Analysis of the internal state of the blast furnace is necessary to predict and to control the operating conditions. Especially, it is important to develop models of the blast furnace to predict the cohesive zone because shape of the cohesive zone influences overall operating conditions of blast furnace such as gas flow, chemical reactions and temperature. Because many previous blast furnace models have assumed cohesive zone to be fixed, it was not possible to evaluate the shape change of cohesive zone in relation with operating conditions such as PCR, blast condition, and production rate. In this study, an axi-symmetric 2-dimensional steady state model is proposed to simulate blast furnace processes. In this model, cohesive zone is determined by the solid temperature. Finite volume method is employed for numerical simulation. To find location of the cohesive zone, entire calculation procedure is iterated until converged. Through this approach, shape of the cohesive zone, velocity and temperature within the furnace are predicted from the model.
In this study, first, we show that the furnace process which requires maintaining high temperature is effected grievously by the temperature of surrounding air. Second, an alternative which maintains the relatively constant temperature dispersion surrounding the furnace and at the same time has economical advantages will be proposed.
In this paper, the optimal heating pattern of the furnace is sought to reduce the unnecessary energy loss. A finite difference method was used to estimate the transient temperature field of the billet in a furnace. Heat conduction equations were used in the interior nodes of the billet, while energy balances for conduction, convection, and radiation were considered in the boundary nodes. Several heating patterns for the furnace were tested and subsequently compared each other. The results showed that the temperature in the preheating zone should be set to relatively low. The temperature distributions of the billet are quite different from each other when different heating pattern are used, even though the heating patterns have the same amount of energy consumption. It reveals that there exists an optimal heating pattern to save the energy loss.
International Journal of Control, Automation, and Systems
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v.5
no.1
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pp.43-50
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2007
Reheating furnace is an essential facility of a rod mill plant where a billet is heated to the required rolling temperature so that it can be milled to produce wire. Although it is very important to obtain information on billet temperatures, it is not feasible during furnace operation. Consequently, a billet temperature profile should be estimated. Moreover, this estimation should be done within an appropriate time interval for an on-line application. In this paper, a billet heat transfer model based on 2D FEM(Finite Element Method) with spatially distributed emission factors is proposed for an on-line billet temperature estimation and also a measurement is carried out for two extremely different furnace operation patterns. Finally, the difference between the model outputs and the measurements is minimized by using a new optimization algorithm named uDEAS(Univariate Dynamic Encoding Algorithm for Searches) with multi-step tuning strategy. The obtained emission factors are applied to a simulation for the data which are not used in the model tuning for validation.
Reheating furnace is a facility of heating up the billet to desired high temperature in the hot charge rolling process and it consists of 3 zones. Temperature control of reheating furnace is essential for successful rolling performance and high productivity. Mostly, temperature control is carried out using PID controller However, the PID control is not effective due to the nonlinearity of the reheating furnace(i.e, presence of the interference of neighboring zones and slow response of temperature etc.). In this paper, feedback linearization method is applied to obtain a linear model of the reheating furnace. Then, controller is designed using simple predictive control method. The effectiveness of this strategy is shown through simulations.
Because the reheating furnace consumes a large amount of energy to heat up the slabs, it is very important to find an optimal temperature patterns in the furnace for energy saving as well as uniform target temperature at the exit of the furnace. In this study, the temperature profiles in the slab are determined by solving the transient one-dimensional heat conduction equation in conjunction with boundary conditions with total heat exchange factors. The optimal temperature patterns are obtained to minimize the fuel consumption with satisfying the predetermined constraint conditions. The design optimization is performed by using a genetic algorithm and the optimal results are validated with results obtained from the PIDO tool, called as P.I.A.n.O.
A horizontal tube furnace with a wide uniform-temperature zone was developed using isothermal characteristics of a heat pipe. The heat pipe heating system consists of a concentric annular shaped stainless-steel container, sodium as a working fluid and a screen mesh wick structure. The performance test of the heat pipe revealed that temperature changes along seven consecutive positions of the heat pipe outer wall were less than${\pm}0.1^{\circ}C$, thereby ensuring the high isothermal property. The isothermal property of the heat pipe-adapted tube fumace was investigated and compared to a conventional non-heat pipe type tube furnace. The temperature distribution measurement showed that the uniform temperature zone, in which temperature change is less than${\pm}$1$^{\circ}$C, of the heat pipe employed tube furnace system was about three times longer compared to the conventional tube furnace system.
We applied a DCS which was developed in Korea to test furnace. Test furnace is a pilot-scale plant made for finding combustion in firing coal. In this paper, we describe control system which was implemented in test furnace in detail. Finally, we describe the fire box temperature control loop, and show fire box temperature control result during commissioning stage using implemented control system.
Li Zhen-Zhe;Park Mee-Young;Byun Yung-Hwan;Lee Chang-Jin;Lee Jae-Woo
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.30
no.6
s.249
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pp.594-601
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2006
Optimization study has been carried out to design an energy efficient, high temperature vacuum furnace which satisfies users' design requirements. First of all, the transient temperature distribution and the uniform temperature zone results have been compared with the steady state results to validate the feasibility of using steady state solution when constructing the thermal analysis DB. In order to check the accuracy, the interpolated results using thermal analysis DB have been compared with the computational and the experimental results. In this study, total heat flux is selected as the objective function, and the geometry parameters of vacuum furnace including the thickness of insulator, the heat zone sizes and the interval between heater and insulator are the design variables. The Uniform temperature zone sizes and the wall temperature are imposed as the design constraints. With negligible computational cost a high temperature vacuum furnace which has $40\sim60%$ reduction in total heat flux is designed using thermal analysis DB.
The oxy-fuel combustion heating characteristics is investigated experimentally by measuring furnace and steel temperature variations for batch type furnace simulator with a specially designed low NOx oxy-fuel burner. Economics of using oxy-fuel combustion is confirmed and, the furnace and steel temperature variations for different heating conditions are compared to deduce optimal heating control pattern for energy savings and rapid uniform heating. High $CO_2$ concentration (> 80-90%), low NOx (< 40ppm) and CO (< 10ppm) are measured in the flue gas. Temperature differences (< $30^{circ}C$) inside the furnace and steel are reduced relatively by increasing the burner jet momentum.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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