1) с набивкой огнеупорной массы между шипами, приваренными непосредственно к трубам;
2) с набивными блоками (рисунок 9, а);
3) со сборными блоками из керамических сегментов (рисунок 9, б).
Потери тепла с охлаждающей водой при использовании набивной на шипы изоляции по сравнению с потерями при неизолированной трубе снижаются в 2 – 3 раза, а при навесной изоляции из сегментов или блоков потери удается снизить в 4,6 – 6,3 раза. Значительная разница в эффективности изоляции объясняется тем, что набивная на шипы изоляция из-за большей массы металла в ней характеризуется значительно более высокой, чем блочная изоляция, средней теплопроводностью.
Промышленная проверка срока службы блочной изоляции показала, что для большинства печей, отапливаемых газом, где температура под металлом не превышает 1375о вполне применимы для изоляции подовых труб набивные и сборные шамотные блоки, срок службы которых в указанных условиях составляет от 9 месяцев (в области повышенных температур) до 2 лет (в области пониженных температур).
В печах, отапливаемых мазутом, где температура под металлом достигает 1500о, хорошие результаты показали набивные блоки, изготовленные из магнезитовой (магнезитохромитовой) массы, срок службы которых составляет более 9 месяцев.
а – набивные блоки; б – сборные блоки
Рисунок 9 – Изоляция глиссажных труб
Опыт изоляции труб промышленных печей показал, что при наличии готовых блоков нанесение изоляции по всей печи занимает 5 – 8 часов. После нанесения изоляции печь сразу же может быть поставлена на разогрев по обычному графику.
Следует подчеркнуть, что кроме отмеченного выше значительного снижения потерь тепла с охлаждающей водой, нанесение изоляции на трубы в печи сопровождается, как правило, повышением температур на 150 – 200о, что существенно улучшает условия теплообмена металла с печными газами.
2 Методика расчета
Рассчитать пятизонную методическую печь с нижним обогревом производительностью =72,22 кг/с (260 т/ч) для нагрева слябов сечением 2101400 мм и длиной 10500 мм. Конечная температура поверхности металла =1250оС. Перепад температур по сечению сляба в конце нагрева =50оС. Материал слябов – сталь 35. Топливо – смесь природного и доменного газов с теплотой сгорания =20,9 МДж/м3. воздух подогревается в керамическом блочном рекуператоре до =450оС.
Расчет пламенной печи выполняется в следующей последовательности:
1) расчет горения топлива;
2) определение времени нагрева;
3) определение основных размеров печи;
4) составление теплового баланса, определение расхода топлива;
5) расчет вспомогательного оборудования: рекуператоров, горелок и т. п..
2.1 Расчет горения топлива
Состав исходных газов, %: доменный газ – 10,5 СО2; 28 СО; 0,3 СН4; 2,7 Н2; 58,5 N2; природный газ – 98 СН4; 2N2.
Принимая содержание влаги в газах равным =30 г/м3 получим следующий состав влажных газов, %: доменный газ – 10,1 СО2; 27,0 СО; 0,288 СН4; 56,49 N2; 3,59 Н2О;2,532 Н2; природный газ – 94,482 СН4; 1,928 N2; 3,59 Н2О.
Теплота сгорания газов
кДж/м3 МДж/м3;
кДж/м3 МДж/м3.
По формуле
,
находим состав смешанного газа, %: 4,63 СО; 12,40 СО; 51,21 СН; 1,16 Н; 27,02 N; 3,58НО.
Расход кислорода для сжигания смешанного газа рассматриваемого состава при п=1 равен
м3/м3.
Расход воздуха при п=1,05
м3/м3.
Состав продуктов сгорания находим по формулам
м3/м3,
м3/м3,
м3/м3,
м3/м3.
Суммарный объем продуктов сгорания равен
м3/м3.
Процентный состав продуктов сгорания
%; %;
%; %;
Правильность расчета проверяем составлением материального баланса.
Поступило, кг: Получено продуктов сгорания, кг:
Газ:
______________________________
Всего 8,007
Невязка 0,0166 кг
___________________________________
Всего 0,9802
Воздух
___________________________________
Итого 8,0236
Для определения калориметрической температуры горения необходимо найти энтальпию продуктов сгорания
кДж/м3.
Здесь =602,05 кДж/м3 – энтальпия воздуха при =450оС.
При температуре =2200оС энтальпия продуктов сгорания равна
кДж/м3.
При =2300оС
кДж/м3.
По формуле находим
оС.
Приняв пирометрический коэффициент равным =0,75, находим действительную температуру горения топлива
оС.
2.2 Время нагрева металла
Температуру уходящих из печи дымовых газов принимаем равной =1050оС; температуру печи в томильной зоне на 50о выше температуры нагрева металла, т. е. 1300оС.распределение температур по длине печи представлено на рисунке 10.
Рисунок 10 – Распределение температур по длине методической печи
Поскольку основным назначением методической зоны является медленный нагрев металла до состояния пластичности, то температура в центре металла при переходе из методической в сварочную зону должна быть порядкам 400 – 500оС.
Разность температур между поверхностью и серединой заготовки для методической зоны печей прокатного производства можно принять равной (700 – 800), где – прогреваемая (расчетная) толщина. В рассматриваемом случае двустороннего нагрева м и, следовательно, оС, т. е. следует принять температуру поверхности сляба в конце методической зоны, равной 500оС.
Определяем ориентировочные размеры печи. При однорядном расположении заготовок ширина печи будет равна
м.
Здесь а=0,2 м – зазоры между слябами и стенками печи.
Высоту печи принимаем равной: в томильной зоне 1,65 м, в сварочной 2,8 м, в методической зоне 1,6 м.
Находим степени развития кладки (на 1 м длины печи) для:
методической зоны ;
сварочной зоны ;
томильной зоны .
Определим эффективную длину луча
;
методическая зона
м;
сварочная зона
м;
томильная зона
м;
2.2.1 Определение времени нагрева металла в методической зоне
Находим степень черноты дымовых газов при средней температуре =0,5(1300+1050)=1175оС.
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/(м2.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 =1300оС:
кПа; кПа;
кПа.м;
кПа.м.
Приведенная степень черноты I сварочной зоны равна
;
Вт(м2.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.
2.2.3 Определение времени нагрева металла во II сварочной зоне
Находим степень черноты дымовых газов при =1350оС.
кПа; кПа;
кПа.м;
кПа.м.
Приведенная степень черноты II сварочной зоны равна
;
Вт/(м2.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
