Celotna toplotna prestopnost na vložek pri ogrevanju plošč v potisni peči Total Heat Transfer Coefficient for Slab Reheating in the Pusher Type Furnace B. Glogovac, Inštitut za kovinske materiale in tehnologije, Ljubljana T. Kolenko, B. SicherI, F. Pavlin, FNT Univerza v Ljubljani Raziskana je možnost določanja celotne toplotne prestopnosti pri ogrevanju plošč v potisni peči iz osnovnih zakonitosti prenosa toplote. Izračunane vrednosti temeljijo na matematičnem modelu procesa ogrevanja v peči in meritvah temperatur notranjega površja sten. Rezultati so prikazani za zgornje in spodnje cone peči v diagramih v odvisnosti od dolžine peči. Ključne besede: celotna toplotna prestopnost, procesna simulacija, meritve The feasi bili ty study to calculate the total heat transfer coefficient for the slab reheating in the pusher type furnace from the first heat transfer principles has been carried out. The calculated values are based on the mathematical model of the reheating process in the furnace and measure-ments ofinner surface wall temperatures. The results are given in diagramms for the top and botton zones of the furnace as a funetion offurnace length. Key words: total heat transfer coefficient, process simulation, measurements 1 Uvod Ogrevanje slabov (plošč) v potisni peči ima vse značilnosti nestacionarnega procesa. Zaradineenakomernega pomika ogrevanca skozi peč, in pogostih zastojev valjanja, ter pri zalaganju toplih konti ulitih slabov, poteka ogrevanje pri začetnih in robnih pogojih, ki jih ni možno v celoti zajeti z meritvami. Zato je poleg uporabe dodatnih meril-nih senzorjev, merilnih pretvornikov in sistema za avtomatsko zajemanje in obdelavo podatkov bilo potrebno razviti model prenosa toplote na vložek, ki omogoča simulacijo poteka ogrevanja pri različnih obratovalnih pogojih. Potisna peč v valjarni Bluming - Stekel Acroni Jesenice je rekonstruirana tako, da so izboljšani samo posamezni deli konstrukcije peči. Zaradi prostorskih problemov in zahtevnosti investicije dolžina peči ni podaljšana. Na relativno kratki koristni dolžini peči (22m) je instalirano šest regulacijskih con zkombinacijo stropnih, čelnih in stranskih gorilnikov (Slika 1), kjer je izredno prisoten medsebojni vpliv posameznih con. Meritve so pokazale, da se v potisni peči slabi ogrevajo pri robnih m začetnih pogojih, ki so 72i to peč specifični in jih ni možno enostavno nadomestiti z literaturnimi podatki. Za verifikacijo uporabnosti modela so bile potrebne obsežne meritve in primerjave izračunanih in izmerjenih podatkov. Meritve tempe-ratur z vlečnimi termoelementi, prihladno založenih slabih so omogočile verifikacijo modela prenosa toplote v peči in simulacijo poteka ogrevanja tudi pri toplo založenih konti ulitih slabili. Pri reševanju omenjenih problemov smo izhajali iz fizikalnih zakonitosti prenosa toplote °"4) in možnosti izračuna temperature dimnih plinov iz bilance toplotnih tokov na notranjo površino stene peči. Osnovna prednost metode se kaže v zanesljivosti in uporabnosti rezultatov za računalniški nadzor in vodenje, saj temperaturo stene lahko v praksi merimo na več mestih po celotni dolžini peči s termoelementi. Pri meritvah je bilo potrebno poleg obstoječe stalno instalirane merilne opreme, uporabiti vrsto kontrolnih merilnih senzorjev in merilnih pretvornikov za kompletno analizo dimnih plmov, ter za meritve temperatur, pretokov in tlakov. potisni stroj 1 I / -J ._/ lili 1 u Stropni gorilniki O1 -1 g t I i 1 01 ^CJ j ...it, stranski gorilnik Predgrevna cona Ogrevno cono Izenačevalna cona Slikal. Prerez potisne peči Figure t. Section trough slab rehet furnace Metode dela in rezultati Začetne temperanirne porazdelitve v konti ulitem slabu pri zalaganju v potisno peč v vročem stanju, kot tudi potek temperature na zgornji in spodnji površini ter po preseku slaba, ni mogoče meriti v pogojih normalnega obratovanja. Začetno temperaturno stanje slabov ni enolično ampak se spreminja odvisno od obratovalnih pogojev. Rezultati izračunov m kažejo, da pridejo slabi pred peč z enakomerno temperaturno porazdelitvijo, kar nam pri računalniškem vodenju potisne peči omogoča določiti začetno stanje z meritvijotemperature površja slaba. Velikost temperature je odvisna od časa, ki mine od trenutka zlaganja slabov pod prenosni pokrov in pogojev ohlajanja do transporta v peč. Na podlagi meritev temperatur toplih slabov neposredno pred zalaganjem v peč sino za simulacijo ogrevanja (Slika 2) računali z začetno povprečno temperaturo slaba 650°C. primer poteka ogrevanja vroče založenih slabov z začetno povprečno temperaturo 650°C in celotno toplotno prestop-nostjona zgornjo in spodnjopovršino slaba v posameznih segmentih peči. Slika 5 kaže potek porazdelitve toplotnih obremenitev con, pri katerem je značilna visoka toplotna obremenitev spodnje cone predgrevanja. Slika 6 kaže nekoliko izboljšan režim ogrevanja, vendar je pri tem potrebno upoštevati, da zaradi minima lnih toplotnih obremenitev posameznih con nastopajo problemi nestabilnosti delovanja regulacije. Povečana toplotna obremenitev cone predgrevanja je bila samo v kratkem času zalaganja hladnih plošč za valjanje debele pločevine. 10 "11 12 13 14 15 16 17 1 8 19 20 21 Odsek peci Slika 2. Izračunani potek ogravanja slaba Figure 2. Calculated slab heating curves Slika 3. Celotna toplotna prestopnost na vložek (zgoraj) Figure 3. Total heat transfer coefficient to the slab underside Pri lzračimu celotne toplotne prestopnost i na vložek povežemo dogajanja v sistemu - dimni plin - stena peči - vložek z matematičnim modelom prenosa toplote v vsakem posameznem segmentu peči. Potisno peč (Slika 1) razdelimo na segmente tako, da je število navideznih segmentov peči enako številu slabov v peči. Pozicije slaba v peči označimo od 1 na vstopu do 21 na izstopu. Tako je čas med pomiki enak času zadrževanja slaba v posameznem segmentu peči. Pri ogrevanju slabov v potisni peči nastopajo vsi trije načini prenosa toplote; prevajanje, konvekcija m sevanje. Za izračun toplotnega toka na zgornjo in spodnjo površino slaba v vsakem navideznem segmentu peči računamo temperaturo dimnih plinov iz bilance toplotnih tokov na steno peči. Za temperaturo površine slaba vzamemo temperaturo, ki jo je slab imel pri vstopu v segment peči. Temperaturo notranje površine stene ]xxi merimo s termoelementom in v segmentih, kjer to ni možno z optičnim pirometrom ali z interpolacijo med merjenimi veličinami v sosednjih točkah. Na ta način je možno iz bilance toplotnih tokov na steno peči izračunati bilančno temperaturo dimnih plinov incelotno toplotno prestopnost na vložek v vsakem navideznem segmentu peči. Celotno toplotno prestopnost na vložek in temperaturni potek ogrevanja slaba smo simulirali za različne začetne pogoje od 5()()do 700°C in porazdelitve toplotnih obremenitev posameznih con peči Na slikah 2, 3 in 4 je prikazan 9 L0 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 Odsek peci Slika 4. Celotna toplotna prestopnost na vložek (spodaj) Figure 4. Total heat transfer coefficient to the slab upperside 10 20 30 40 50 60 70 C as (min) 90 100 UO 120 130 140 150 L 60 170 180 190 200 210 220 230 240 CMS (min) SŠ P"41«-1«- ■i predj.sp. S5S FFI 0£r«-sp- j' '\ lzen.levo Y/lzen.desno ® pralt- H- tM Predl- «P- KS "tT"- t-□3 otr*v. sp. YZA lMn-lCTO 222 l*M>-d