Конструкция, методика расчёта толкательных методических печей

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.


2.2.4 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).


2.3 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.

2.4 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 =1050оС

     ___________________________________

    =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 =30оС, то температуру поверхности однослойного свода можно принять равной =340оС.

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

Тогда потери тепла через свод печи будут равны

 кВт,


где  Вт/(м2.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 160оС.

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


=728,8оС.


Тогда


оС,


оС.


Окончательно получаем


 Вт/(м.К).


 Вт/(м.К).


Количество тепла, теряемое теплопроводностью через стены печи, равно


 кВт,


где  Вт/(м2.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.


2.5 Расчет рекуператора для подогрева воздуха


Исходные данные для расчета: на входе в рекуператор =0оС, на выходе =450оС. Температура дыма на входе в рекуператор =1050оС. Расход газа на отопление печи =5,46 м3/с. Расход воздуха на горение топлива  м3/с. Количество дымовых газов на входе в рекуператор  м3/с. Состав дымовых газов 10,6 % СО2; 16,8 % Н2О; 0,8 % О2 и 71,8 % N2.

Выбираем керамический блочный рекуператор. Материал блоков – шамот, марка кирпича Б-4 и Б-6. Величину утечки воздуха в дымовые каналы принимаем равной 10 %. Тогда в рекуператор необходимо подать следующее количество воздуха 29,8/0,9=33,1 м3/с.


Количество потерянного в рекуператоре воздуха


 м3/с.


Среднее количество воздуха


 м3/с.


Количество дымовых газов, покидающих рекуператор (с учетом утечки воздуха) равно


 м3/с.


Среднее количество дымовых газов


 м3/с.


Зададим температуру дымовых газов на выходе из рекуператора =650оС. При этой температуре теплоемкость дымовых газов

        

,

      _____________________________

    =1462 кДж/(м3.К)


Теплоемкость дыма на входе в рекуператор (=1050оС)


      _____________________________

    =1,538 кДж/(м3.К)


Теперь  , где =1,3583 кДж/(м3.К) – теплоемкость воздуха при =650оС.

Решая это уравнение относительно , получим =651,3оС651оС.

В принятой конструкции рекуператора схема движения теплоносителей – перекрестный ток. Определяем среднелогарифмическую разность температур для противоточной схемы движения теплоносителей


;


о.


Найдя поправочные коэффициенты


  и  ,


, тогда оС.


Для определения суммарного коэффициента теплопередачи примем среднюю скорость движения дымовых газов =1,2 м/с, среднюю скорость движения воздуха =1,5 м/с.

Учитывая, что эквивалентный диаметр воздушных каналов равен =0,055 м =55 мм, находим значение коэффициента теплоотдачи конвекцией на воздушной стороне


=14 Вт/(м2.К).


Учитывая шероховатость стен, получим

 Вт/(м2.К).


Коэффициент теплоотдачи на дымовой стороне находим по формуле


.


Учитывая, что гидравлический диаметр канала, по которому движутся дымовые газы равен =0,21 м, находим коэффициент теплоотдачи конвекцией на дымовой стороне


=6,4 Вт/(м2.К),


или с учетом шероховатости стен


 Вт(м2.К).


Величину коэффициента теплоотдачи излучением на дымовой стороне определяем для средней температуры дымовых газов в рекуператоре, равной оС.

Среднюю температуру стенок рекуператора принимаем равной


оС.


Эффективная длина луча в канале равна


 м.


При =850,5оС находим


=0,05;   =0,035;   =1,06.


.


При =537,75оС


.


Учитывая, что при степени черноты стен рекуператора , их эффективная степень черноты равна , находим коэффициент теплоотдачи излучением


Вт/(м2.К).


Суммарный коэффициент теплоотдачи на дымовой стороне равен


 Вт/(м2.К).


При температуре стенки =537,75оС коэффициент теплопроводности шамота равен


 Вт/(м.К)


С учетом толщины стенки элемента рекуператора =0,019 м находим суммарный коэффициент теплопередачи по формуле


 Вт/(м2.К),


где  и – соответственно основная поверхность теплообмена и оребренная, м2.

При


 Вт/(м2.К).


Определяем поверхность нагрева и основные размеры рекуператора. Количество тепла, передаваемого через поверхность теплообмена, равно



 кВт.


По следующей формуле находим величину поверхности нагрева рекуператора



 м2.


Так как удельная поверхность нагрева рекуператора, выполненного из кирпичей Б=4 и Б=6, равна =10,3 м2/м3, можно найти объем рекуператора


 м3.


Необходимая площадь сечений для прохода дыма равна


 м2.


Учитывая, что площадь дымовых каналов составляет 44 % общей площади вертикального сечения рекуператора, найдем величину последнего


 м2.


Принимая ширину рекуператора равной ширине печи, т. е. =10,9 м, находим высоту рекуператора


 м.


Длина рекуператора


 м.


2.6 Выбор горелок

В многозонных методических печах подводимая тепловая мощность (а следовательно, и расход топлива) распределяется по зонам печи следующим образом: в верхних сварочных зонах по 18 – 22%; в нижних сварочных зонах по 20 – 25% и в томильной зоне 12 – 18%.

Распределяя расход топлива по зонам пропорционально тепловой мощности, получим: верхние сварочные зоны по 1,09 м3/с; нижние сварочные зоны по 1,23 м3/с, томильная зона 0,82 м3/с.

Плотность газа 1,0 кг/м3, расход воздуха при коэффициенте расхода п=1,05 равен 5,46 м3/м3 газа.

Пропускная способность горелок по воздуху: верхние сварочные зоны  м3/с; нижние сварочные зоны  м3/с; томильная зона  м3/с.

Расчетное количество воздуха определяем по формуле:


;


верхние сварочные зоны


 м3/с;


нижние сварочные зоны


 м3/с;


томильная зона


 м3/с.

Заключение

Технико-экономическая оценка работы методических печей

Широкое применение методических толкательных печей вызвано тем, что эти печи обеспечивают достаточно высокую производительность при невысоком удельном расходе топлива, а также обеспечивают высокий коэффициент использования тепла в рабочем пространстве. Это объясняется наличием методической зоны.

Применение глиссажных труб с рейтерами повышает равномерность нагрева металла (без царапин и холодных пятен) и создает предпосылки для увеличения ширины и длины печи.

Однако все методические печи толкательного типа имеют недостатки, обусловленные невозможностью быстрой выгрузки металла из печи и трудностями перехода от нагрева слябов одного размера к нагреву слябов другого размера. Эти проблемы могут быть решены только при использовании методических печей с шагающим подом.


Список использованных источников


1 Кривандин В.А. Металлургические печи / В.А. Кривандин; профессор, доктор техн. наук. – Москва: Металлургия, 1962 г. – 461 с.

2 Кривандин В.А. Теория, конструкции и расчеты металлургических печей – 2 том / В.А. Кривандин; профессор, доктор техн. наук. – Москва: Металлургия, 1986 г. – 212 с.

3 Телегин А. С. Лебедев Н. С. Конструкции и расчет нагревательных устройств – 2-е издание переработанное и дополненное . Москва: Машиностроение, 1975 г. – 170 с.



Страницы: 1, 2, 3, 4



Реклама
В соцсетях
рефераты скачать рефераты скачать рефераты скачать рефераты скачать рефераты скачать рефераты скачать рефераты скачать