Determination of Convective Heat Transfer Coefficients in the Direct Flame Heating Zone of a Continuous Hot-dip Galvanizing Unit
DOI:
https://doi.org/10.24160/1993-6982-2024-6-76-82Keywords:
heat transfer coefficient, modeling, heat transfer enhancement, direct flame heating, continuous hot-dip galvanizingAbstract
Metallurgy is among the most energy intensive industries both in Russia and around the world. Heat treatment of cold–rolled steel is the most important process for applying a corrosion-resistant coating. The preferred use of continuous hot-dip galvanizing is due to a high output and full automation of this process.
The hot-dip galvanizing unit’s main energy-consuming part is the direct flame heating zone; the heat transfer enhancement in it should become the main line of efforts taken to improve the energy efficiency of the cold-rolled steel heating process.
Currently, the cold-rolled steel heating process is adjusted solely depending on the preset temperature of the metal at the exit from the direct flame heating zone. This process arrangement has a certain drawback: when a change occurs in the unit’s output, the heat transfer processes become less efficient, which entails an increase in heat losses and specific fuel consumption for heating of cold-rolled steel. The change in the unit’s output may be caused by a change in the type and speed of the semi-finished product to be processed.
The solutions for heat transfer enhancement in the direct flame heating zone should be elaborated on the basis of a comprehensive thermal model that would take into account all heat transfer processes in the furnace that occur between the metal, gases, and masonry. This thermal model makes it possible to calculate the temperatures of the metal processed, the atmosphere and the furnace masonry along the entire length of the direct flame heating zone, depending on the type of product, and the gas and air flowrates in the furnace zones.
Based on the developed and verified thermal model of the direct flame heating zone of the continuous hot-dip galvanizing unit, the existing thermal modes can be optimized in terms of fuel utilization efficiency.
The article describes how the furnace space of a continuous hot-dip galvanizing unit set is modeled with the aim to determine the convective heat transfer coefficients during the interaction of gas flow with the rolling strip.
References
2. Бавыкин М.А., Кирин А.Ю. Определение коэффициентов теплоотдачи при взаимодействии потока газа с полосой в зоне прямого пламенного нагрева агрегата непрерывного горячего цинкования // Материалы VIII Российской нац. конф. по теплообмену. М.: НИУ «МЭИ», 2022. Т. 2. С. 329—330
3. Бавыкин М.А., Губарев В.Я. Исследование конвективного теплообмена в секции прямого пламенного нагрева агрегата непрерывного горячего оцинкования // Радиоэлектроника, электротехника и энергетика: Тез. докл. XXIX Междунар. науч.-техн. конф. студентов и аспирантов. М.: ООО Центр полиграфических услуг «Радуга», 2023. С. 958.
4. Батурин О.В., Батурин Н.В., Матвеев В.Н. Расчет течений жидкости и газа с помощью универсального программного комплекса FLUENT. Самара: Изд-во Самарского гос. аэрокосмического ун-та, 2009.
5. Зиганшин А.М. Вычислительная гидродинамика. Постановка и решение задач в процессоре Fluent. Казань: Изд-во Казанского гос. архитектурно-строительного ун-та, 2013.
6. Черных А.А., Ярцев А.Г., Пешкова А.В. Процесс стационарного теплообмена в моделях с дисперсными включениями // Энергетика. Проблемы и перспективы развития: Сб. материалов IV Всерос. молодежной науч. конф. Тамбов: Изд-во Тамбовского гос. техн. ун-та, 2019. С. 63—64.
7. Равич М.Б. Топливо и эффективность его использования. М.: Наука, 1971.
8. Каюмова В.Э., Мухина Е.Ю. Анализ математических моделей многозонных протяжных печей // Символ науки. 2016. № 12—2. С. 69—71.
9. Рябчиков М.Ю., Самарина И.Г. Изучение режимов нагрева стальной полосы в протяжной печи башенного типа для светлого отжига // Новые материалы и технологии производства. 2013. № 1(73). С. 43—49.
10. Рябчиков М.Ю., Барков Д.С.-Х., Рябчикова Е.С. Управление нагревом металла в методических печах с учётом распределения внешних тепловых потерь по длине печи // Металлообработка. 2016. № 6(96). С. 38—47.
---
Для цитирования: Губарев В.Я., Бавыкин М.А., Кирин А.Ю. Определение коэффициентов конвективной теплоотдачи в зоне прямого пламенного нагрева агрегата непрерывного горячего цинкования // Вестник МЭИ. 2024. № 6. С. 76—82. DOI: 10.24160/1993-6982-2024-6-76-82
---
Конфликт интересов: авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов
#
1. Annikov M.V., Kirin A.Yu., Gubarev V.Ya. Analiz Teplovogo Balansa Kamery Bezokislitel'nogo Nagreva Agregata Nepreryvnogo Goryachego Tsinkovaniya. Shkola Molodykh Uchenykh: Sb. Materialov Oblastnogo Profil'nogo Seminara po Problemam Tekhnicheskikh Nauk. Lipetsk, 2020:20—23. (in Russian).
2. Bavykin M.A., Kirin A.Yu. Opredelenie Koeffitsientov Teplootdachi pri Vzaimodeystvii Potoka Gaza s Polosoy v Zone Pryamogo Plamennogo Nagreva Agregata Nepreryvnogo Goryachego Tsinkovaniya. Materialy VIII Rossiyskoy Nats. Konf. po Teploobmenu. M.: NIU «MEI», 2022;2:329—330(in Russian).
3. Bavykin M.A., Gubarev V.Ya. Issledovanie Konvektivnogo Teploobmena v Sektsii Pryamogo Plamennogo Nagreva Agregata Nepreryvnogo Goryachego Otsinkovaniya. Radioelektronika, Elektrotekhnika i Energetika: Tez. Dokl. XXIX Mezhdunar. Nauch.-tekhn. Konf. Studentov i Aspirantov. M.: OOO Tsentr Poligraficheskikh Uslug «Raduga», 2023:958. (in Russian).
4. Baturin O.V., Baturin N.V., Matveev V.N. Raschet Techeniy Zhidkosti i Gaza s Pomoshch'yu Universal'nogo Programmnogo Kompleksa FLUENT. Samara: Izd-vo Samarskogo Gos. Aerokosmicheskogo Un-ta, 2009. (in Russian).
5. Ziganshin A.M. Vychislitel'naya Gidrodinamika. Postanovka i Reshenie Zadach v Protsessore Fluent. Kazan': Izd-vo Kazanskogo Gos. Arkhitekturno-stroitel'nogo Un-ta, 2013. (in Russian).
6. Chernykh A.A., Yartsev A.G., Peshkova A.V. Protsess Statsionarnogo Teploobmena v Modelyakh s Dispersnymi Vklyucheniyami. Energetika. Problemy i Perspektivy Razvitiya: Sb. Materialov IV Vseros. Molodezhnoy Nauch. Konf. Tambov: Izd-vo Tambovskogo Gos. Tekhn. Un-ta, 2019:63—64. (in Russian).
7. Ravich M.B. Toplivo i Effektivnost' Ego Ispol'zovaniya. M.: Nauka, 1971. (in Russian).
8. Kayumova V.E., Mukhina E.Yu. Analiz Matematicheskikh Modeley Mnogozonnykh Protyazhnykh Pechey. Simvol Nauki. 2016;12—2:69—71. (in Russian).
9. Ryabchikov M.Yu., Samarina I.G. Izuchenie Rezhimov Nagreva Stal'noy Polosy v Protyazhnoy Pechi Bashennogo Tipa dlya Svetlogo Otzhiga. Novye Materialy i Tekhnologii Proizvodstva. 2013;1(73):43—49. (in Russian).
10. Ryabchikov M.Yu., Barkov D.S.-Kh., Ryabchikova E.S. Upravlenie Nagrevom Metalla v Metodicheskikh Pechakh s Uchetom Raspredeleniya Vneshnikh Teplovykh Poter' po Dline Pechi. Metalloobrabotka. 2016;6(96):38—47. (in Russian)
---
For citation: Gubarev V.Ya., Bavykin M.A., Kirin A.Yu. Determination of Convective Heat Transfer Coefficients in the Direct Flame Heating Zone of a Continuous Hot-dip Galvanizing Unit. Bulletin of MPEI. 2024;6:76—82. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2024-6-76-82.
---
Conflict of interests: the authors declare no conflict of interest
