- •Содержание дисциплины
- •Время нагрева металла
- •Определение времени нагрева металла в методической зоне
- •Определение времени нагрева металла в сварочной зоне
- •Определение времени томления металла
- •Определение основных размеров печи
- •Полная площадь стен равна
- •Результаты расчетов сведем в таблицу
- •Удельный расход тепла на нагрев 1 кг металла
Определение времени нагрева металла в сварочной зоне
Найдем степень черноты дымовых газов tг=13000С:
РСО2 = 10,4 кПа;
РН2 О = 16,5 кПа;
РСО2 Sэф = 10,4· 3,32 = 34,5 кПа · м;
РН2 О Sэф= 16,5· 3,32 = 54,8 кПа · м;
По номограммам на рис. 13-15 находим
εсо2 = 0,12; εн2о = 0,2; β = 1,08
Тогда εгсв =0,12+1,08·0,2 = 0,336. Принимаем температуру поверхности металла в конце сварочной зоны 10000С.
Приведенная степень черноты сварочной зоны равна (формула(60))
εпрсв = 0,8 ·( 2,2 + 1 – 0,336)______________________ = 0,8· 2,864_ = 0,585
[ 0,8 + 0,336(1-0,8)](1-0,336)/0,336 + 2,2 3,913
αсвизл =5,7 · 0,585 √[ (1573/100)4 – (773/100)4] · [ (1573/100)4 _ (1273/100)4]=
√ (1300-500) · (1300 – 1000)
= 3,334 · 44895,9/489.9 = 3,334 · 91,6 = 305,4 Вт/(м2· К)
Находим среднюю по сечению температуру металла в начале сварочной (в конце методической ) зоны
tначсв =tпов– 2/3 (tпов–tц) = 500 – 2/3 · (500 – 442) = 461,4оС;
Находим температурный критерий для поверхности слябов
Qпов=1300 – 1000= 300= 0,357;
1300 – 461,4 838,6
Так как при средней температуре металлаtсв=0,25(500+442+1000+850)=6980С согласно приложениюIXтеплопроводность среднеуглеродистой стали равна λ=32,5 ВТ/(М·К), а коэффициент температуропроводности а = 5,0·10-6м2/с, то Вi=305,4 · 0,044= 0,413
32,5
При определении средней температуры металла в сварочной зоне было принято, что температура в центре сляба в конце зоны равна 850оС. Теперь по номограмме на рис. 22 находим критерий ФурьеFo=2,5. Время нагрева в сварочной зоне
τсв =2,5 · 0,002 = 1000с (0,277ч)
5·10-6
Определяем температуру в центре сляба в конце сварочной зоны. По номограмме на рис.24 при значениях Вi= 0,413,Fo=2,5 находим значениеQцентр= 0,54, с помощью которого определяем
tсвц= 1300 – 0,54 (1300 – 461,4) = 847,2оС
Определение времени томления металла
Перепад температур по толщине металла в начале томильной зоны составляет
Δtнач = 1100 – 847,2 = 252,8о Допустимый перепад температур в конце нагрева составляет Δtкон = 50о
Степень выравнивания температур равна
δвыр = Δtнач = 50 ___ = 0.19
Δtкон 252,8
При коэффициенте несимметричности нагрева, равном μ = 0,55 критерий Fo для томильной зоны согласно номограмме на рис. 19 (кривая 3) равен Fo = 2,4.
При средней температуре металла в томильной зоне
tT = 0,25(1100+847,2+1100+1050) = 1024,3°С
λ = 27,5 Вт/ (м- К) и а = 5,7-10-6 м2/с (приложение IX).
Время томления
τт = 2,4 · 0,002 = 842,3с (0.234ч)
5.7 · 10-6
Полное время пребывания металла в печь равно
τ = τм + τсв + τт = 1053,5,6 + 1000 + 842 = 2895,5с (0,80ч)
Определение основных размеров печи
Для обеспечения производительности 25 кг/с в печи должно одновременно находиться следующее количество металла
G = Pτ = 25 · 2895,5 = 72,387 · 103
Масса одной заготовки равна
G = bδlρ = 0,08 · 0,15 · 5 · 7850 = 471 кг
Количество заготовок, одновременно находящихся в печи
n = G/g = 72387/471 ~ 154 шт.
При однорядном расположении заготовок общая длина печи
L = bn = 0,15·154 = 55.75 = 23.1 м
При ширине печи В = 5,4 м площадь пода F=BL = 5,4· 23,1=124,7 м2
Высоты отдельных зон печи оставляем теми же, что были приняты при ориентировочном расчете. Длину печи разбиваем на зоны пропорционально времени нагрева металла в каждой зоне.
Длина методической зоны
Lм = 23,1 · 1053,5 = 8,4 м
2895,5
Длина сварочной зоны
Lсв = 55,75 · 1000 = 7,97 м
2895,5
Длина томильной зоны LТ = 55,75 · 842 = 6,72 м
2895,5
В рассматриваемом случае принята безударная выдача слябов из печи. В противном случае длину томильной зоны следует увеличить на длину склиза LCK=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 зоной выполняем трехслойным: тальковый кирпич 230 мм, шамот 230 мм и тепловая изоляция (диатомитовый кирпич) 115мм.
Тепловой баланс
При проектировании печи за определением основных размеров следует конструктивная проработка деталей. Поскольку в данном примере такая проработка не проводится, некоторые статьи расхода тепла, не превышающие 5 % от всего расхода, будем опускать.
Приход тепла
Тепло от горения топлива
Qхим = B·Qнр = 20900·B кВт,
здесь В — расход топлива, м3/с, при нормальных условиях.
2. Тепло, вносимое подогретым воздухом Qв = B·iв·Vв = В·602.05·5.46 = 3287,19·В кВт.
3.Тепло экзотермических реакций (принимая угар металла 1 % )
Qэкз= 5.65·106·25· 1·10-2= 1412,5 кВт.
Расход тепла
1.Тепло, затраченное на нагрев металла
Qпол = Р (iмкон – iмнач) = 25 (720 – 9.72) = 19414,3 кВт,
где iмкон = 720 кДж/кг — энтальпия среднеуглеродистой стали при tмкон = 0.5(1100 + 1050) = 1075 оС;
iмнач = 9.72 кДж/кг — энтальпия среднеуглеродистой стали при tмкон = 0.5(20 + 20) = 20 оС.
2. Тепло, уносимое уходящими дымовыми газами
Qух=BVп.с.iп.с.= В 6.39 1373.3 = 8775.4 В кВт.
Энтальпия продуктов сгорания при температуре tух = 850 0С равна
СО2…0.106·1845.7 = 195.6
Н2О…0.168·1422.9 = 239
О2…0.08·1240.9 = 99.3
N2…0.718·1169.1 = 839.4
|
iп.с.850= 1373.3 кДж/м3
3. Потери тепла теплопроводности через кладку.
Потерями тепла через под в данном примере пренебрегаем. Рассчитываем только потери тепла через свод и степы печи.
Потери тепла через свод
Площадь свода принимаем равной площади пода 124.7 м2; толщина свода 0,3 м, материал каолин. Принимаем, что температура внутренней поверхности свода равна средней по длине печи температуре газов, которая равна
tг = 0,25(850 + 1300 + 1100) = 812.5°С.
Если считать температуру окружающей среды равной tОК=30°С, то температуру поверхности однослойного свода можно принять равной tнар = 340°С.
При средней по толщине температуре свода tK = 0,5(812.5+340) = 576.25°С коэффициент теплопроводности каолина равен
λк = 1,75 + 0,86·576.25 = 2,25 Вт/(м·К).
Тогда потери тепла через свод печи будут равны
Qсв = ((tклвнут – tок)·Fсв)/(δк/λк + 1/α) = ((812.5 – 30)·124.7)/(0.3/2.25 + 1/39.52) = 4952.5 кВт,
где α = 1.3(10 + 0.06·340) = 39.52 Вт/(м2·К).
Потери тепла через стены печи
Стены печи состоят из слоя шамота толщиной δШ = 0,345 м и слоя диатомита, толщиной δД = 0,115 м. Наружная поверхность стен равна:
методическая зона
Fм = 2·Lм ·2·hм = 2·8.4·2·1.6 = 53.76 м2;
сварочная зона
Fсв = 2·Lсв ·2·hсв = 2·7.97·2·2.8 = 89.3 м2;
томильная зона
Fт = 2·Lт ·2·hт = 2·6.72.·1.65 = 22.2 м2;
торцы печи
Fторц = [B + 2(δШ + δд)]·(2·hм + hт) = [5.4 + 2(0.345 + 0.115)]·(2·1.6 + 1.65) = 30.65 м2;