Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I. Обзор вопросов работы печей скоростного конвективного нагрева в кузнечном производстве 12
1.1. Опыт использования скоростного конвективного нагрева за рубежом и Е нашей стране 12
1.2. Тепловая работа установок и печей 21
1.3. К вопросу оптимизации работы комплекса "печь-пресс" 24
1.4. Обзор вопросов управления тепловым режимом в печах 28
1.5. Выводы из литературного обзора и постановка задачи исследования 37
ГЛАВА 2. Описание экспериментальных установок и методики исследования печей скоростного конвективного нагрева 39
2.1. Описание опытного стенда и приборов, применяемых для исследований 39
2.2. Методика экспериментальных исследований 44
2.2.1. Выбор метода измерения температуры нагреваемого металла и оценка погрешности измерения .. 45
2.2.2. Методика.исследования гидравлического режима 56
2.2.3. Методика исследования взаимовлияния рядов металла в многорядных печах 57
2.2.4. Методика определения статических и динамических характеристик 58
2.2.5. Методика исследования режимов холостого хода 59
ГЛАВА 3. Результаты экспериментальных исследований печей скоростного конвективного нагрева 60
3.1. Определение теплотехнических характеристик печей 60
3.2. Результаты исследования гидравлического режима 65
3.3. Определение взаимовлияния зон в многорядных печах 72
3.4. Определение статических и динамических характеристик 77
3.5. Исследование режимов холостого хода 83
ГЛАВА 4. Математическое моделирование печей конвективного нагрева 90
4.1. Постановка задачи исследования 90
4.2. Разработка модели печи для АВМ 94
4.3. Разработка модели для решения оптимальных задач на ЦВМ 107
ГЛАВА 5. Разработка средств, обеспечивающих реализацию оптимальных режимов в скоростных конвективных печах 117
5.1. Решение оптимальной задачи распределения тепловой нагрузки в стационарном режиме 117
5.2. Решение задачи минимизации времени выхода из режима холостого хода 123
5.3. Разработка принципиальной схемы регулирования температуры металла в одноручьевой печи 131
5.4. Разработка САР двухручьевой печи с автономным регулированием температуры 134
ГЛАВА 6. Испытания автоматизированных печей скоростного конвективного нагрева 139
6.1. Результаты испытаний одноручьевой печи 139
6.1.1. Стационарный режим и режим холостого хода . 139
6.1.2. Переходный режим 144
6.1.3. Планирование и проведение эксперимента по разработке программы выхода печи из режима холостого хода 146
6.2. Результаты испытания двухручьевой печи 152
Выводы по диссертации 160
Литература 163
Приложение 171
- Обзор вопросов управления тепловым режимом в печах
- Выбор метода измерения температуры нагреваемого металла и оценка погрешности измерения
- Определение статических и динамических характеристик
- Разработка принципиальной схемы регулирования температуры металла в одноручьевой печи
Введение к работе
Среди важнейших задач в области создания и развития материально-технической базы ХХУІ съезд КПСС выдвигает требование постоянного совершенствования технологии и повышения эффективности промышленного производства.
"Основные направления экономического и социального развития СССР на I98I-I985 годы и на период до 1990 года" предусматривают проведение мероприятий, повышающих эффективность использования топливно-энергетических ресурсов в промышленности и позволяющих экономить 160-170 млн. тонн условного топлива в 1985 году по сравнению с 1980 г. /I/.
В металлургии и машиностроении повышение эффективности производства, а также снижениеего энергоемкости, металлоемкости и трудоемкости непосредственно связано с совершенствованием средств нагрева металла.
Являясь начальным зеєном технологической линии прокатного или кузнечно-штамповочного производства, нагревательные печи в своей работе тесно связаны с работой прессового оборудования.
При выборе печного оборудования для технологических линий штамповки необходимо учитывать требования к работе этого оборудования, которые заключаются в следующем.
Печь как неотъемлемая часть технологической линии должна отличаться компактностью, быстрым нагревом до необходимой температуры, возможностью быстрого перехода с одного режима на другой, в том числе холостой ход, иметь достаточный уровень механизации и автоматизации и при этом быть простой в эксплуатации /2/. Тепловая инерционность печи, работающей в технологической линии обработки металла давлением, должна быть минимальной - время выдачи готовой заготовки после пуска печи по требованиям, принятым ассоциацией "Бритиш газ", не должна превышать 5 мин.
Анализ работы технологических линий штамповки на ряде отечественных заводов свидетельствует о том, что суммарное время остановок линий по разнообразным причинам достигает половины всего времени работы» Выполнение сформулированных требований практически исключает простои технологических линий по вине нагревательного оборудования и обеспечивает сокращение расхода топлива и потери металла в периоды холостого хода и перехода с одного режима на другой.
По данным зарубежной печати, наиболее экономичным и удовлетворяющим технологическим и энергетическим требованиям для нагрева металла перед штамповкой яеляются малогабаритные печи, тепловая схема которых предусматривает нагрев заготовок ударными струями продуктов сгорания топлива. В исследования, выполненных Британской газовой корпорацией, сделан вывод, что печи скоростного нагрева, применяемые при обработке металла давлением, обладают рядом достоинств: более высокой производительностью при меньшей площади пода; лучшими условиями труда; снижением удельного расхода топлибэ; меньшими затратами на пуск и остановку; уменьшением количества брака, стоимости обезуглероживания и последующей обработки металла. Скоростной нагрев по сумме всех показателей (энергозатраты, скорость нагрева, количество обслуживающего персонала, производительность) дает наилучшие результаты в сравнении с индукционными печами.
Немаловажным при этом является то, что печи скоростного нагрева ударными струями наиболее полно отвечают условиям работы комплекса " нагревательные печь - кузнечный пресс".
За рубежом такие фирмы как '- Hamworit/ &пд. Со. " (Великобритания), " Sfiett JnUrnaOonafMnt" (Франция),
junker
" ДО Г) и др. в течение многих лет проводят теоретические и экспериментальные исследования по созданию пе-пей, использующих метод прямого удара струи продуктов сгорания
о поверхность нагреваемого металла.
В Советском Союзе работы по созданию печей скоростного конвективного нагрева в течение ряда лет ведут институты Тепло проект, ВНИИПромгаз, "Стальпроект", ВНИИМТ. Разработан ряд конструкций печей однорядных, многорядных, с металлическими направляющими и керамическим подом.
Проведенные исследования были направлены, в основном, на разработку тепловых схем скоростных конвективных печей, изучение вопросов тепловой работы таких печей и теплообмена в них. Однако не были решены вопросы, связанные с разработкой оптимальных режимов нагрева заготовок в скоростных конвективных печах, вопросы управления работой конвективной печи в системе "печь-пресс". Сюда же относятся вопросы повышения эффективности использования топлива в стационарных режимах работы скоростных печей, безаварийная работа печей в режиме холостого хода, повышение качества нагрева металла в переходных режимах, минимизация простоев пресса из-за отсутствия нагретого до заданных кондиций металла, измерение температуры нагретого металла и другие. Одной из важнейших задач является создание системы автоматического управления тепловым режимом печей скоростного конвективного нагрева, обеспечивающей надежную работу печи в промышленных условиях.
Целью настоящей диссертационной работы явилось разработка и исследование режимов нагрева металла в скоростных конвективных печах применительно к системе "печь - пресс", разработка, исследование систем автоматического управления, обеспечивающих надежную промышленную эксплуатацию печей, позволяющих реализовать оптимальные режимы нагрева металла и обеспечивающих заданное качество нагрева, экономию топлива и увеличение производительности прессового оборудования.
Поставленная цель достигалась решением следующих основных задач.
Исследование тепловой работы печи в различных режимах и определение теплотехнических особенностей этих печей.
Разработка критериев оптимальности для различных режимов работы системы печь-пресс и решение задач, позволяющих минимизировать эти критерии с помощью математических моделей.
3» Разработка систем автоматического регулирования теплового режима, исследование и внедрение автоматизированных печей скоростного конвективного нагрева в промышленность.
Полученные в ходе настоящей работы новые данные о теплотехнических особенностях печей скоростного нагрева и результаты решения оптимальных задач, позволили разработать новые системы автоматического регулирования теплового режима, которые обеспечивают промышленную эксплуатацию печей скоростного нагрева в оптимальных режимах.
В работе рассмотрены результаты внедрения автоматизированных печей скоростного конвективного нагрева на Каменском опытном и Каменском машиностроительном заводах.
Экономический эффект от внедрения в производство автоматизированной двухрядной печи скоростного конвективного нагрева производительностью 1000 кг/час составил 179 тыс.руб.
Обзор вопросов управления тепловым режимом в печах
Одним из основных элементов технологического оборудования прокатных и кузнечных цехов являются печи для нагрева металла перед обработкой давлением.
Постоянно растущие требования к качеству нагреваемого металла, эффективному использованию топлива в печах, их комплексной автоматизации и механизации привели к созданию нового типа печей - печей скоростного конвективного нагрева (ПСКН) "атакующими" струями.
Скорости нагрева "атакующими" струями существенно выше скорости нагрева в обычных печах. Это достигается благодаря прямому удару струи раскаленных до 17004-1900С газов о поверхность металла со скоростью более 100 м/с. В результате резко возрастает коэффициент теплоотдачи конвекцией за счет разрушения пограничного слоя, являющегося обычно лимитирующим звеном в конвективном теплообмене. Струя растекается по поверхности заготовки и благодаря этому увеличивается поверхность интенсивного теплообмена /3/.
Скоростная струя раскаленных продуктов сгорания создается посредством высокоинтенсивного сжигания газообразного топлива в специальных горелках, с появлением которых стало возможным осуществить этот способ нагрева.
Теоретические и экспериментальные исследования, проводившиеся в течение нескольких лет в лабораториях British Sieef Corp. /Ц/, позволили разработать туннельные горелки с полным сжиганием газа в пределах туннеля и истечением продуктов сгорания с температурой до 2000С при скорости до 150 м/с. Горелки работают на природном или городском газе при его давлении 1470 Па и давлении воздуха от 2450 до 12300 Па. Смешение газа и воздуха осуществляется либо с помощью инжектора, либо прямо в туннеле, причем на некоторых горелках проводится автоподогрев воздуха, благодаря отводу уходящих из печной камеры газов через трубу, опоясывающую воздушную (наружную) трубку горелки.
Разработаны туннельные горелки и другими зарубежными фирмами /5/. Появились также щелевые скоростные горелки, обеспечивающие поток раскаленных газов с температурой более 1500С /3/.Дальнейшие разработки в области скоростных горелок направлены на создание более высокопроизводительных горелок для крупных нагревательных установок /5/. Лаборатории фирмы " Sneet У/7&№0&еЖ РеиОи? //?? Со, во Франции завершили разработку горелки мощностью 235 кВт с установленным в ней стабилизатором горения, позволяющим, устойчиво регулировать производительность в 6 раз. Разрабатываются еще более крупные горелки мощностью 1250 кВт, позволяющие удовлетворить потребности металлургической промышленности.
В нашей стране работы по созданию скоростных горелок проводит ряд научно-исследовательских институтов, ВНЙИПромгазом, например, разработана горелка ГВ-7, имеющая камеру сгорания и кожух из жаропрочной стали. Горелка работает с авторекуперативным подогревом воздуха до 400С уходящими продуктами сгорания и обеспечивает мощность до 65 кВт при скорости истечения раскаленных продуктов сгорания до 200 м/с /6/. Разработаны также ВНЙИПромгазом горелки СВП, обеспечивающие более устойчивую работу горелок при розжиге холодной печи и имеющие более технологичную конструкцию. Эти горелки работают с авторекуперативным подогревом воздуха /7/. Ведутся работы по созданию многосопельной скоростной горелки.
Разработанные горелки позволяют создать ряд нагревательных устройств от сложных высокоавтоматизированных печей непрерывного действия до печей небольшой производительности /8/. Фирма HQMW rthj/ лд. (-О. , предложившая этот принцип нагрева, разработала целую серию печей "атакующими" струями производительностью от 1,5 до 250 т/ч, предназначенных для прокатного, кузнечного и штамповочного производства /3/. Фирма British 9ctS Corp. /9/ разработала два типа газовых печей для скоростного нагрега. Первый тип является печью непрерывного действия с встречным движением газов, выполненной в виде цилиндра, футерованного огнеупорным материалом, в конце которого перпендикулярно оси смонтированы горелки. Продукты сгорания отбираются из другого конца печи дымососом ,; круглые или квадратные заготовки транспортируются с помощью толкателя. Работа печи в кузнечном цехе дала информацию для дальнейшего совершенствования ее конструкции с увеличением производительности до 1730 кг/ч при нагреве заготовок размером 127x127 мм до 1250 С. В печи установлено по 5 скоростных горелок снизу и сверху, каждая группа мощностью 246 кВт. Транспортирование заготовок осуществлялось по водоохлаждае-мым двойным трубам. Для сбора окалины, количество которой не превышает 0,5$ от массы металла, в печи предусмотрена удаляемая емкость. Другая печь этого типа производительностью 454 кг/ч, предназначенная для нагрева квадратных заготовок со стороной 38-76,2 мм имеет одну камеру с активной длиной 2,4 м. Испытания этой печи показали, что угар металла и толщина обезулероженного слоя при скоростном нагреве в несколько раз меньше, чем при обычном нагреве. На основании экспериментов на этой печи была разработана и построена печь для скоростного нагрега заготовок сечением 127x127 мм до 1200 С перед прокаткой. При камере отопления длиной м печь имеет длину 7,6 м, отапливается девятью горелками и развивает производительность 4,5 т/ч/Ю/. і Разработана так/же печь непрерывного действия с неотапливаемой зоной предварительного подогрева металла и двухсторонним отоплением при перемещении металла с помощью толкателя по глис-сажным трубам. Диаметр рабочей камеры этой печи 165 мм, длина 4.6 м. Производительность печи при нагреве заготовок сечением 76x76 мм и 102x102 мм до 1250С составляет 900-1090 кг/ч /4/.
Выбор метода измерения температуры нагреваемого металла и оценка погрешности измерения
Важнейшим параметром, характеризующим процесс нагрева, является температура. Поэтому от того, насколько представительна измеренная температура и от точности поддержания температуры на заданном уровне в основном зависит качество нагрева металла.
В большинстве случаев на методических печах в системах управления тепловым режимом в качестве датчика температуры применяются платинородий-платиновые термопары в защитных фарфоровых чехлах, которые выступают в рабочее пространство на 20-50 мм /34/, Зто наиболее простой способ измерения температуры металла по температуре рабочего пространства. Однако этому способу присуща большая инерционность, кроме того, температура рабочего пространства зон неоднозначно характеризует температуру и состояние нагреваемого металла. Поэтому наиболее желательной информацией для регулирования теплового режима является информация о температуре поверхности нагреваемого металла /46,47/.
Однако измерение температуры поверхности нагреваемой садки и использование этого импульса для управления тепловым режимом печи связано с рядом трудностей /47-49/.
На достоверность результатов измерения температуры металла в рабочем пространстве печи значительное влияние оказывает излучение факела и присутствующие в атмосфере трехатомные газы СОр и HgO, наличие пыли, переменный коэффициент черноты поверхности нагреваемого металла и другие факторы.
В большинстве случаев на методических и секционных нагревательных печах Е системах управления тепловым режимом в качестве датчика температуры используют радиационные пирометры, хотя это и связано со значительными погрешностями /34,46,47/. В работах /50,51/ представлены результаты исследований влияния излучающей способности факела на точность показания оптического и радиационного пирометра. Установлено, что ошибка измерения этих пирометров зависит также и от степени прогрева заготовки и колеблется от 150-370 при температуре металла 827С до 23-283 при температуре 1227С.
Ошибка измерения, вызванная наличием промежуточной среды между металлом и пирометром, подробно рассмотрена в работах /47-50/. Ошибка измерения пирометра частичного излучения меньше, чем у радиационного и может практически отсутствовать у пирометра спектрального отношения, если коэффициент пропускания среды, поглощающей излучение, не зависит от длины ЕОЛНЫ. Эти пирометры достаточно сложны и дороги и в САР их используют для измерения температуры цветных металлов /53/.
Одной из первых попыток избавиться от влияния промежуточной среды является ввод в печь водоохлаждаемой фурмы, максимально приближенной к поверхности металла /47/. Аналогичный способ был использован в системах управления печами и описан в работах /46,49/. Для уменьшения влияния излучения атмосферы печи в некоторых случаях перед пирометром устанавливается светофильтр /48, 54-55/.
Случаи применения для контроля температуры металла фотоэлектрических пирометров /56,57/ и спектрально-дифференциальных пирометров /40/. Однако и фотоэлектрическим пирометрам присуща ошибка измерения, обслуживание их требует больших затрат, а надежность их меньше по сравнению с радиационными. Что касается спектрально-дифференциальных пирометров, то авторы отмечают, что малая приборная надежность не позволяет рекомендовать их для широкого использования.
К контактным методам измерения температуры поверхности металла с помощью термопары относится метод, описанный в работе /58,59/. Термопара размещается в подвижной балке и выдвигается с помощью пружин для плотного контакта с металлом. При таком контакте температура спая будет отличаться от температуры металла из-за потерь тепла в чехле и оттока тепла по термоэлектропроводам.
Фирмой Briiish Gas Corpor. (Великобритания) /60/ разработан датчик температуры слябов, представляющий небольшой тонкий диск из высоколегированной стали на теплоизоляционной подставке. Датчик устанавливается на водоохлаждаемой балке таким образом, чтобы поверхность диска находилась на расстоянии 10-25 мм от поверхности слябоЕ. Температура диска измеряется с помощью зачека-ненной в него термопары и по ее показаниям можно судить о температуре поверхности слитка.
Известны работы, в которых описываются датчики для измерения температуры поверхности нагретого металла, представляющие собой тепломеры различных конструкций /61,62/.
Из приведенного обзора видно, что контактным и бесконтактным методам измерения температуры присущи ошибки измерения, связанные с наличием промежуточной среды между датчиком температуры и нагреваемым металлом, и слоем окалины, которая всегда покрывает поверхность металла в высокотемпературных печах.
Наиболее перспективным методом определения температуры поверхности металла, покрытого слоем окалины, ЯЕЛЯЄТСЯ метод, основанный на использовании отражательной способности металла, чаще всего золота /63/. Автор работы /48/ считает, что наиболее полно требованиям помехоустойчивости и точности измерения отвечает метод, использующий радиационный пирометр, снабженный зеркальной сферической поверхностью.
Этот метод измерения температуры для ПСКН не подходит, т.к. установка горелок на своде печи и небольшие размеры рабочего пространства не позволяют разместить датчик в рабочем пространстве печи. Печи к тому же подвержены Еибрации. В этих условиях трудно обеспечить надежный контакт прижимного устройства с нагреваемым металлом, который перемещается вдоль печи с частотой 60-250 толканий в час.
Определение статических и динамических характеристик
Предварительные исследования, проведенные на печах скоростного конвективного нагрева,показали, что температура кладки на выгрузке всегда меньше температуры металла и даже после нескольких часов непрерывной работы печи разность температур составляет 150-170С. Температура рабочего пространства, измеренная в нескольких точках, отстоящих на 30-40 мм друг от друга, разнится на 90-150 и превышает температуру металла на 50-200С. Эти исследования показали, что. таким образом в ІКЖН в условиях направленного движения струи продуктов сгорания однозначной связи между температурами кладки, рабочего пространства и металла выявить не удалось, поэтому о температуре нагреваемого металла можно судить только непосредственно измеряя температуру его поверхности.
Из литературного обзора, приведенного в главе I, видно, что наиболее часто для измерения температуры поверхности нагреваемого металла используются радиационные /34,40,46/ и яркостные пирометры /44,56,57/.
Приступая к решению конкретной задачи измерения температуры нагреваемого металла Е печах скоростного конвективного нагрева методами и средствами пирометрии излучения, следует прежде всего проверить приемлемость наиболее простых и надежных энергетических пирометров, а уж потом искать пути решения задачи G помощью более сложных методов и соответствующих устройств /48/.
С целью выбора датчика, дающего достоверную информацию о температуре нагреваемого металла, были проведены исследования по определению возможности применения яркоетных (ФЭП и ОППИР) и радиационного (ТЕРА-50) пирометров для измерения температуры металла в печах скоростного конвективного нагрева, так как условия этих печей значительно отличаются от тех, в которых ранее использовались пирометры.
В работе /49/ убедительно показано, что большую роль в искажении результатов измерения температуры поверхности металла в нагревательных печах играет излучение газовой среды в зазоре между датчиком и металлом, поэтому основные исследования были направлены на определение величины ошибки, вносимой продуктами сгорания.
Исследования проводились на печи № І (рис. I.I) и огневом стенде (рис. 2.2). Со стороны выгрузки металла на расстоянии 0,35 м от торца стенда на специальной подставке были установлены пирометры для контроля температуры поверхности нагреваемого металла (рис. 2.3). За истинную (эталонную) температуру поверхности нагреваемой заготовки принималась усредненная температура по показаниям трех термопар, а за ошибку - разность между показаниями термопар и пирометров.
С целью устранения влияния излучения кладки и карборундовой подины стенда на показания пирометров (в реальных печах кладка имеет температуру на выгрузке ниже металла) в качестве нагреваемой заготовки был выбран металлический стакан с внутренним диаметром 0,08м и толщиной стенки -0,015м Указанные размеры стакана были выбраны исходя из . того, что при изменении расстояния между заготовкой и пирометром в пределах от 0,6 м до І м .поле визирования пирометра не превышало размеров дна стакана. В дно стакана были зачеканены три термопары (рис. 2.4). Пирометры ФЭП, РАПИР и ОППИР через окно выгрузки одновременно визировались на дно стакана. Схема размещения термопар в заготовке представлена на рис. 2.4 (а). Методика предусматривала две серии опытов; в первой - температура нагрева металла не превышала 1100С, во второй - не превышала 1200С.
Во время исследования изменялась толщина слоя продуктов сгорания между пирометрами и источником излучения от 0,1 до 0,5 м путем перемещения заготовки, при этом расстояние между заготовкой и пирометром изменялось от 0,6 до 1,0 м ; Принятые при исследовании толщины газов в диапазоне 0,1-0,5 мі обусловлены размерами рабочего пространства печей скоростного нагрева.
Для исследования влияния факела на показания пирометров заготовка с зачеканенными в торец тремя термопарами устанавливалась между горелками на расстоянии 0,7 м. от пирометров так, чтобы в поле визирования пирометров, направленных на торец заготовки, попадал факел горелки. Расход природного газа на горелку менялся с 3 до б м3/ч.
Результаты исследований по выбору метода измерения температуры нагреваемого металла представлены в таблице 2.1.
Анализ полученных данных показывает, что во всех опытах температура металла по показаниям термопар ниже температуры, показанной всеми типами пирометров. Разность между показаниями термопар и пирометров растет с увеличением расстояния и достигает 155-190 при температуре нагрева металла Ю25С и 60-120 при температуре П20С при толщине слоя газов 0,5 м .
Это объясняется влиянием излучения слоя газоЕ, имеющих более высокую температуру, и излучения факела, который попадал в поле визирования пирометров при расположении стакана на расстоянии 900-1000 мм от пирометров.
Минимальная ошибка измерения температуры поверхности металла имеет место при толщине слоя газов 0,1 м; она уменьшается по мере роста температуры заготовки и для уровня П50С составляет для ФЭПа и РАШРа соответственно 21 и 25 градусов.
Разработка принципиальной схемы регулирования температуры металла в одноручьевой печи
Как видно из рисунков, температура кладки в точках 1,2,3 (рис. 3.14) составляет соответственно 940, 1035, Ю60С. Температурный максимум металла, расположенный в районе двух последних горелок при обычном режиме работы и равный 1200С, во время режима холостого хода сместился вглубь печи, а его уровень снизился до П20-1Г30С.
Результаты проведенных исследований говорят, что металл,находящийся Б ПСКН во время режима холостого хода любой продолжительности, не перегревается и не оплавляется. В то же время металл достаточно нагрет и может быть быстро подготовлен к дальнейшей обработке давлением.
Для быстрого перевода печей с режима холостого хода на рабочий на печах устанавливали.максимальный расход топлива. Пока металл, находящийся в зоне Еыгрузки, достигал ковочных температур, металл, находящийся в центре печи и имеющий более высокую температуру, начинал перегреваться. На выходе из печи температура различных заготовок изменялась по синусоиде.
На рис. 3.15 представлена.кривая температуры заготовок на выходе из печи, из которой видно, что вначале ряд заготовок имел температуру меньше заданной на 60-90С (2-3 заготовки, находящиеся Б зоне выгрузки печи в момент перехода на рабочий режим); затем несколько заготовок имели температуру, превышающую.заданную на 50-70С (3-4 заготовки, находящиеся в месте максимума температуры в режиме холостого хода); и, наконец, после этого выходили несколько заготовок с температурой, не намного меньше заданной (20-30С).
Проанализируем работу печи скоростного нагрева в условиях неритмичной работы прессового оборудования. В ПСКН.металл нагревается с небольшим окалинообразованием (порядка 0,3-0,5$), расход топлива на печь составляет 45-120 м3А (в зависимости от типа печи). В сопоставимых единицах стоимость простоя пресса, включающая стоимость простоя из-за отсутствия нагретого металла, а также стоимость брака и повторного нагрева намного превышает стоимость топлива и окалины. Поэтому управлять печью с использованием критерия ( / ) необходимо таким образом ,чтобыминимизировать время выхода печей скоростного конвективного нагрева из режима холостого хода на рабочий. Минимизация времени выхода печи на рабочий режим может быть достигнута путем перераспределения тепловой нагрузки вдоль печи так, чтобы заготовки, находящиеся в зоне выгрузки и остывшие во время режима холостого хода, получали наибольшее количество тепла, а металл, находящийся в центре печи и.имеющий более высокую температуру, - меньшую тепловую нагрузку. Таким образом, возникает предпосылка к делению ІЮКН, работающих в переходных режимах, на зоны с различной тепловой нагрузкой по длине печей. Для ответа на вопрос, как делить печь на зоны и как распределять тепловую нагрузку по длине печи в различных режимах ее работы, необходимо было провести математическое моделирование, т.к. ответить на поставленные вопросы на опытной печи и огневом стенде оказалось невозможно. Как указывалось в литературном обзоре, для минимизации критерия, описывающего работу комплекса "печь-пресс", необходимо последовательно минимизировать отдельные составляющие этого критерия. Каждому из этих периодов работы комплекса характерны свои статьи, входящие в критерий оптимальности. В непрерывном режиме эффективность работы печи можно оценить только по затратам на расход топлива и окалинообразование. Следовательно, критерий оптимальности в этом случае можно записать в следующем виде: Одной из существенных особенностей данного класса печей является минимальное окалинообразование за счет малого времени нагрева, которое составляет 0,2-0,5 /11,67/. Дальнейшее уменьшение угара металла в пламенных печах может быть достигнуто либо за счет создания защитной атмосіїерьі из продуктов неполного сгорания топлива, либо за счет выбора оптимальных режимов нагрева заготовок. Первый путь снижения угара в конвективных скоростных печах неприемлем, так как тепловая схема ПСКН предусматривает полное сжигание, топлива (с = 1,0-1,05). Что касается оптимизации режимов нагрева в проходных нагревательных печах, то уменьшение угара металла в этом случае может быть достигнуто за счет применения ступенчатого режима, предусматривающего нагрев и прогрев слитков до 900С на первом участке и форсированный нагрев металла от 900 до 1200С на втором участке /23/. Этот путь уменьшения угара в скоростных печах также неприемлем, так как заготовки в этих печах постоянно находятся под непосредственным воздействием высокотемпературных струй продуктов сгорания и, по существу, имеет место только форсированный нагрев металла. Поэтому дальнейшее снижение угара ЕОЗМОЖНО ЛИШЬ за счет сокращения времени нагрева, т.е. увеличения скорости нагрева. Однако это связано со значительными трудностями. Кроме того, минимизация статьи затрат на окалину в ПСКН не приведет к значительному уменьшению комплексного критерия, так как составляет небольшую величину. Поэтому статьей Ц00 критерия (4.1) можно пренебречь. С учетом сказанного выше, критерием оптимальности для работы комплекса в стационарном режиме может служить суммарный расход газа на печь. Управлением является расход газа на каждую горелку и расположение горелок вдоль печи. При этом следует выполнить ряд технологических ограничений, а именно: температура металла на выходе из печи должна быть не менее І200С, в течение всего периода нагрева недопустимо, превышение температуры плавления. Кроме.того, необходимо учесть и конструктивные ограничения: минимальное расстояние между горелками не должно быть меньше размеров горелочного камня, а суммарное расстояние между ними-превы-шать длину печи. Расход на каждую горелку не должен выходить за пределы допустимого диапазона работы данной горелки.
