НИТУ «МИСиС»,  кафедра ТЭМП, Москва, Россия:

В. В. Курносов, канд. техн. наук, зав. кафедрой

И. А. Левицкий, канд. техн. наук,  доцент кафедры, lewwwis@mail.ru

И. А. Прибытков, канд. техн. наук,  зам. зав. кафедрой

Методом математического моделирования исследована зависимость требуемой подачи теплоты, температурного перепада по сечению цилиндрической заготовки и толщины образовавшейся на ней окалины от времени в процессе ее нагрева от 600 до 1200 ^oС по различным режимам. Рассмотрены три разных диаметра (0,5; 1,5; 3 м) заготовки из стали 20 и несколько различных режимов нагрева (нагрев с постоянной скоростью; режимы с одной и двумя выдержками при различных скоростях нагрева).

Показано, что пиковые значения потребляемой мощности и ее распределение во времени, а также локальный температурный перепад по сечению заготовки существенно зависят от ее размера и скорости нагрева. Установлено, что применение двухступенчатого нагрева позволяет снизить максимальную потребляемую тепловую мощность, существенно уменьшить перепад температуры по сечению заготовки, снизить окалинообразование. Существует возможность подбора такого двухступенчатого режима нагрева, длительность которого практически совпадает с длительностью одноступенчатого режима. Кроме того, показано, что температурные зависимости теплофизических характеристик нагреваемого металла оказывают существенное влияние на характер изменения потребляемой мощности и температурного перепада по сечению заготовок.

Полученная методика и основные результаты могут быть использованы для нагревательных и термических печей, применяемых в машиностроении и металлургии как на стадии проектирования, так и на этапе разработки технологических режимов нагрева и термообработки.

В статье использованы результаты работ, выполненных в соответствии с планом-графиком по Договору № 13. G25.31.0089 от 22.10.2010 г. в рамках комплексного проекта «Создание сквозной энергосберегающей технологии термообработки ответственных изделий атомной энергетики на основе энергоэффективного оборудования» на основании Постановления Правительства РФ № 218 от 09.04.2010 г.

1. Arutyunov V. A., Levitskii I. A., Ibadullaev T. B. Development of methods for mathematical modeling of thermophysical processes in industrial fuel furnaces // Metallurgist.Vol. 55, Nо. 1–2. May. 2011. Р. 3–9

2. Арутюнов В. А., Бухмиров В. В., Крупенников С. А. Математическое моделирование тепловой работы промышленных печей. — М. : Металлургия, 1990. — 240 с.

3. Zaludova M., Smetana B., Zla S., Dubrovska J., Matejka V. Latent heats of phase transformations of steel in the low temperature region // 20-th Int. Metallurgical and Materials Conference “Metal-2011”. May 18–20. 2011. Brno. Czech Republic, EU.

4. Казанцев Е. И. Промышленные печи. Справочное руководство для расчетов и проектирования. 2-е изд., доп. и перераб. — М. : Металлургия, 1975. — 368 с.

5. Лыков А. В. Теория теплопроводности. Учебное пособие. — М. : Высшая школа, 1967. — 600 с.

6. A Heat Transfer Textbook / John H. Lienhard IV and John H. Lienhard V — 3rd edition. — Cambridge, MA : Phlogiston Press, 2008. — 762 p.

7. Carl L. Yaws. Handbook of Thermal Conductivity. Gardners Books,1995. — 356 p.

8. George E. Totten. Steel Heat Treatment. Taylor &Francis, 2006. — 848 p.

9. Mäki A. M., Österman P. J., Luomala M. J. Numerical study of the pusher-type slab reheating furnace // Scandinavian Journal of Metallurgy. 2002. No. 31. Р. 81– 87.

10. Перетятько В. Н., Темлянцев Н. В., Темлянцев М. В., Михайленко Ю. Е. Нагрев стальных слябов. — М. : Теплотехник, 2008. — 192 с.

11. Темлянцев М. В., Михайленко Ю. Е. Окисление и обезуглероживание стали в процессе нагрева под обработку давлением. — М. : Теплотехник, 2006. — 200 с.