ФГБОУ ВО «Волгоградский государственный технический университет», Волгоград, Россия:

О. Б. Крючков, заместитель декана, доцент, канд. техн. наук, эл. почта: bardb@mail.ru
А. В. Крохалев, декан, доцент, докт. техн. наук, эл. почта: kroch@vstu.ru
Э. В. Седов, доцент кафедры технологии материалов, канд. техн. наук, эл. почта: ehse@yandex.ru

ФГБОУ ВО «Тульский государственный университет», Тула, Россия:

П. И. Маленко, доцент кафедры сварки, литья и технологии конструкционных материалов, канд. техн. наук,
эл. почта: malenko@tsu.tula.ru

Нагрев слоистых металлических садок в колпаковых печах, например стоп из рулонов ленты, по причине наличия в них газовых зазоров между слоями приводит к повышению разности температуры в радиальном направлении при одновременном ее перепаде по высоте садки. Точный расчет времени нагрева садок из рулонов ленты требует знания температурного поля в них, а следовательно, радиального эквивалентного коэффициента теплопроводности и торцевого коэффициента теплопроводности, от которых будет зависеть расход электроэнергии, топлива и производительность печи. Предложена формула и методика расчета эквивалентного коэффициента теплопроводности в радиальном и торцевом направлениях рулона ленты, основанная на численном решении дифференциального уравнения теплопроводности с использованием явной разностной схемы, постоянного коэффициента теплопроводности и граничных условий первого рода, предполагающих применение в качестве температуры поверхности рулона ее экспериментальные значения в различные моменты времени. Рассчитанные по предложенной формуле и методике значения коэффициентов теплопроводности подтверждены с помощью экспериментально-лабораторных нагревов рулона стальной ленты толщиной 0,3 мм из электротехнической стали Э3412; с высотой, внутренним и наружным диаметрами рулона 52,0; 51,882; 79,667 мм соответственно; с числом слоев ленты на сторону, равным 46; с коэффициентом заполнения 0,86 и степенью контакта слоев 2,9 %. Нагрев рулона ленты был проведен как вместе с печью до температуры 920 °C, так и при его загрузке в предварительно разогретую до температуры 620 °C печь с последующим нагревом до 920 °C и выдержкой. При формировании садок были осуществлены два варианта нагрева: радиальный и торцевой.

1. Гусенкова Н. П. Совершенствование режимов нагрева насыпных садок в термических печах : дис. … канд. техн. наук. — Иваново : Ивановский государственный университет, 2000. — 177 с.
2. Крючков О. Б. Использование физического моделирования для определения температурного поля в заготовке // Известия вузов. Черная металлургия. 2018. Т. 61, № 1. С. 12–20.
3. Бахвалов Ю. А., Гречихин В. В., Грекова А. Н. Определение эквивалентного коэффициента теплопроводности многовитковой обмотки соленоида на основе решения обратной задачи теплообмена // Известия вузов. Технические науки. 2012. № 1. С. 81–84.
4. Колибаба О. Б., Бухмиров В. В., Сулейманов М. Г. Математическая модель оптимизации работы термической печи для нагрева насыпных садок // Вестник Ивановского государственного университета. 2014. № 1. С. 1–5.
5. Истомин А. А. Создание программного обеспечения для моделирования работы колпаковых печей // Ab ovo … (С самого начала …). 2015. № 1. C. 44–50.
6. Логунова О. С., Баранкова И. И., Андреев С. М., Агапитов Е. Б., Чусавитина Г. Н. Математические модели для исследования теплового состояния тел и управления тепловыми процессами // Электротехнические системы и комплексы. 2019. № 2. С. 25–34.
7. Абишева Л. С. Исследование сложного теплообмена в многослойной цилиндрической конструкции графоаналитическим методом // Вестник Самарского государственного технического университета. Серия: Технические науки. 2016. № 4. С. 99–107.
8. Кудинов И. В., Абишева Л. С., Бранфилева А. Н. Исследование сложного теплообмена в многослойной цилиндрической конструкции, включающей энергосберегающие газовые прослойки // Вестник Самарского государственного архитектурно-строительного университета. Градостроительство и архитектура. 2014. № 3. С. 90–95.
9. Кривошеев В. Е. Эквивалентный коэффициент теплопроводности рулона при нагреве со стороны боковой образующей поверхности // Международный журнал перспективных исследований в области вычислительной техники. 2018. № 2. С. 27–31.
10. Кривошеев В. Е. Краевые условия математической задачи нагрева алюминиевой ленты с торцов рулона для термической обработки // Автоматизация и управление в технических системах. 2019. № 1. С. 7–10.
11. Taylor S. W., Wang S. Modelling steel strip heating within an annealing furnace // Pacific Journal of Mathematics for Industry. 2017. Vol. 9, No. 5. P. 1–15.
12. Yang P., Wen Z., Dou R. Heating process simulation of steel coil in bell-type annealing furnace // Heat transfer – Asian research. 2016. Vol. 45, No. 8. P. 714–729.
13. Chun-li Mo., Qiang Li., Xu-ming Gu., Wang H. Numerical simulation the temperature field of the multi-coil batch during annealing process in belltype furnace // Advanced Materials Research. 2012. Vol. 538–541. P. 637–641.
14. Shtekhno O. N., Yatsenko V. A., Fogel’ B. M., Dobrovol’skii S. E., Bratus’ S. A. Improving the efficiency of bell-type furnaces and the quality of annealed rolled products // Metallurgist. 2002. Vol. 46, No. 1–2. P. 49–51.
15. Сулейманов М. Г., Бухмиров В. В. Исследование влияния пористости и типа контейнера на температурное поле нагреваемых садок // Вестник Ивановского государственного энергетического университета. 2017. № 5. С. 5–9.
16. Перевезенцев Г. А., Горбунов В. А., Колибаба О. Б., Потехин А. Е. Экспериментальное исследование влияния фильтрации на температурное поле насыпной садки // Вестник Ивановского государственного энергетического университета. 2015. № 5. С. 1–5.
17. Пат. 1133307 СССР. Конвекторное кольцо для нагрева садки в колпаковых печах / В. И. Кусов, С. А. Башкатов, Н. П. Кусова, П. М. Михалев, В. И. Баранов ; заявл. 18.08.1983 ; опубл. 07.01.1985, Бюл. № 1.
18. Крючков О. Б., Крохалев А. В., Маленко П. И., Саранин Л. Г. Математический пакет MathConnex для расчета эквивалентного коэффициента теплопроводности рулона ленты // Черные металлы. 2021. № 2. С. 45–51. DOI: 10.17580/chm.2021.02.08.
19. ГОСТ 7164–78. Приборы автоматические следящего уравновешивания. ГСП. Общие технические условия. — Введ. 26.12.1978. — М. : Государственный комитет СССР, 1978.
20. Свенчанский А. Д. Электрические промышленные печи. В 2-х ч. Ч. 1. Электрические печи сопротивления. — М. : Энергия, 1975. — 384 с.
21. Борисенко А. И., Данько В. Г., Яковлев А. И. Аэродинамика и теплопередача в электрических машинах. — М. : Энергия, 1974. — 558 с.
22. Расчет нагревательных и термических печей : справочник / под ред. В. М. Тымчака и В. Л. Гусовского. — М. : Металлургия, 1983. — 480 с.