Разработка рациональных режимов нагрева стальной полосы в агрегате непрерывного горячего цинкования
В.Я. Губарев, А.Ю. Кирин
Вестник ИГЭУ, 2026 г. выпуск 2, сс. 29—36
Скачать PDF
Состояние вопроса. На металлургических предприятиях прокатное производство является одним из наиболее энергоемких. Это связано с большими затратами энергоресурсов на нагрев прокатной полосы, вызванными некачественным регулированием процесса нагрева. Экспериментальные методы поиска рациональных режимов нагрева на металлургических предприятиях в условиях промышленного производства являются достаточно дорогостоящими и трудоемкими. В связи с этим актуальной задачей является поиск рациональных режимов нагрева, обеспечивающих заданное качество металла, методом математического моделирования.
Материалы и методы. В рамках данного исследования коэффициенты конвективной теплоотдачи определены методом компьютерного моделирования взаимодействия потоков продуктов сгорания с прокатной полосой с использованием программного обеспечения Ansys Fluent. Комплексная тепловая модель зоны прямого пламенного нагрева разработана с применением программного комплекса Microsoft Excel и методов регрессионного анализа данных. Показатели точности комплексной тепловой модели оценены путем сопоставления с опытными данными, полученными в условиях эксплуатации агрегата непрерывного горячего цинкования.
Результаты. На основании комплексной тепловой модели разработаны 23 рациональных режима нагрева стальной полосы в зоне прямого пламенного нагрева агрегата непрерывного горячего цинкования, которые повышают эффективный КПД печной части на 0,75 %. Установлено, что годовой технический эффект для всех режимов работы агрегата составляет 72,04 тыс. м3 природного газа, годовой экономический эффект – 504,3 тыс. руб.
Выводы. Методом математического моделирования решена актуальная задача поиска рациональных режимов нагрева стальной полосы в зоне прямого пламенного нагрева агрегата непрерывного горячего цинкования, обеспечивающих заданное качество металла. На основе разработанных 23 рациональных режимов нагрева проведены опытно-промышленные испытания на металлургическом предприятии в условиях промышленного производства. Фактические результаты опытно-промышленных испытаний совпадают с теоретическими результатами комплексной тепловой модели. В целях рационализации режимов нагрева и снижения затрат природного газа рекомендуется переход от зонного регулирования к погорелочному с адаптацией режимов в зависимости от обрабатываемого сортамента.
- Анников М.В., Кирин А.Ю., Губарев В.Я. Анализ теплового баланса камеры безокислительного нагрева агрегата непрерывного горячего цинкования // Сборник материалов областного профильного семинара «Школа молодых ученых» по проблемам технических наук. – Липецк, 2020. – С. 20–23.
- Annikov M.V., Kirin A.Yu., Gubarev V.Y. Investigation of the influence of the flow turbulence system on the heat transfer in the recuperator tube // 3rd International Conference on Control Systems, Mathematical Modeling, Automation and Energy Efficiency. – Lipetsk, 2021. – 4 s.
- Каюмова В.Э., Мухина Е.Ю. Анализ математических моделей многозонных протяжных печей // Международный научный журнал «Символ науки». – 2016. – № 12-2. – С. 69–71.
- Губарев В.Я., Бавыкин М.А., Кирин А.Ю. Изучение конвективного теплообмена в зоне прямого пламенного нагрева агрегата непрерывного горячего цинкования // Вестник МЭИ. – 2024. – № 6.
- Бавыкин М.А., Кирин А.Ю. Определение коэффициентов теплоотдачи при взаимодействии потока газа с полосой в зоне прямого пламенного нагрева агрегата непрерывного горячего цинкования // Молодежная секция: материалы VIII Российской национальной конференции по теплообмену «РНКТ-8», 17–22 октября 2022 года. – М.: НИУ «МЭИ», 2022. – Т. 2. – С. 329–330.
- Бавыкин М.А., Губарев В.Я. Исследование конвективного теплообмена в секции прямого пламенного нагрева агрегата непрерывного горячего оцинкования // Радиоэлектроника, электротехника и энергетика: XXIX Междунар. науч.-техн. конф. студ. и асп., 16–18 марта 2023 г., Москва: тез. докл. – М.: ООО «Центр полиграфических услуг “Радуга”», 2023. – С. 958.
- Губарев В.Я., Кирин А.Ю. Моделирование тепловых процессов в зоне прямого пламенного нагрева агрегата непрерывного горячего цинкования // Вестник МЭИ. – 2025. – № 1.
- Равич М.Б. Топливо и эффективность его использования. – М.: Наука, 1971.
- Варгафтик Н.Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей. – М.: Наука, 1972. – 720 с.
- Рябчиков М.Ю., Самарина И.Г. Изучение режимов нагрева стальной полосы в протяжной печи башенного типа для светлого отжига // Новые материалы и технологии производства. – 2013. – № 1(73). – С. 43–49.
- Рябчиков М.Ю., Барков Д.С.-Х., Рябчикова Е.С. Управление нагревом металла в методических печах с учетом распределения внешних тепловых потерь по длине печи // Металлообработка. – 2016. – № 6(96). – С. 38–47.