2.4 Томильная зона.

t_мн=1215 ^оС, t_мк=1215 ^оС, t_сн=1150,8 ^оС, t_ск=1215 ⁼1192^оС

t_ср==1193,2⁰С

λ_1193,2= 0,73*58,1=42,41

==1182,9⁰С

==1203,5⁰С

i_1193,2=848-*(848-780)=843,32 кДж/кг

C== 0,707 кДж/кг*К

a_ср=

δ_выр=_▲t_мк/_▲t_мн=23/64,2=0,36

Критерий Фурье:

F₀=1,3

F₀==>τ₃=1,03ч

Общее время нагрева в печи:

Στ=τ₁+τ₂+τ₃=0,65+1,16+1,03=2,84ч

2.5 Расчёт длины рабочего пода.

Р=160т/ч, l=9,1м, δ=0,26м,b=1,28м, Στ = 2,84ч

М=9,1*0,26*1,28*7,8=23,6т

Длина рабочего пода печи:

=

Длина рабочего пода печи с учётом зазоров, обусловленных искривлением заготовок:

*=24,88м

_{Sакт=24,88*9,1=226,41м2}

_P/S_акт==0,71 т/(м²*ч)

_ν==1,50 мм/мин

Длина рабочего пода печи с учётом торцевой стенки со стороны загрузки металла:

L_акт+0,6=L_стр=24,88+0,6=25,48 м,

где δ=0,6 м

Максимально допустимая длина пода печи:

Так как 98 < 200, под может быть горизонтальным.

Определение активной длины пода по зонам:

• методической:

• сварочной:

• томильной:

ΣL=L_м+L_св+L_т=24,9 м

3. Тепловой баланс методической печи.

Приход тепла.

Определим химическое тепло топлива:

Физическое тепло воздуха:

где i_в– энтальпия воздуха приt_в=360^оС [3. стр.37]

Тепло экзотермических реакций:

где а=0,01 – доля окисленного металла [4. стр.8];

5650 – тепловой эффект окисления 1 кг железа, .

Общий приход тепла:

Расход тепла.

Расход тепла на нагрев металла:

где i²иi¢- энтальпия металла в конце и начале нагрева,

Потери тепла с окалиной:

где m– количество окалины от окисления 1 кг железа [4. стр.9],

с – теплоёмкость окалины [4. стр.9],

t²иt¢- температура окалины, принимается равной температуре поверхности металла соответственно в начале и конце нагрева,^оС.

Энтальпия уходящих газов (при t_y=1000⁰С):

Потери тепла с уходящими газами:

Потерь от химического недожога нет.

Потери тепла через кладку.

Формулы для расчёта теплопроводности материалов кладки:

Шамотный кирпич ША:

Хромомагнезитовый кирпич:

Шамотный кирпич ШЛБ:

Шамотный кирпич ШБ (ШВ):

Диатомитовый кирпич Д-500:

Каолиновый кирпич :

где - средняя по толщине температура.

Потери тепла через кладку сварочной и томильной зон.

t₁

S₁

l₁

S₂

l₂

Температура, оС

t₁

S₂

l₂

S₁

l₁

Толщина стенки, мм

Температура, ^оС

Рис.2.

Средняя температура газов в томильной зоне близка по значению температуре в сварочной (1315 ^оС), а конструкция кладки в этих зонах одинакова, поэтому удельные потери тепла в томильной зоне принимаем равными их значению для сварочной.

Расчёт ведётся методом последовательных приближений.

Первое приближение.

Предварительно находим тепловое сопротивление кладки при температуре

Тепловое сопротивление слоя:

Принимаем коэффициент теплоотдачи равным a₀=15,.

Внешнее тепловое сопротивление:

Общее тепловое сопротивление:

Плотность теплового потока при t_к=1315^оС иt_в=30^оС:

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 t_к=1315^оС иt_в=30^оС:

Так как разница между предыдущим и полученным значениями q > 5%,

расчет необходимо повторить.

Третье приближение.

Этот расчёт выполняется по аналогии с предыдущим, поэтому приведём только его результаты:

t₁=913^оС;t_н=128,82^оС; t_1cp= 1114^оC; t_2cp= 520,9^оC; R₁=0,305, м²К/Вт;

R₂=0,598, м²К/Вт;₀=15,54, Вт/м²К; R_н=0,064, м²К/Вт;

_R0=0,967, м²К/Вт;q²=1328,8,

q=q-q^'’/q^’’100%=(1328,8-1317,95)/1328,8100%=0,8%.

Так как разность q¢иq²меньше±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.:

q_под=0,75q_cт=0,751328,8=996,6Вт/м².

б)Потери тепла через кладку свода.

Плотность теплового потока вычисляется по формуле:

q_св=(70)

Расчёт проводим методом последовательного приближения аналогично расчёту потерь через кладку стен, поэтому приведём только результаты расчёта: q=3432,62.

Температура, ^оС

Толщина свода ,мм

Рис.3. Схема свода печи.

Потери тепла через кладку вычисляем по формуле:

где - плотность теплового потока в окружающую среду (через стены, под и свод печи);

- расчетная поверхностьi-го элемента кладки, м².

Расчётная поверхность пода:

где В_п– ширина печи,

L– длина пода при торцевой загрузке.

Расчётная поверхность свода:

F_св=

Расчетная поверхность стены:

где Н_м=H₀^м+=1+0,3=1,3 м,

H_св=H₀^св+=1,7+0,3=2 м,

H_т=Н₀^т+=1,5+0,3=1,8 м.

Следовательно, потери тепла через кладку:

₍₇₁₎

5) Потери тепла излучением.

Излучением тепло теряется в основном через окно посада и выдачи металла.

Принимаем, что окно посада открыто всё время (j₁=1) наh₁=0,7 м, а окно выдачи открывается периодически наh₂=0,8 м. Доля времени открытияj₂=0,25.

Площадь открытия окна посада:

Площадь открытия окна выдачи:

Толщина кладки стен S_ст=0,534, м.

Коэффициент диафрагмирования окна посада Ф₁=0,78 и выдачи Ф₂=0,8.

Температура газов:

• у окна посада t_г1=t_у=1000^оС;

• у окна выдачи t_г2=t¢_т=1315^оС.

Потери тепла через окно посада:

Потери тепла через окно выдачи:

Общие потери тепла излучением:

6) Потери тепла с охлаждающей водой.

В табл.1 [4] указаны водоохлаждаемые 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:

₍₇₂₎

С учётом запаса прочности расстояние между трубами принимаем на 20-30% меньше максимального:

₍₇₃₎

Диаметр и толщина подовых труб: 133´22 мм.

Количество продольных труб:

(74)

где l_з– длина заготовки, м.

Свешивание заготовки:

(75)

Общая длина продольных труб:

₍₇₆₎

Поверхность нагрева продольных труб:

₍₇₇₎

Плотность теплового потока принимаем равной q_пр=100 кВт/м².

Потери тепла с охлаждающей водой продольных труб:

₍₇₈₎

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:

(79)

Общая длина поперечных труб:

₍₈₀₎

Поверхность нагрева поперечных труб:

₍₈₁₎

Плотность теплового потока принимаем равной:

q_пп=160 кВт/м².

Потери тепла с охлаждающей водой поперечных труб:

₍₈₂₎

Общие потери с охлаждающей водой подовых труб:

₍₈₃₎

_{а потери тепла с теплоизоляцией:}

. (84)

Потери тепла с охлаждающей водой всех водо-охлаждаемых элементов печи без теплоизоляции подовых труб:

₍₈₅₎

_{а с теплоизоляцией подовых труб:}

(86)

7)Неучтённые потери тепла составляют (10-15)% от суммы статей Q_к+Q_и+Q_в:

₍₈₇₎

(88)

Общий расход тепла:

Приравнивая расход тепла к приходу, получим уравнение теплового баланса:

(89)

или

, тогда расход топлива с теплоизоляцией

Выбираем трубы без изоляции.

Таблица 3

Тепловой баланс печи без теплоизоляции труб

Статья	Приход тепла		Статья	Расход тепла
	кВт	%		кВт	%
Химическое тепло топлива Qx Физическое тепло воздуха Qв Тепло экзотермических реакций Qэ	54060 6531,72 1004	54,06 10,85 2,36	Расход тепла на нагрев металла Qм Потери тепла с окалиной Qo Потери тепла с уходящими газами QУ Потери через кладку Qк Потери тепла излучением Qи Потери с охлаждающей водой Qбв Неучтённые потери Qбн	13763 286 29020,68 1864,26 1355,28 13624,7 1684,4	29,53 0,70 49,11 1,51 0,25 17,01 1,88
Всего	61595,7	100	Всего	61595,43	100

Невязка составляет – 0%

Определим другие показатели.

Коэффициент полезного действия печи:

(90)

Удельный расход тепла:

₍₉₁₎

Удельный расход условного топлива:

(92)

где Qу=29300 кДж/кг – теплота сгорания условного топлива.

Для дальнейших расчетов:

- расход воздуха:

₍₉₃₎

- расход продуктов горения:

₍₉₄₎

Таблица 4

Тепловой баланс печи с теплоизоляцией труб

Статья	Приход тепла		Статья	Расход тепла
	кВт	%		кВт	%
Химическое тепло топлива Qx Физическое тепло воздуха Qв Тепло экзотермических реакций Qэ	34816 4206,59 1004		Расход тепла на нагрев металла Qм Потери тепла с окалиной Qo Потери тепла с уходящими газами QУ Потери через кладку Qк Потери тепла излучением Qи Потери с охлаждающей водой Qвт Неучтённые потери Qтн	13763 286 18690,01 1864,26 1355,28 3406,26 662,58	41,10 0,97 48,66 2,11 0,34 5,97 0,84
Всего	40026,25	100	Всего	40026,43	100

Невязка составляет – 0%

Определим другие показатели.

Коэффициент полезного действия печи:

Удельный расход тепла:

Удельный расход условного топлива:

Для дальнейших расчетов:

- расход воздуха:

- расход продуктов горения: