аср=l1209/(С×r)=40,939 /(0,7×103×7800)= 7,498×10-6 м2/с.
Степень выравнивания температур:
,
где = tМН – tСН=1230 – 1176=54°С.
По графику [2,прил.6] для коэффициента несимметричности нагрева m = 0,5 находим критерий Fo по формуле:
.
Продолжительность выдержки металла в томильной зоне:
.
Общее время нагрева металла в печи:
St=t1+t2+t3=1,105+1,949+0,414=3,469ч
3. Тепловой баланс методической печи.
Приход тепла.
1)Определим химическое тепло топлива:
где В(м3/с) – расход газа подаваемого па печь.
2)Физическое тепло воздуха:
где iВ – энтальпия воздуха при tВ=454 оС [3. стр.37].
3)Тепло экзотермических реакций:
где а=0,012 – доля окисленного металла [4. стр.8];
5650 – тепловой эффект окисления 1 кг железа, [3. стр.8];
G=155 т/ч – производительность печи.
Общий приход тепла:
Расход тепла.
1) Расход тепла на нагрев металла:
где iк=861(кДж/кг) и iн=0(кДж/кг) - энтальпия металла в конце и начале нагрева.
2) Потери тепла на нагрев окалины:
где m – количество окалины от окисления 1 кг железа, m=1,38
С0 – теплоёмкость окалины, С0=1
tм=1503(К) и tн - температура окалины, принимается равной температуре поверхности металла соответственно в начале и конце нагрева.
3) Потери тепла с уходящими газами:
Энтальпия уходящих газов:
4)Потери тепла через кладку теплопроводностью.
Стены печи двухслойные выполненные:
- внутренний слой – ША h=348 мм;
- внешний – диатомитовый кирпич h=116 мм.
Под печи трехслойный:
- первый (внутренний) слой – хромомагнезитовый кирпич;
- второй (рабочий) слой – ШБ (шамотный кирпич класса Б);
- третий слой – Д-500 теплоизоляционный диатомитовый кирпич.
Свод печи однослойный выполнен из каолинового кирпича: ШБ 300 мм.
Формулы для расчёта теплопроводности материалов кладки:
Шамотный кирпич ША:
Хромомагнезитовый кирпич:
Шамотный кирпич ШБ :
Диатомовый кирпич Д-500:
Каолиновый кирпич:
где - средняя по толщине температура слоя.
а)Расчет стены печи:
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис.1 Схема стенок печи.
Расчёт ведётся методом последовательных приближений.
Первое приближение.
Предварительно находим тепловое сопротивление кладки при температуре ,где - на границе слоев (ШБ) и - наружных слоев.
Тепловое сопротивление слоя:
Принимаем коэффициент теплоотдачи равным a0=15, .
Внешнее тепловое сопротивление:
Общее тепловое сопротивление:
Плотность теплового потока при tп=1330оС и tв=20оС:
Так как разница между предыдущим и полученным значениями
q> 5%,расчет необходимо повторить.
Второе приближение.
Находим температуру на границах слоев кладки:
Средняя температура слоя:
Теплопроводность слоя:
Тепловое сопротивления слоя:
Коэффициент теплоотдачи:
Внешнее тепловое сопротивление:
Общее тепловое сопротивление:
Плотность теплового потока при tк=1330оС и tв=20оС:
Так как разница между предыдущим и полученным значениями q > 5%, расчет
необходимо повторить: dq=|q¢-q0|/ q¢×100%=(1341-896)/1341×100%=33,18%.
Третье приближение.
Этот расчёт выполняется по аналогии с предыдущим, поэтому приведём только его результаты:
t¢=922,3оС; tн=124,4оС; `t1= 1126,1оC; `t2=523,379оC;
R1=0,305 (м2×К)/Вт; R2=0,598 (м2×К)/Вт;
a=15,31 Вт/(м2×К); Rн=0,065 (м2×К)/Вт;
R0=0,968 (м2×К)/Вт; q²=1353, 305
Так как разность q¢ и q² меньше ±5%, пересчёта не требуется.
Тепловое сопротивление пода больше, чем стен. Отсюда можно принять удельные потери через под 0,75 от потерь через стены, т. е.:
qn.n=0,75×qcт=0,75×1353,305=1015 Вт/м2.
б)Потери тепла через кладку свода.
Расчёт проводим методом последовательного приближения аналогично расчёту потерь через кладку стен, поэтому приведём только результаты расчёта: tн=183,9оС, a=52, R0=0,144 , q=9087,81 .
|
Рис.2 Схема свода печи.
Потери тепла через кладку вычисляем по формуле:
где - плотность теплового потока в окружающую среду (через стены, под и свод печи);
- расчетная поверхность i-го элемента кладки, м2.
Расчётная поверхность пода:
где Вп=9,6 (м) – ширина печи,
L – длина пода при торцевой загрузке:
L=Lрасч×1,045=1,045×.
Расчётная поверхность свода:
где `Hм=H0+d=1,23 м,
Hсв=H¢0+d=1,93 м,
Hт=1,5+d=1,73 м.
Определение активной длины пода по зонам:
методическая – Lм= L×t1/St=34,03×1,105/3,469=10,84 м;
сварочная – Lсв= L×t2/St=34,03×1,949/3,469=19,12 м;
методическая – Lт= L×t3/St=34,03×0,414/3,469=4,07 м.
Конструктивно принимаем две сварочные зоны с Lсв=9,56м.
Следовательно потери тепла через кладку:
5) Потери тепла через окна:
Принимаем, что окно посада открыто всё время (j1=1) на h0=2×d=0,46 м
Площадь открытия окна посада:
Толщина кладки стен dст=0,464 м.
Коэффициент диафрагмирования окна Ф=0,7 [5. рис.1].
Температура газов:
- у окна задачи =1273К;
- у окна выдачи =1533К.
Потери тепла через окно задачи:
Потери тепла через окно выдачи:
Общие потери тепла излучением:
6) Потери тепла с охлаждающей водой.
В табл.1 [4] указаны водо-охлаждаемые элементы методических печей и потери в них.
Расчётом определяем только потери в продольных и поперечных трубах, так как это составляет 80-90% от всех потерь. Остальные потери учитываются увеличением полученных потерь в трубах на 10-20%.
Максимальное расстояние между продольными трубами:
С учётом запаса прочности расстояние между трубами принимаем на 20-30% меньше максимального:
Диаметр и толщина подовых труб: 127´22 мм.
Количество продольных труб:
где lз – длина заготовки, м.
Свешивание заготовки:
Общая длина продольных труб:
Поверхность нагрева продольных труб:
Плотность теплового потока принимаем равной qпр=100 [3.табл.1].
Потери тепла с охлаждающей водой продольных труб:
Принимаем конструкцию сдвоенных по высоте поперечных труб. По длине сварочной зоны и 1/3 методической расстояние между поперечными трубами принимаем равным =2,32 м. На остальной части длины методической зоны продольные трубы опираются на продольные стенки.
Количество сдвоенных поперечных труб:
Общая длина поперечных труб:
Поверхность нагрева поперечных труб:
Плотность теплового потока принимаем равной [3.табл.1]:
qпп=150 .
Потери тепла с охлаждающей водой поперечных труб:
Общие потери с охлаждающей водой подовых труб:
а потери тепла с теплоизоляцией:
Потери тепла с охлаждающей водой всех водо-охлаждаемых элементов печи без теплоизоляции подовых труб:
а с теплоизоляцией подовых труб:
7)Неучтённые потери тепла составляют (10-15)% от суммы статей Qк+Qп+Qв:
Общий расход тепла:
Приравнивая расход тепла к приходу, получим уравнение теплового баланса:
или
, тогда расход топлива с термоизоляцией
