Математическое моделирование нагрева сляба в печи с шагающими балками

Abstract

Нагрев слябов перед горячей прокаткой необходим для придания металлу требуемых пластических свойств. Наиболее эффективны для этого печи с шагающими балками, обеспечивающие подачу теплоты со всех сторон сляба. Однако области нижних поверхностей слябов, контактирующие с водоохлаждаемыми балками, экранированы от излучения нижних зон обогрева печи и отдают теплоту балкам. Для исследования неоднородности температурного поля слябов и ее зависимости от особенностей конструкции системы их транспортировки разработана и программно реализована математическая модель нагрева сляба в печи с шагающими балками, основанная на численном решении трехмерной задачи теплопроводности с кусочно-определенными граничными условиями на нижней поверхности. Для открытых областей нижней поверхности сляба задавались такие же граничные условия, как на верхней поверхности, а для областей контакта с балками – модифицированные граничные условия, учитывающие продолжительность этого контакта. Проведены расчеты в приближении адиабатности участков контакта сляба с балками в период контакта, получены температурные поля для различных сечений сляба.

Slab heating before hot rolling process is necessary for obtaining required metal ductility. The most effective for this purpose are furnaces with walking beams that provide heat supply from all sides of the slab. However, the places of slabs lower surfaces, contacting with water-cooled beams, are shielded from the radiation of the furnace lower heating zones and give the heat to the beams. To study the inhomogeneity of the slab temperature field and its dependence on the peculiarities of their transport system design, a mathematical model of slab heating in a furnace with stepping beams, based on numerical solution of a three-dimensional heat conduction problem with piecewise defined boundary conditions on the lower surface, is developed and programmatically implemented. For the open areas of the bottom surface of the slab, the same boundary conditions were set as on the top surface, and for the areas of contact with the beams, modified boundary conditions were set, taking into account the duration of this contact. Calculations for adiabatic conditions at the slab-beam contact areas during the contact period have been performed, and the temperature fields for different slab sections have been obtained.