Simulation of Thermal Processes in the Direct Flame Heating Zone of a Continuous Hot-dip Galvanizing Unit
Abstract
The direct flame heating zone in continuous operation furnaces is one of the main consumers of energy resources at metallurgical enterprises. Currently, the steel heating process in continuous operation furnaces is regulated by the zone-wise method. The main control parameter is the preset metal temperature at the zone exit. Under these conditions, when the performance of the unit changes due to a deterioration in heating efficiency, heat losses and specific fuel consumption for steel heating increase.
The heat transfer in the direct flame heating zone should be intensified on the basis of a comprehensive thermal model that takes into account all heat transfer processes in the furnace that occur between metal, gases, and lining. By using this thermal model, it is possible to calculate the temperatures of the metal processed, the atmosphere, and the furnace lining along the entire furnace length, depending on the type of metal produced, gas and air flowrates.
The article describes the process of developing a comprehensive thermal model of the recovery zone and the direct flame heating zone in a continuous hot-dip galvanizing unit, which has been verified against 23 existing operating modes of the unit.
In the final work, the existing thermal modes will be optimized in terms of fuel efficiency based on the developed and verified thermal model of the continuous hot galvanizing unit’s direct flame heating zone.
References
2. Annikov M.V., Kirin A.Yu., Gubarev V.Y. Investigation of the Influence of the Flow Turbulence System on the Heat Transfer in the Recuperator Tube // Proc. III Intern. Conf. Control Systems, Mathematical Modeling, Automation and Energy Efficiency. Lipetsk, 2021.
3. Каюмова В.Э., Мухина Е.Ю. Анализ математических моделей многозонных протяжных печей // Символ науки. 2016. № 12-2. С. 69—71.
4. 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.
5. Бавыкин М.А., Кирин А.Ю. Определение коэффициентов теплоотдачи при взаимодействии потока газа с полосой в зоне прямого пламенного нагрева агрегата непрерывного горячего цинкования // РНКТ-8: Материалы VIII Российской национ. конф. по теплообмену. Москва: НИУ «МЭИ», 2022. Т. 2. С. 329—330.
6. Бавыкин М.А., Губарев В.Я. Исследование конвективного теплообмена в секции прямого пламенного нагрева агрегата непрерывного горячего оцинкования // Радиоэлектроника, электротехника и энергетика: Тезисы докл. XXIX Междунар. науч.-техн. конф. студентов и аспирантов. М.: ООО Центр полиграфических услуг «Радуга», 2023. С. 958.
7. Равич М.Б. Топливо и эффективность его использования. М.: Наука, 1971.
8. Варгафтик Н.Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей. М.: Наука, 1972.
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., Кирин А.Ю. Моделирование тепловых процессов в зоне прямого пламенного нагрева агрегата непрерывного горячего цинкования // Вестник МЭИ. 2025. № 1. С. 110—118. DOI: 10.24160/1993-6982-2025-1-110-118
---
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: Sbornik Materialov Oblastnogo Profil'nogo Seminara. Lipetsk, 2020:20—23. (in Russian).
2. Annikov M.V., Kirin A.Yu., Gubarev V.Y. Investigation of the Influence of the Flow Turbulence System on the Heat Transfer in the Recuperator Tube. Proc. III Intern. Conf. Control Systems, Mathematical Modeling, Automation and Energy Efficiency. Lipetsk, 2021.
3. Kayumova V.E., Mukhina E.Yu. Analiz Matematicheskikh Modeley Mnogozonnykh Protyazhnykh Pechey. Simvol Nauki. 2016;12-2:69—71. (in Russian).
4. Gubarev V.Ya., Bavykin M.A., Kirin A.Yu. Opredelenie Koeffitsientov Konvektivnoy Teplootdachi v Zone Pryamogo Plamennogo Nagreva Agregata Nepreryvnogo Goryachego Tsinkovaniya. Vestnik MEI. 2024;6:76—82. (in Russian).
5. Bavykin M.A., Kirin A.Yu. Opredelenie Koeffitsientov Teplootdachi pri Vzaimodeystvii Potoka Gaza s Polosoy v Zone Pryamogo Plamennogo Nagreva Agregata Nepreryvnogo Goryachego Tsinkovaniya. RNKT-8: Materialy VIII Rossiyskoy Natsion. Konf. po Teploobmenu. Moskva: NIU «MEI», 2022;2:329—330. (in Russian).
6. Bavykin M.A., Gubarev V.Ya. Issledovanie Konvektivnogo Teploobmena v Sektsii Pryamogo Plamennogo Nagreva Agregata Nepreryvnogo Goryachego Otsinkovaniya. Radioelektronika, Elektrotekhnika i Energetika: Tezisy Dokl. XXIX Mezhdunar. Nauch.-tekhn. Konf. Studentov i Aspirantov. M.: OOO Tsentr Poligraficheskikh Uslug «Raduga», 2023:958. (in Russian).
7. Ravich M.B. Toplivo i Effektivnost' Ego Ispol'zovaniya. M.: Nauka, 1971. (in Russian).
8. Vargaftik N.B. Spravochnik po Teplofizicheskim Svoystvam Gazov i Zhidkostey. M.: Nauka, 1972. (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., Kirin A.Yu. Simulation of Thermal Processes in the Direct Flame Heating Zone of a Continuous Hot-dip Galvanizing Unit. Bulletin of MPEI. 2025;1:110—118. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2025-1-110-118
---
Conflict of interests: the authors declare no conflict of interest
