Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Промышленная теплоэнергетика

Диссертационная работа:

Зубкова Мария Михайловна. Исследование и разработка режимов нагрева в скоростных конвективных печах : ил РГБ ОД 61:85-5/1144

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

Стр.

ВВЕД ЕНИ Е 8

ГЛАВА I. ОБЗОР ВОПРОСОВ РАБОТЫ ПЕЧЕЙ СКОРОСТНОГО КОНВЕК
ТИВНОГО НАГРЕВА В КУЗНЕЧНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ 12

  1. Опыт использования скоростного конвективного нагрева за рубежом и е нашей стране 12

  2. Тепловая работа установок и печей 21

  3. К вопросу оптимизации работы комплекса "печь-пресс" 24

  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

  1. Описание опытного стенда и приборов, применяемых для исследований 39

  2. Методика экспериментальных исследований 44

2.2.1. Выбор метода измерения температуры нагревае-

. мого 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 дина
мических характеристик 58

Стр.

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

  1. Результаты исследования гидравлического режима ... 65

  2. 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 СКОРОСШО ГО

КОНВЕКТИВНОГО НАГРЕВА 90

  1. Постановка задачи исследования 90

  2. Разработка модели печи для АВМ 94

  3. Разработка модели для решения оптимальных

задач на ЦВМ 107

ГЛАВА 5. РАЗРАБОТКА СРЕДСТВ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩИХ РЕАЛИЗАЦИЮ
ОПТИМАЛЬНЫХ РЕЖИМОВ В СКОРОСТНЫХ КОНВЕКТИВНЫХ
ПЕЧАХ 117

  1. Решение оптимальной задачи распределения тепловой нагрузки в стационарном режиме 117

  2. Решение задачи минимизации времени выхода из

. режима холостого хода 123

  1. Разработка принципиальной схемы регулирования температуры металла в одноручьевой печи 131

  2. Разработка САР двухручьевой печи с автономным регулированием температуры 134

Стр.

ГЛАВА б. ПРОШШЛЕННЫЕ ИСПЫТАНИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ

ПЕЧЕЙ СКОРОСТНОГО КОНВЕКТИВНОГО НАГРЕВА 139

6.1. Результаты испытаний одноручьевой печи 139

6.1 Л. Стационарный режим и режим холостого хода ... 139

  1. Переходный режим 144

  2. Планирование и проведение эксперимента по разработке программы выхода печи из режима

холос то го хода 146

6.2. Результаты испытания двухручьевой печи 152

ВЫВОДЫ ПО ДИССЕРТАЦИИ 160

ЛИТ ЕРАТ УРА 163

ПРИЛОЖЕНИЕ 171

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЕ Qh - низшая теплотворная способность газа, Вт/м3; t - расстояние от оси струи вдоль образующей цилиндра, м; (I - расстояние между соседними горелками;

расстояние от заготовки до среза сопла, м; радиус заготовки, м ; эквивалентный радиус канала печи, м; 9- угловой коэффициент; с<- коэффициент теплоотдачи, ВтДм2К), коэффициент избытка

воздуха; 6- степень черноты; Т- температура, К;

б- постоянная Стефана-Больцмана , Вт/(м К); Т- продолжительность холостого хода, мин; К- коэффициент влияния, коэффициент передачи; At" изменение температуры; ijQ- изменение расхода; /? - количество измерений; Т - запаздывание, сек; Т - постоянная времени, сек; U- регулируемая величина; координата вдоль направления;

перпендикулярного оси печи; Х- регулирующее воздействие; текущая координата; направление едоль оси печи; аХ^ изменение регулирующего воздействия; Л- суммарный расход топлива, м3/ч;

Ч. - расход топлива на горелку, м3/ч; радиус заготовки, м; /У- количество горелок на один ряд печи, шт; L - длина печи, м;

О. - габаритный размер горелки, м; С - теплоемкость, кДж/кг.К;

j9~ плотность, кг/м3; Л- коэффициент теплопроводности, Вт/м.К; ґґі - масса слоя, кг; # - тепловой поток, Вт/м ;

л 2- расстояние между средними линиями слоев, м; А/и- критерий Нуссельта; d - диаметр заготовки, м; U) - скорость продуктов сгорания, м/сек;

V- еязкость продуктов сгорания, м^/сек;

у- часовой объем продуктов сгорания, \г/ч.\

5- площадь канала, по которому движутся продукты сгорания,

площадь поперечного сечения печи; площадь поперечного

сечения заготовки, м ;

6« коэффициент объемного расширения;

X)- коэффициент пропорциональности; коэффициент регрессии;

Q - плотность тепловых потоков;

V- скорость движения заготовок, м/ч;

О - усредненная толщина кладки, м;

W ~ производные функционала;

у- целевая функция;

t - время регулирования процесса;

S - дисперсия опыта;

)Г- кратность опыта.

ПОДСТРОЧНЫЕ ИНДЕКСЫ М - металл; г - газ;

О - начальный, нулевое; х.Х.- холостой ход; L - номера зон; Ср-~ усредненное значение; ОП.- оптическая; раа.~ радиационная; ofc- объект; П/7. - плавления; X. - текущее значение; L - порядковый номер; /И - последний номер; - + - нижний и верхний диапазон; /?ер~ переходный; К - конвективный; 3 - заготовка; п - печь;

Л.М.- поверхность металла; /f/7- кладка;

ОПр- продукты сгорания, выходящие из сопла; Пр.- приведенная; гор,- горения; Щаг воздух; ад,- адекватный; Э - экспериментальный; Т - табличный

- регулирование,

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.

  1. Исследование тепловой работы печи в различных режимах и определение теплотехнических особенностей этих печей.

  2. 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.

Подобные работы
Каширских Вячеслав Федорович
Совершенствование режимов нагрева стальной полосы в протяжных печах непрерывного отжига на основе разработки и развития расчетных и экспериментательных методов теплотехнического исследования
Ставских Виктор Михайлович
Исследование, разработка и внедрение энергосберегающей модели цикла промышленного производства керамического кирпича
Руденко Анатолий Владимирович
Разработка и исследование трубчатых печей с дифференцированным подводом теплоты
Осипов Айрат Линарович
Исследование и разработка схем теплоснабжения для использования низкопотенциального тепла на основе применения теплонасосных установок
Шарихин, Андрей Валерьевич
Разработка и исследование систем газового отопления узкокамерных печей нефтехимических производств
Синельников Дмитрий Сергеевич
Исследование и разработка методов повышения энергетической эффективности тепловлажностной обработки строительных материалов
Сергеев Сергей Михайлович
Экспериментальное исследование и разработка методов повышения тепловой эффективности пучков гладких труб при установке внешних турбулизаторов
Дорошенко Ирина Викторовна
Исследование теплообмена и разработка технологии комплексной защиты поверхностей нагрева котельных установок
Голицына Елена Викторовна
Исследование теплообмена и разработка методики расчета термонапряженного состояния роликов машины непрерывного литья заготовок
Синицын Николай Николаевич
Исследование теплообмена и разработка методики теплового расчета плотного слоя скрапа

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net