могут иметь различные геометрические размеры, иметь отличающееся тепловое состояние и марку металла. Кроме того, в зависимости от геометрических размеров заготовок и конечной продукции изменяется темп прокатки на стане, следовательно, будет изменяться и время нахождения заготовок в печи (см. главу 3). Поэтому необходимо рассчитывать распределение тепловых нагрузок не только по времени нагрева, но и по длине рабочего пространства печи с учетом тепловой мощности каждой зоны. Все эти факторы приводят к тому, что для каждой заготовки оптимальная кривая нагрева будет своя.
Методическая печь разделена по длине на зоны нагрева, зоны имеют разную протяженность и при сводовом отоплении определяются объединением горелок в общие группы. Каждая зона методической печи имеет свои ограничения по расходу газа и воздуха, тепловой мощности и максимальной температуре греющей среды. Эти данные для методических печей стана 2000 ОАО ММК приведены в табл.9 [65].
![Совершенствование режимов работы блока доменных воздухонагревателей с целью повышения эффективности процесса нагрева дутья [Электронный ресурс]](/i/i/4263/169004.png "Совершенствование режимов работы блока доменных воздухонагревателей с целью повышения эффективности процесса нагрева дутья [Электронный ресурс] Рябчиков Михаил Юрьевич")
