ДОП Малыгин ОБ Лаб работа по МТ. Лабораторная работа. Определение рационального режима нагрева металла в методической печи с помощью компьютерной модели

• Название: Лабораторная работа. Определение рационального режима нагрева металла в методической печи с помощью компьютерной модели
• Дата: 03.05.2022
• Размер: 177.62 Kb.
• Имя файла: ДОП Малыгин ОБ Лаб работа по МТ.odt
• Тип: Лабораторная работа; #509766

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

«Череповецкий государственный университет»

Инженерно-технический институт

________________________________________________________________

Кафедра металлургии, машиностроения и технологического оборудования


МЕТАЛЛУРГИЧЕСКАЯ ТЕПЛОТЕХНИКА

Лабораторная работа. Определение рационального режима нагрева металла в методической печи с помощью компьютерной модели

Вариант № 5
Выполнил: Малыгин Олег Борисович


Череповец

2022

Определение рационального режима нагрева металла в методической печи с помощью компьютерной модели

1. 
   Номер задания, цели и задачи моделирования.
   

Вариант № 5

Цель работы - научиться моделировать нагрев металла в печи и определять рациональный режим нагрева металла с помощью компьютерной модели.

Задачи работы:

• 
  ознакомиться с математической моделью нагрева слябов в методической печи,
  
• 
  определить рациональный режим нагрева металла в печи,
  
• 
  изучить динамику нагрева металла при рациональном режиме нагрева.
  
• 
  
  

2. Таблица задания варианта моделирования

Таблица 2.1

Задание № 5 на лабораторную работу

№ вари- анта	Группа стали	Толщина сляба, мм	Время нагрева, час-мин	Максимальная температура среды по зонам, оС				Допустимые значения на выдаче
				1 l1=15 м	2 l2=10 м	3 l3=5 м	4 l4=25 м	температуры нагрева	перепад
5	Углеродистая	230	2-30	1300	1340	1310	1320	1240 10	40

Таблица 2.2

Теплофизические свойства стали к варианту № 5

	0	400	700	750	950	1500
λ, Вт/мК	59,4	44,3	32,2	28,8	26,9	32,5
м2/с	164	100	52,8	33,3	50,0	75,0

3 Таблица вариантов исходных данных и массивов
Подсчитаем скорость движения сляба в печи V=h_к/t_к =0,003 м/с, где h_к - длина печи, t_к - время нагрева. Посад слябов осуществляется с начальной температурой t_о =20 ^оС, коэффициент лучистого теплообмена в печи составляет , длина печи h_к = l₁ + l₂ + l₃ = 10+15+5 =30 м, длина нижней зоны - h_н = 10 + 15 = 25 м, к_о = 250, М_о = 4000. Размеры зон l₁,l₂,l₃ указаны в табл. 2.1 при номерах зон. Коэффициент устойчивости kх выбирается равным 4, количество узлов N - по результатам тестирования равным 5. Интервал печати найдем из условия построения кривых нагрева сляба по 10 значениям расстояния от точки посада, т.е.

Таблица 2.3

Исходные данные к моделированию

N	Идентификатор	Название величин	Значение величины	Размерность
1	2	3	4	5
1	S	толщина сляба	0,230	м
2	t0	начальная температура сляба	20	оС
3	Sl	коэффициент лучистого теплообмена в печи	3,1·10-8
4	dP	интервал времени печати	3	м
5	hk	общая длина верхних зон нагрева (длина печи)	30	м
6	hn	общая длина нижних зон нагрева (длина нижней зоны)	25	м
7	k0	постоянная из уравнения роста окалины (=250)	250	м2оС/с
8	m0	постоянная из уравнения роста окалины (=4000)	4000	оС
9	n	количество внутренних узлов в слябе (массив температур)	5	шт
10	q	количество узлов в массиве функции температуропроводности	6	шт
11	c	количество узлов в массиве функции теплопроводности	6	шт
12	nv	количество узлов в массиве функции скорости движения слябов	2	шт
13	np	количество зон нагрева сверху и снизу	4	шт
14	kx	коэффициент устойчивости при расчете шага по времени	4	безразм.

4. Таблица вариантов и массивов с указанием всех смоделированных режимов нагрева и обоснованием выбора нового режима, и, в частности, последнего – рационального

Таблица 2.4

Результаты моделирования различных режимов нагрева

n	Т1	Т2	Т3	Т4	Тмв	ΔТ
1	1300	1340	1310	1320	1297,44	24,28	0.493
2	1290	1280	1270	1320	1260,73	13,29	0,478
3	1270	1260	1250	1320	1242,91	7,7	0,468
4	1260	1260	1260	1320	1248,86	14,78	0,465
5	1250	1260	1270	1320	1254,89	21,94	0,462

5. Таблица результатов нагрева металла при рациональном режиме

Таблица 2.5

Результаты моделирования рационального режима нагрева сляба

, сек	h, м		Тпв	Тпн	Тпв	Тпн	Т1	Т2	Т3	Т4	Т5
0	0	0	1250	13200	20	20	20	20	20	20	20
886	3	0,03	1250	1320	499,79	583,4	424	333	313	361	484
1801	6	0,089	1250	1320	811,8989	883,7	718	618	596	646	770
2688	9	0,148	1250	1320	943,26	1015	864	766	746	794	923
3603	12	0,203	1250	1320	1032551099	1096	971	887	867	917	1025
4489	15	0,252	1250	1320	1099	1156	1055	997	985	1022	1103
5404	18	0,300	1260	1320	1159	1206	1129	1089	1082	1109	1167
6291	21	0,344	1260	1320	1197	1240	1178	1153	1151	1171	1213
7206	24	0,387	1260	1320	1224	1265	1213	1199	1200	1216	1246
8092	27	0,425	1270	1320	1246	1235	1238	1229	1288	1231	1235
9007	30	0,462	1270	1320	1255	1233	1250	1242	1237	1234	1233

6. Рисунок с графиками рациональных режимов нагрева, динамики температуры и окалины по длине печи


7. Рисунок с распределением температуры по толщине сляба для пяти моментов времени(табл. 2.7).

8. 
   Выводы о рациональном режиме нагрева, температуре металла, перепаде температуры и толщине окалины.
   

Под режимом нагрева металла в печи понимается набор значений температуры нагревающей среды в четырех зонах. Рациональный режим это такой режим, при котором обеспечиваются допустимые по условиям прокатки, температура верхней поверхности сляба и перепад температур по толщине сляба, а также минимальная толщина окалины, при выдаче сляба из печи.

Определение рационального режима нагрева сляба включает в себя назначение первого режима в виде максимально допустимых значений температуры печи по зонам, моделировании нагрева сляба при первом режиме, анализ результатов моделирования с точки зрения соответствия требованиям рационального режима, выбора нового режима и так далее.

В ходе работы, по данным выбранного варианта, рациональный режим нагрева был получен по итогам третьего эксперимента. Получены следующие значения температуры по средам Т₁ =1270℃, Т₂ =1260℃, Т₃ =1250℃ и Т₄ =1320℃. Температура металла составила 1242,91℃, при разнице температур 7,7℃. Толщина слоя окалины составила – 0,468 мм

После выбора рационального режима нагрева, работа продолжена, в части уменьшения толщины окалины, путем понижения температуры в первой зоне и повышения в третьей. После двух расчетов, толщина слоя окалины снизилась до 0,462 мм, при этом температура металла увеличилась до 1254,89℃, разница температур, между верхней и нижней температурой слябы, составила 21,94℃.

Литература

1. 
   Прудковский Б.А. Зачем металлургу математические модели? - М.: Наука, 1989. 192 с.
   
2. 
   Металлургическая теплотехника. В 2-х томах. Т.1. Теоретические основы: Учебник для вузов / Кривандин В.А., Арутюнов В.А., Мастрюков В.С. и др. – Металлургия, 1986. 424 с.
   
3. 
   Технология математического моделирования металлургических процессов: курс лекций: учебное пособие для вузов / З. К. Кабаков, М. А. Пахолкова; Кабаков З.К., Пахолкова М.А. - Череповец: ФГБОУ ВПО ЧГУ, 2012. - 132 с. + Приложения. - Библиогр.: с.109-112.