blackmetИзвестия высших учебных заведений. Черная МеталлургияIzvestiya. Ferrous Metallurgy0368-07972410-2091National University of Science and Technology "MISIS"10.17073/0368-0797-2016-10-740-745blackmet-950Research ArticleИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И АВТОМАТИЗАЦИЯ В ЧЕРНОЙ МЕТАЛЛУРГИИINFORMATION TECHNOLOGIES AND AUTOMATIC CONTROL IN FERROUS METALLURGYНАГРЕВ ТЕЛ В МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ПЕЧАХ НА ОСНОВЕ МОДЕЛИ ТЕОРЕТИЧЕСКОГО ПРОТИВОТОКАBLANK HEATING IN METALLURGICAL FURNACES BASED ON A THEORETICAL COUNTERFLOW MODELПостольникЮ. С.PostolʹnikYu. S.

д.т.н., профессор

Dr. Sci. (Eng.), Professor

ТимошпольскийВ. И.Timoshpol’skiiV. I.

д.т.н., профессор, директор по науке и новой технике

Dr. Sci. (Eng.), Professor, Director of Science and New Equipment

tree-89@mail.ruТрусоваИ. А.TrusovaI. A.

д.т.н., профессор, заведующий кафедрой металлургических технологий

Dr. Sci. (Eng.), Professor, Head of the Chair of Metallurgical Technologies

irinadnepr5@gmail.ruЗАО ПИН СИТ «Нефтегазстройизоляция» (04136, Украина, Киев, ул. Маршала Гречко, 14)УкраинаCJSC PII SIT “NEFTEGAZSTROIIZOLYATSIYA”, Kiev, UkraineUkraineБелорусский национальный технический университет (220013, Беларусь, г. Минск, пр. Независимости, д. 65)БеларусьBelarusian National Technical University, Minsk, BelarusBelarus2016311020165910740745Copyright © Постольник Ю.С., Тимошпольский В.И., Трусова И.А., 20162016Постольник Ю.С., Тимошпольский В.И., Трусова И.А.Postolʹnik Y.S., Timoshpol’skii V.I., Trusova I.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://fermet.misis.ru/jour/article/view/950

Приведен анализ известных и классических методов расчета нагрева термически массивных тел в теоретическом противотоке. В конкретном случае детальному анализу подверглись публикации Б.И. Китаева, Э.М. Гольдфарба, Г.П. Иванцова и Б.Я. Любова. Показано, что в литературе отсутствует надежный инженерный способ расчета термомассивных тел при нагреве одновременно излучением и конвекцией несмотря на то, что основной класс нагревательных печей в прокатном производстве работает по режиму противотока. Получено решение задачи нагрева термически массивных тел одновременно излучением и конвекцией с использованием противоточной схемы теплообмена. Решение поставленной задачи выполнено с использованием метода эквивалентных источников (МЭИ) в соответствии с моделью термического слоя для инерционного и упорядоченного (регулярного) этапов нагрева. Для оценки адекватности полученного решения осуществлено сравнение с классическим решением А.В. Кавадерова и В.И. Калугина, полученным для случая радиационного нагрева, которые показали удовлетворительное согласование расчетных данных для случая решения методом эквивалентных источников и с использованием гидростатического интегратора. Выполнены расчеты нагрева тел классической формы (пластины, цилиндра и шара). Предлагаемая методика может быть использована в теплотехнических расчетах режимов нагрева слитков и заготовок в металлургических печах для оценки температурного поля металла.

The analysis of certain well-known and classical methods for calculations of thermo-massive slab heating under conditions of theoretical counterflow is presented. In case at hand, publications by B.I. Kitaev, E.M. Goldfarb, G.P. Ivantsov, and B.Ya. Lubov have been analyzed in full details. It was demonstrated that literature lacks a reliable engineering method of calculation of heating thermo-massive semi-products with simultaneous exposure to thermal radiation and convection, even though the basic class of heating furnaces in the rolling industry are running in the counterflow mode. The authors have worked out a solution for the problem of thermally massive blank heating subject to simultaneous thermal radiation and convection, as well as using a counterflow heat exchange configuration. The stated problem has been solved using the method of equivalent sources (MES) in accordance with the thermal layer format, for two successive stages of heat exchange, namely: – inertial and orderly (regular). To estimate the level of adequacy of the result, the derived solutions have been compared with the classical ones by Kavalderov A.V. and Kalugin V.I. for the case of radiate heating. The results show a satisfactory fit of estimated data for the solution by the method of equivalent sources and with the use of a hydrostatic integrator. The calculations for blank heating have been made for semi-products of classical forms (plate, cylinder and sphere). The proposed technique can be used in heat-engineering calculations as applied to heating-up of ingots and billets in steel-making furnaces to estimate metal temperature fields.

противоточный теплообменизлучение и конвекциянагрев термически массивных телинерционный и регулярный этапысхема термического слояметод эквивалентных источниковcounterflow heat exchangeradiation and convectionheating of thermally massive blanksinertial and regular stagesthermal layer schememethod of equivalent sources.ReferencesКитаев Б.И. Теплообмен в шахтных печах. – Свердловск-М.: Металлургиздат, 1945. – 152 с.Kitaev B.I. Teploobmen v shahtnykh pechah [Heat exchange in shaft furnaces]. Sverdlovsk-Moscow: Metallurgizdat, 1945, 152 p. (In Russ.).Китаев Б.И. Теплообмен в доменных печах. – Свердловск-М.: Металлургиздат, 1949. – 628 с.Kitaev B.I. Teploobmen v domennykh pechakh [Heat exchange in blast furnaces]. Sverdlovsk-Moscow: Metallurgizdat, 1949, 628 p. (In Russ.).Кавадеров А.В. Тепловая работа пламенных печей. – Свердловск: Металлургиздат, 1956. – 367 с.Kavaderov A.V. Teplovaya rabota plamennykh pechei [Thermal work of open-fl ame furnaces]. Sverdlovsk: Metallurgizdat, 1956, 367 p. (In Russ.).Китаев Б.И., Ярошенко Ю.Г., Сучков В.Д. Теплообмен в шахтных печах. – Свердловск-М.: Металлургиздат, 1957. – 280 с.Kitaev B.I., Yaroshenko Yu.G., Suchkov V.D. Teploobmen v shakhtnykh pechakh [Heat exchange in shaft furnaces]. Sverdlovsk-Moscow: Metallurgizdat, 1957, 280 p. (In Russ.).Китаев Б.И. Теплообмен в доменной печи. – М.: Металлургия, 1966. – 356 с.Kitaev B.I. Teploobmen v domennoi pechi [Heat exchange in blast furnaces]. Moscow: Metallurgiya, 1966, 356 p. (In Russ.).Гольдфарб Э.М. Теплотехника металлургических процессов. – М.: Металлургия, 1967. – 439 с.Golʹdfarb E.M. Teplotekhnika metallurgicheskikh protsessov [Heat engineering in metallurgical processes]. Moscow: Metallurgiya, 1967, 439 p. (In Russ.).Тепло- и массообмен в плотном слое / Б.И. Китаев, В.Н. Тимофеев, Б.А. Боковиков и др. – М.: Металлургия, 1972. – 432 с.Kitaev B.I., Timofeev V.N., Bokovikov B.A., Malkin V.M., Shvydkii V.S., Shklyar F.R., Yaroshenko Yu.G. Teplo- i massoobmen v plotnom sloe [Heat- and mass exchange in a dense layer]. Moscow: Metallurgiya, 1972, 432 p. (In Russ.).Лисиенко В.Г., Лобанов В.И., Китаев Б.И. Теплофизика металлургических процессов. – М.: Металлургия, 1982. – 240 с.Lisienko V.G., Lobanov V.I., Kitaev B.I. Teplofi zika metallurgicheskikh protsessov [Thermal physics in metallurgical processes]. Moscow: Metallurgiya, 1982, 240 p. (In Russ.).Кавадеров А.В., Калугин В.И. Закономерности нагрева массивного тела излучением в противотоке. – В кн.: Нагрев металла и работа нагревательных печей: Сб. науч. тр. ВНИИМТ. – Свердловск: Металлургиздат, 1960. № 6. С. 59 – 70.Kavaderov A.V., Kalugin V.I Peculiarities of solid body heating by radiation in a counterflow. In: Nagrev metalla i rabota nagrevatelʹnykh pechey: sb. nauch. tr. VNIIMT [Heating of metal and work of heating furnaces: Coll. of scientific papers of VNIIMT]. Sverdlovsk: Metallurgizdat, 1960, no. 6, pp. 59–70. (In Russ.).Постольник Ю.С. К расчету температур и времени нагрева массивных тел при противоточном теплообмене // Изв. вуз. Черная металлургия. 1990. № 6. С. 84 – 86.Postolʹnik Yu.S. On the calculation of heating temperature and time of solid bodies at a counterflow heat exchange. Izvestiya VUZov. Chernaya metallurgiya = Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 1990, no. 6, pp. 84–86. (In Russ.).Гольдфарб Э.М. Нагрев тел различной формы газами в прямотоке и противотоке // ЖТФ. 1954. Т. 24, № 6. С. 1012 – 1019.Golʹdfarb E.M. Heating of bodies with diff erent forms with gases in uniflow and counterflow. ZhTF. 1954, vol. 24, no. 6, pp. 1012–1019. (In Russ.).Иванцов Г.П., Любов Б.Я. Прогрев кусковых материалов в условиях противотока // ДАН СССР. 1952. Т. 85, № 5. С. 993 – 995.Ivantsov G.P., Lyubov B.Ya. Heating of lump materials in a conditions of a counterflow. DAN SSSR. 1952, vol. 85, no. 5, pp. 993–995. (In Russ.).Ростковский С.Е. Передача тепла излучением при противотоке (к теории методических нагревательных печей) // Теплотехника слитка и печей: Тр. ЦНИИЧМ. – М.: Металлургиздат, 1953. Вып. 2 (5). С. 17 – 25.Rostkovskii S.E. Heat transfer by radiation in counterflow (to the theory of methodical reheating furnaces). In: Teplotekhnika slitka i pechei: Sb.tr. TsNIIChM [Heat engineering of ingot and furnaces]. Moscow: Metallurgizdat, 1953, vol. 2 (5), pp. 17–25. (In Russ.).Постольник Ю.С., Тимошпольский В.И., Сичевой А.П. Анализ технологии нагрева металла в пламенных печах // Изв. вуз. Черная металлургия. 1979. № 2. С. 110 – 113.Postolʹnik Yu.S., Timoshpolʹskii V.I., Sichevoi A.P. Analysis of metal heat technology in combustion furnaces. Izvestiya VUZov. Chernaya metallurgiya = Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 1979, no. 2. pp. 110–113. (In Russ.).Нагрев стальных слябов // В.Н. Перетятько, Н.В. Темлянцев, М.В. Темлянцев, Ю.Е. Михайленко. – М.: Теплотехник, 2008. – 192 с.Peretyatʹko V.N., Temlyantsev N.V., Temlyantsev M.V., Mikhailenko Yu.E. Nagrev stalʹnykh slyabov [Heating of steel slabs]. Moscow: Teplotekhnik, 2008, 192 p. (In Russ.).Стальной слиток. В 3-х т. Т. 3. Нагрев / В.И. Тимошпольский, Ю.А. Самойлович, И.А. Трусова и др.; под общ. ред. В.И. Тимошпольского, Ю.А. Самойловича. – Минск: Бел. наука, 2001. – 879 с.Timoshpolʹskii V.I., Samoilovich Yu.A., Trusova I.A., Filippov V.V., Nesenchuk A.P. Stalʹnoy slitok. V 3 t. T. 3. Nagrev [Steel ingot. In 3 volumes. Vol. 3. Heating]. Timoshpolʹskii V.I., Samoilovich Yu.A. eds. Minsk: Bel. nauka, 2001, 879 p. (In Russ.).Металлургические печи / В.А. Баум, Д.В. Будрин, А.И. Ващенко и др. Под науч. ред. М.А. Глинкова. – М.: ГНТИ литературы по черной и цветной металлургии, 1951. – 975 с.Baum V.A., Budrin D.V., Vaschenko A.I., Glinkov M.A., Granovskii B.L., Kitaev B.I., Kuzʹmin M.A., Mikhailenko A.Ya., Nazarov I.S., Plotnikov L.A., Semikin I.D., Taits N.Yu., Troib S.G. Metallurgicheskie pechi [Metallurgical furnaces]. Glinkov M.A. ed. Moscow: GNTI literatury po chernoi i tsvetnoi metallurgii, 1951, 975 p. (In Russ.).Губинский В.И., Лу Чжун У. Теория пламенных печей. – М.: Машиностроение, 1995. – 255 с.Gubinskii V.I., Lu Chzhun U. Teoriya plamennykh pechei [Theory of combustion furnace]. Moscow: Mashinostroenie, 1995, 255 p. (In Russ.).Металлургические печи. Теория и расчеты: Учебник. В 2-х т. / В.И. Губинский, В.И. Тимошпольский, В.М. Ольшанский и др.; под общ. ред. В.И. Тимошпольского, В.И. Губинского. – Минск: Бел. наука, 2007. Т. 1. – 596 с.; Т. 2. – 832 с.Gubinskii V.I., Timoshpolʹskii V.I., Olʹshanskii V.M., Mastrykov B.S., Nesenchuk A.P., Trusova I.A., Svinolobov N.P., Abramenkov Yu.Ya., Gres L.P., Mandelʹ N.L. Metallurgicheskie pechi. Teoriya i raschety. Uchebnik. V 2 t. [Metallurgical furnaces. Theory and calculations. Text-book in 2 vols.]. Timoshpolʹskii V.I., Gubinskii V.I. eds. Minsk: Bel. nauka, 2007, vol. 1, 596 p; vol. 2, 832 p. (In Russ.).Кавадеров А.В., Самойлович Ю.А. Закономерности нагрева пластины и цилиндра одновременно излучением и конвекцией // Нагрев металла и работа нагревательных печей : Сб. науч. тр. ВНИИМТ. 1960. № 6. С. 44 – 58.Kavaderov A.V., Samoilovich Yu.A. Heating peculiarities of a plate and cylinder simultaneously by radiation and convection . In: Nagrev metalla i rabota nagrevatelnykh pechei: Sb. nauch. tr VNIIMT [Heating of metal and work of heating furnaces: Coll. of scientific papers of VNIIMT]. Sverdlovsk, 1960, no. 6, pp. 44–58. (In Russ.).Тимошпольский В.И., Постольник Ю.С., Андрианов Д.Н. Теоретические основы теплофизики и термомеханики в металлургии. – Минск: Бел. наука, 2005. – 560 с.Timoshpolʹskii V.I., Postolʹnik Yu.S., Andrianov D.N. Teoreticheskie osnovy teplofi ziki i termomekhaniki v metallurgii [Theoretical basis of thermal physics and thermal mechanics in metallurgy]. Minsk: Bel. nauka, 2005, 560 p. (In Russ.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.