IMPROVED MATHEMATICAL MODEL OF SLAB HEATING IN A WALKING BEAM FURNACE
DOI:
https://doi.org/10.32339/0135-5910-2026-4-24-32Keywords:
mathematical simulation, slab heating, walking beam furnace, riders, three-dimensional problem of thermal conductivity, boundary conditionAbstract
Heating of slabs in walking beam furnaces is an integral part of modern sheet metal production. The combination of movable and stationary beams in these furnaces is used to accommodate and transport the slabs, and the beams are typically cooled with water or steam-water mixture. Having a number of significant advantages over other heating furnaces, the walking beam furnaces have a number of disadvantages, which include the so-called “cold spots” on the lower surface of slabs, arising from the fact that these areas are partially shielded by the beams from the radiation of the elements of the furnace working space, and partially – in contact with them through the so-called riders, made of heat-resistant and wear-resistant steel. Since the study of temperature fields of slabs and beams is difficult in industrial conditions, the most flexible tool for this is mathematical modeling. In this paper, a previously developed mathematical model for slab heating in a walking beam furnace, which takes into account the thermal effect of the beams on the slab's lower surface, is improved by separating the effects of beam shielding of the slab's lower surface (depending on the beam width) and rider heat exchange (depending on the rider size and material). Calculations were performed, and temperature fields and temperature drop values were obtained for slab heated in a furnace with 140 mm wide beams, for three rider options: А) 50 mm wide (75°); Б) the width of the entire beam (145°); В) no rider (2°). Option А, which takes into account the presence of a rider and its width difference from the beam width, yielded realistic temperature drop values close to those obtained experimentally.
References
Гусовский В. Л., Лифшиц А. Е. Методики расчета нагревательных и термических печей: учебно-справочное издание. — М.: Теплотехник, 2004. — 400 с.
Башкатов Д. А., Дождиков В. И., Мордовкин Д. С., Чмырев И. Н. Влияние опорной системы печей с шагающими балками на особенности теплового состояния нагреваемых слябов // Черная металлургия. Бюллетень научно-технической и экономической информации. 2016. № 11. С. 63–66.
ГОСТ 27881–88. Печи с шагающим подом и печи с шагающими балками для нагрева черных металлов. Удельный расход энергии. — М.: Стандартинформ, 2006. — 7 с.
Арутюнов В. А., Бухмиров В. В., Крупенников С. А. Математическое моделирование тепловой работы промышленных печей. — М.: Металлургия, 1990. — 239 с.
Tang G., Wu B., Wang Y. etc. CFD modeling and validation of a dynamic slab heating process in an industrial walking beam reheating furnace // Applied Thermal Engineering. 2018. V. 132. P. 779–789. DOI: 10.1016/j.applthermaleng.2018.01.017.
Mayr B., Prieler R., Demuth M. etc. CFD analysis of a pusher type reheating furnace and the billet heating char-acteristic // Applied Thermal Engineering. 2017. V. 115. P. 986–994. DOI: 10.1016/j.applthermaleng.2017.01.028.
Тимошпольский В. И., Трусова И. А., Менделеев Д. В., Ратников П. Э. Анализ методов математического моделирования процессов теплообмена в промышленных печах для нагрева металла // Литье и металлургия. 2012. Т. 2, № 65. С. 102–107. EDN: SKENXB.
Singh V. K., Talukdar P. Comparisons of different heat transfer models of a walking beam type reheat furnace // International Communications in Heat and Mass Transfer. 2013. V. 47. P. 20–26. DOI: 10.1016/j.icheatmasstransfer.2013.06.004.
Беленький А. М., Богатова М. Ж., Чибизова С. И. Статистическое моделирование нагрева металла в печах с шагающими балками // Черные металлы. 2021. № 8. С. 32–37. EDN: OJNWWD.
Богатова М. Ж., Чибизова С. И. Статистическое моделирование температурных режимов работы нагре-вательных печей листовых станов горячей прокатки // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия. 2021. Т. 64, № 5. С. 374–381. EDN: QRUXMQ.
Левицкий И. А. Линейная задача теплопроводности для тел правильной формы при граничных условиях третьего рода // Черные металлы. 2019. № 10. С. 67–72. EDN: VCFGDM.
Курносов В. В., Левицкий И. А., Прибытков И. А. Исследование нагрева массивных заготовок с различ-ными скоростями в печах периодического действия // Известия высших учебных заведений. Черная металлур-гия. 2012. № 9. С. 27–31. EDN: QCIPNP.
Варгин А. В., Левицкий И. А. Эффективный алгоритм численного решения трехмерной задачи теплопро-водности // Computational Nanotechnology. 2023. Т. 10, № 4. С. 56–62. EDN: HNVSWA.
Беленький А. М., Бурсин А. Н., Левицкий И. А. и др. Структура математической модели тепловой работы методической печи с шагающими балками // Энергоэффективные и ресурсосберегающие технологии в промышленности: труды IX Международной научно-практической конференции. — М.: МИСиС, 2018. С. 60–70.
Дружинин Г. М., Самойлович Ю. А., Попов Е. В. Способы снижения термической неоднородности мас-сивных стальных слябов при нагреве в методических нагревательных печах // Известия высших учебных заве-дений. Черная металлургия. 2013. № 7. С. 27–32. EDN: RBCRJD.
Тимошпольский В. И., Самойлович Ю. А., Мандель Н. Л., Савань П. В. Тепловой режим шагающих балок в нагревательных печах современной конструкции // Металлургия: республиканский межведомственный сбор-ник научных трудов / под ред. В. И. Тимошпольского. — Минск: Вышэйшая школа, 2005. Вып. 29. С. 22–31.
Абдукодиров И. Б., Варгин А. В., Левицкий И. А. Математическая модель нагрева сляба в печи с шагающими балками // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия. 2023. Т. 66, № 1. С. 112–118. EDN: ODNVFU.
Варгин А. В., Левицкий И. А. Математическое моделирование нагрева сляба в печи с шагающими балками с учетом их кривизны // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия. 2024. Т. 67, № 3. С. 369–376. EDN: FBDHZU.
Downloads
Published
Issue
Section
License
Copyright (c) 2026 ЧЕРНАЯ МЕТАЛЛУРГИЯ. Бюллетень научно-технической и экономической информации
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International License.
