В теплотехнике понятие термически тонких и термически толстых тел не совпадают с геометрическими размерами. Термически тонким телом называется такое тело, температура по сечению которого изменяется одновременно по всей толщине нагреваемого тела. Поэтому при нагреве тонкой заготовки прогрев по толщине практически осуществляется при двухстороннем нагреве одновременно по всему сечению, а при нагреве массивных толстых заготовок всегда существует перепад температур между поверхностью и центром заготовки. Но при охлаждении массивной заготовки ниже температуры 300 ºС на воздухе температура ее постоянна по всему сечению, то есть с теплотехнической точки зрения данная заготовка толщиной 300 мм представляется тонким телом, потому что отвод тепла с поверхности менее интенсивен, чем процесс теплопередачи.
Методические печи классифицируются по числу отапливаемых зон. Одна зона не отапливаемая – методическая. В ней утилизируется тепло отходящих продуктов горения. Последняя зона перед выдачей металла называется зоной выдержки (томильная зона).
Управление тепловым режимом в отапливаемых зонах, как правило, осуществляется путем изменения расхода газа, подаваемого в зону. Обычно, печи отапливаются холодным газом, а воздух подогревается в керамических или металлических рекуператорах.
В качестве конкретного примера рассмотрим функциональную схему автоматизации теплового режима методических печей стана 2500 ОАО ММК. Печи отапливаются природным газом и являются печами толкательного типа с верхним и нижним подогревом. Верхняя зона отапливается через торцевые горелки, нижняя – через боковые горелки. В таких печах нагреваются заготовки до 5 м длиной и толщиной 250 мм.
Схемой предусматривается:
1, 2 – измерение температуры поверхности нагреваемых заготовок в методической зоне печи.
3 – измерение температуры рабочего пространства печи в методической зоне. По этим трем импульсам с фиксированием времени прохождения заготовки можно определить начальное тепловое состояние металла при входе в зону нагрева.
4, 5, 6 – измеряется и регулируется температура поверхности заготовок и рабочего пространства печи (кладки) в первой сварочной зоне. Регулирование осуществляется изменением расхода природного газа в зону.
7, 8, 9 – измеряются расходы газа и воздуха в первую сварочную зону. Регулирование соотношения газ-воздух осуществляется по схеме объемного пропорционирования расходов. Схема объемного пропорционирования расхода газа и воздуха стабилизирует коэффициент расхода воздуха:
α = Vв / Vm · L0
где Vв , Vm – текущие расходы воздуха и топлива; L0 – коэффициент соотношения, равный 10.
10, 11, 11´ – измеряется и регулируется температура поверхности заготовок и рабочего пространства в третьей сварочной зоне. Регулирование теплового режима осуществляется изменением расхода природного газа в зону.
12, 13, 14 – измеряются расходы газа и воздуха в третью сварочную зону.Регулирование соотношения газ-воздух осуществляется по схеме объемного пропорционирования расходов.
15, 16, 17 – измеряется и регулируется температура поверхности заготовок и рабочего пространства в пятой сварочной зоне. Регулирование осуществляется изменением расхода природного газа в зону.
18, 19, 20 – измеряются расходы газа и воздуха в пятую (томильную) зону. Регулирование соотношения газ-воздух осуществляется по схеме объемного пропорционирования расходов. Ведущий параметр – природный газ.
21, 22 – измеряется и регулируется температура рабочего пространства в четвертной сварочной зоне. Регулирование осуществляется изменением расхода природного газа в зону.
23, 24, 25 – измеряются расходы газа и воздуха в четвертой нижней зоне. Регулирование соотношения газ-воздух осуществляется по схеме объемного пропорционирования расходов.
26, 27 – измеряется и регулируется температура рабочего пространства во второй нижней сварочной зоне. Регулирование осуществляется изменением расхода природного газа в зону.
28, 29, 30 – измеряются расходы газа и воздуха во вторую нижнюю сварочную зону; регулирование соотношения газ-воздух осуществляется по схеме объемного пропорционирования расходов.
31, 31´ – измеряется и регулируется давление в рабочем пространстве методической печи. Давление целесообразно измерять на уровне нагреваемого металла в зоне с максимальной тепловой нагрузкой. Регулирование осуществляется путем изменения разрежения в дымовом борове. Обычно печи оснащаются котлами-утилизаторами для использования тепла дымовых газов.
32, 33 – измеряется разрежение и температура дымовых газов на входе в дымовой боров (перед котлом-утилизатором).
34 – измеряется температура продуктов сгорания на выходе из рабочего пространства.
35 – измеряется температура рекуператора для предотвращения его перегрева.
36, 38 – измеряется температура воздуха на входе и выходе из эксгаустера, который просасывает горячий воздух, то есть работает при высоких температурах. Для предотвращения перегрева рабочего насоса эксгаустера предусмотрена защита, для этого измеряется температура воздуха на выходе эксгаустера и регулируется путем подсоса холодного воздуха из атмосферы.
37, 38 – регулирование температуры воздуха на выходе из эксгаустера для защиты рабочего колеса от перегрева.
