Введение к работе
Актуальность работы. Основными потребителями энергии на металлургических и машиностроительных предприятиях являются печи. При горячей прокатке около двух третей подводимой энергии затрачивается на нагрев металла. В машиностроении на печи приходится не менее ?5И всего расходуемого топлива. Значительную долю обрабатываемого в печах металла составляют термически массивные тела, нагрев которых отличается длительностью и, как следствие, большим расходом тепла. Экономия.энергии при нагреве массивных тел Имеет особое значение.
Вашнеймим резервом энергосбережения является интенсификация нагрева. Кроме экономии топлива, она позволяет повысить'производительность агрегатов и в ряде случаев снизить вредное воздействие производства на окрушаюшую среду.
Наряду с экономией энергоресурсов и интенсификацией, вашней-шей задачей при нагреве металла является обеспечение высокого, качества продукции, которое в конечном счете и определяет конкурентоспособность товара на рынке и. как следствие, экономическое благополучие предприятия-производителя.
Основные проблемы нагрева металла, названные выше,могут быть успеино решены только при обеспечении точного контроля параметров обрабатываемого в печах металла . Вашнейшим из таких параметров является температура.
Наиболее слошной научной и технической задачей является температурный контроль термически массивных изделий, когда необходимо измерять температуру не только на поверхности, но и в центре тела. Разработанные до настоящего времени методы ее решения базируются на прямом разрушавшем контроле с вводом датчиков температуры в объем изделия, на математическом и физическом' моделировании, на измерении, Физических параметров металла . зависявих от
температуры и на измерении температуры поверхности с последующи обработкой полученных данных.
Разрушавший контроль наиболее точен, однако его применение делает невозмоіньш дальнейшее технологическое использование тер-мометрируаыого изделия из-за нарушения его целостности и приводит к перерасходу энергии вследствии нагрева баластного-металла.
Тепловойконтроль путем измерения зависящих от температуры параметров не нашел широкого применения из-за необходимости использования дорогостоящего оборудования и воэмояности измерять только среднемассовув температуру металла.
Наиболее перспективным является контроль теплового состояния металла по температуре его поверхности, наиболее доступного источника информации о температурном поле в его объеме. Измеряя температуру поверхности и. соответствующим образом обрабатывая эти данные, мояно реконструировать температурное поле всего изделия. Существующие методы такого контроля,являющиеся частными случаями математического моделирования.не могут быть реализованы без осна,-цения печей дорогостоящей вычислительной техникой и обеспечения измерения значительного количества параметров работы печи в процессе нагрева, так как без их учета математическая модель не обес-г печивает необходимой точности определения искомой температуры в условиях действующего агрегата.
Сказанное выше определяет актуальность разработки технически реализуемого в условиях производства метода контроля температуры . в .центре термически массивного изделия ло температуре его поверхности.
Целью работы является; ' 1. Создание метода коррекции тепловой структуры объекта контроля для измерения температуры в Центре термически массивных изделий без нарушения их целостности.
2. Разработка математической модели для вычислительных иссле-
-5-. дований температурных полей в объеме металла и определения оптимальных размеров средств коррекции тепловой структуры - тепловых корректирующих элементов.(ТКЭЬ ' ' ,
-
Разработка методики экспериментального изучения процесса измерения теплового состояния термически массивных изделий при их нагреве с использованием метода коррекции тепловой структуры. ..'.
-
Совершенствование ремимов нагрева массивных заготовок в промыиленных'печах на основе разработанного метода коррекции тепловой структуры объекта контроля. " , '
Методы проведения работы. Основой для разработки методик ма-' тематического моделирования, лабораторных и промышленных экспериментов послунили современные научные достижения в области теплообмена, численного моделирования, измерения температуры металли- . ческих изделий в процессе их нагрева. Данные, полученные в ходе ' вычиелительных экспериментов, использовались при проведении лабораторных и производственных опытов. В целях адекватной оценки точностных характеристик метода коррекции тепловой структуры объекта контроля была проведена метрологическая обработка результатов промышленных экспериментов.
Научная новизна выполненной диссертационной работы состоит в следующем:
і. Предломен и разработан метод коррекции тепловой структуры объекта контроля, позволяющий путем термометрирования закрытого тепловым корректирующим элементом участка поверхности изделия из--, мерять температуру его центра в процессе нагрева.
-
Создана математическая модель нагрева металла в камерной печи, используемая для определения оптимальных размеров тепловыУ корректирующих элементов.
-
Разработана и апробирована методика изучения теплового, состояния термически массивного изделия с измененной тепловой
- 6 - .
структурой при нагреве в- лабораторной электропечи и в промышленной газовой печи с выкатным подом.
-
Выполнено исследование точностных характеристик предложенного метода контроля температуры в объеме изделия.
-
Получены новые данные о процессе нагрева массивных изделий в камерных печах в зависимости от размеров заготовок, их количества и расположения в рабочем пространстве.
Достоверность полученных результатов базируется на значительном объеме экспериментов,, как лабораторных, так и выполненных на промышленной печи, высоком уровне адекватности разработанной математической модели, адаптированной к условиям нагрева в промышленной печи, метрологической обработке полученных экспериментальных данных с использованием необходимых статистических оценок и процедур.
Практическая значимость работы состоит в следукцем:
-
Получены зависимости, связывание размеры тепловых коррек-тирувших элементов с размерами контролируемых деталей цилиндрической формы, что позволяет выбирать средства, коррекции тепловой структуры для измерения температуры в центре объекта контроля.
-
Реализован усовершенствованный режим высокотемпературного отпуска поковок из стали 12Х1МФ. обеспечивавций снижение расхода природного газа на.12%.и уменьшение длительности термообработки . трубной заготовки на 33Z.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались на научных семинарах и заседаниях кафедры теплофи- зики и теплоэнергетики металлургического производства МГИСиС, технических совеваниях АО "Электростальский завод тяжелого машиностроения" (АО' ЭЗТМ). . -
Публикации. По теме диссертации опубликована одна печатная работа и подана заявка на изобретение,
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из
- 7 - . . введения, пяти глав, основных выводов, списка литературы (.149 наименований) и прилоіений.
Объем диссертации составляет 121 страницу машинописного текста, 42 рисунка, 13 таблиц и 3 прило«ений.