Определение времени нагрева металла в методической зоне

Находим степень черноты дымовых газов  при средней температуре =0, 5(1300+1050)=1175^оС.

 

Парциальное давление СО₂ и Н₂О равно:

 

 кПа;

 кПа;

 кПа^.м;

кПа^.м.

 

Находим

 

; ; .

 

Тогда

 

.

 

Приведенная степень черноты рассматриваемой системы равна

 

 ;

,

 

степень черноты металла принята равной =0, 8.

Определяем средний по длине методической зоны коэффициент теплоотдачи излучением

 

 

 Вт/(м^2.К)

 

Определяем температурный критерий  и критерий :

 

;

.

 

Для углеродистой стали при средней по массе температуре металла

 

^оС.

 

Критерий Фурье =1, 4, тогда время нагрева металла в методической зоне печи равно

 

с (0, 452 ч).

 

Находим температуру центра сляба при =1, 4, =0, 341, температурный критерий =0, 68:

 

^оС.

 

2.2.2 Определение времени нагрева металла в I сварочной зоне

Находим степень черноты дымовых газов при =1300^оС:

 

 кПа;  кПа;

 кПа^.м;

 кПа^.м.

 

Приведенная степень черноты I сварочной зоны равна

 

;

 Вт(м^2.К ).

Находим среднюю по сечению температуру металла в начале I сварочной (в конце методической) зоны

 

^оС.

 

Находим температурный критерий для поверхности слябов

 

.

 

Так как при средней температуре металла ^оС теплопроводность углеродистой стали равна =29, 3 Вт/(м^.К), а коэффициент температуропроводности  м²/с, то

 

.

 

Время нагрева в I сварочной зоне

 

с (0, 881 ч).

 

Определяем температуру в центре сляба в конце I сварочной зоны при значениях =0, 934, =1, 2, =0, 53

 

^оС.

 

Определение времени нагрева металла во II сварочной зоне

Находим степень черноты дымовых газов при =1350^оС.

 

 кПа;  кПа;

 кПа^.м;

 кПа^.м.

 

Приведенная степень черноты II сварочной зоны равна

 

;

 Вт/(м^2.К)

 

Средняя температура металла в начале II сварочной зоны равна

 

^оС.

 

Температурный критерий для поверхности слябов в конце II сварочной зоны равен

 

.

 

При средней температуре металла

 

^оС =28, 2 Вт/(м^.К),  м²/с.

 

Тогда

 

.

 

Время нагрева металла во II сварочной зоне равно

 

с (0, 727 ч).

 

Температура центра сляба в конце II сварочной зоны при значениях =1, 61, =1, 1, =0, 4.

 

^оС.

Определение времени томления металла

 

Перепад температур по толщине металла в начале томильной зоны составляет ^о. Допустимый перепад температур в конце нагрева составляет ^о.

Степень выравнивания температур равна

 

 

При коэффициенте несимметричности нагрева, равном =0, 55 критерий =0, 58, для томильной зоны.

При средней температуре металла в томильной зоне ^оС, =29, 6 Вт/(м^.К) и  м²/с.

Время томления

 

с (0, 383 ч).

 

Полное пребывание металла в печи равно

 

с (2, 44 ч).

 

Определение основных размеров печи

 

Для обеспечения производительности 72, 22 кг/с в печи должно одновременно находиться следующее количество металла

 

 кг.

 

Масса одной заготовки равна

 

 кг.

 

Количество заготовок, одновременно находящихся в печи

 

 шт.

 

При однорядном расположении заготовок общая длина печи

 

 м.

 

По ширине печи =10, 9 м

 

 м².

 

Длину печи разбиваем на зоны пропорционально времени нагрева металла в каждой зоне.

Длина методической зоны

 

 м.

 

Длина I сварочной зоны

 

 м.

 

Длина II сварочной зоны

 

 м.

 

Длина томильной зоны

 

 м.

 

В рассматриваемом случае принята безударная выдача слябов из печи. В противном случае длину томильной зоны следует увеличить на длину склиза =1, 5 м.

Свод печи выполняем подвесного типа из каолинового кирпича толщиной 300 мм. Стены имеют толщину 460 мм, причем слой шамота составляет 345 мм, а слой изоляции (диатомитовый кирпич), 115 мм. Под томильной зоны выполняем трехслойным: тальковый кирпич 230 мм, шамот 230 мм и тепловая изоляция (диатомитовый кирпич) 115 мм.

 

Тепловой баланс

Приход тепла

1. Тепло от горения топлива

 

В кВт,

 

здесь В – расход топлива, м³/с, при нормальных условиях.

 

2. Тепло, вносимое подогретым воздухом

 

В кВт.

 

3. Тепло экзотермических реакций (принимая, что угар металла составляет 1 %) 

 

 кВт.

 

Расход тепла

1. Тепло, затраченное на нагрев металла

 

 кВт,

 

где =838 кДж/кг – энтальпия углеродистой стали при ^оС; =9, 72 кДж/кг – то же, при ^оС.

 

2. Тепло, уносимое уходящими дымовыми газами

 

В кВт.

 

Энтальпию продуктов сгорания находим при температуре =1050^оС

 

^{___________________________________}

=1622, 35 кДж/м³

 

3. Потери тепла теплопроводностью через кладку.

Потерями тепла через под в данном примере пренебрегаем.

Рассчитываем только потери тепла через свод и стены печи.

 

Потери тепла через свод

Площадь свода принимаем равной площади пода 396, 76 м²; толщина свода 0, 3 м, материал каолин. Принимаем, что температура внутренней поверхности свода равна средней по длине печи температуре газов, которая равна

 

^оС.

 

Если считать температуру окружающей среды равной =30^оС, то температуру поверхности однослойного свода можно принять равной =340^оС.

При средней по толщине температуре свода ^оС коэффициент теплопроводности каолина  Вт/(м^.К).

Тогда потери тепла через свод печи будут равны

 

 кВт,

где  Вт/(м^2.К).

 

Потери тепла через стены печи

Стены печи состоят из слоя шамота толщиной =0, 345 м и слоя диатомита, толщиной =0, 115 м.

Наружная поверхность стен равна:

методическая зона

 

 м²;

 

I сварочная зона

 

 м²;

 

II сварочная зона

 

 м²;

 

томильная зона

 

 м²;

 

торцы печи

 

 м².

 

Полная площадь стен равна

 

 м².

 

Для вычисления коэффициентов теплопроводности, зависящих от температуры, необходимо найти среднее значение температуры слоев. Средняя температура слоя шамота равна , а слоя диатомита , где – температура на границе раздела слоев, ^оС;  – температура наружной поверхности стен, которую можно принять равной 160^оС. Коэффициент теплопроводности шамота

 

, Вт/(м^.К).

 

Коэффициент теплопроводности диатомита

 

, Вт/(м^.К).

 

В стационарном режиме

 

.

 

Подставляя значения коэффициентов теплопроводности

 

 

или

 

.

 

Решение этого квадратичного уравнения дает значение

 

=728, 8^оС.

 

Тогда

 

^оС,

^оС.

 

Окончательно получаем

 

 Вт/(м^.К).

 Вт/(м^.К).

 

Количество тепла, теряемое теплопроводностью через стены печи, равно

 

 кВт,

где  Вт/(м^2.К).

 

Общее количество тепла, теряемое теплопроводностью через кладку

 

 кВт.

 

4. Потери тепла с охлаждающей водой по практическим данным принимаем равными 10 % от тепла, вносимого топливом и воздухом

 

В кВт.

 

5. Неучтенные потери определяем по формуле

 

В кВт.

 

Уравнение теплового баланса

 

.

 

Откуда

=5, 46 м³/с.

 

Результаты расчетов заносим в таблицу

 

Таблица 1. Тепловой баланс методической печи

Статья прихода	кВт (%)	Статья расхода	кВт (%)
Тепло от горения топлива........ Физическое тепло воздуха........ Тепло экзотермических реакций........ _____________________ Итого:	114114 (83, 82)   17948, 06 (13, 18)     4080 (3, 00) ________________________ 136142, 06 (100, 0)	Тепло на нагрев металла......... Тепло, уносимое уходящими газами Потери тепла теплопроводностью через кладку..... Потери тепла с охлаждающей водой........... Неучтенные потери __________________________ Итого:	59820, 2 (43, 94)   56602, 83 (41, 16)     3908, 5 (2, 87)     13206, 16 (9, 70) 2604, 43 (2, 33) ________________________ 136142, 06 (100, 0)

 

Удельный расход тепла на нагрев 1 кг металла

 

 кДж/кг.

 

⇐ Предыдущая1234Следующая ⇒

Поделиться: