книги из ГПНТБ / Несенчук, А. П. Тепловые расчеты пламенных печей для нагрева и термообработки металла учеб. пособие

Формула (7.17) применительно к трехзонной методической печи

будет иметь вид:

з

' L = 2 Li

или

L = Li+ 7-2+7-3.

Аналогично для пятизонной термической печи:

L — ^ Li; L —Z.1+ L 2+ L 3+ . .

І = і

Запишем выражения, позволяющие находить длины отдельных зон печи.

Рис. 7.1. Схема к расчету длины зоны печи.

где Р — часовая производительность печи (по металлу), Кг/ч\ ті — время пребывания заготовки в рассматриваемой зоне, ч; b' — длина заготовки, м\

Li — длина зоны, м\

Ум — удельный вес заготовки (удельный вес выбирается при средней по сечению температуре металла в зоне), кг/мг.

Длина зоны может быть представлена в виде

4-РТг

(7.19)

ndb'yN ‘

Для большей наглядности формулу (7.19) переписываем для трехзонной методической печи:

Li

н и я (рис. 7.2). Общее число заготовок или поддонов в зоне г ,= — . Аз

Для і-й зоны запишем:

Заготовки расположены с некоторым шагом /і, как это имеет место в печах с шагающим подом. Запишем уравнение материального ба­ ланса (по металлу) для і-й зоны печи

132

Зависимость между Іі и Li выразится так:

Однако, учитывая тот факт, что при курсовом или дипломном проектировании студенту не всегда удается обратиться к теории и практике гидромеханического и теплового моделирования, весьма приближенно для уже разработанных типовых профилей печей вы­ сота зон в характерных местах может подсчитываться с использо­

Для равномерного нагрева металла в камерной печи необхо­ димо создать одинаковые условия теплообмена во всем простран­ стве рабочего объема. Эти требования можно выполнить в значи­ тельной мере выбором рациональной конструктивной схемы камеры. Прежде всего рабочая камера, составляя единый конструктивный элемент, должна обеспечивать примерно одинаковую теплоотдачу (от дымовых газов и стенок) всем участкам нагреваемого металла.

Горелочные устройства и каналы, отводящие газы, необходимо размещать по стенкам и, по возможности, не сосредоточивать в от­ дельных участках печи.

Выбор горелочных устройств производится таким образом, что­ бы образующийся факел был соизмерим с размерами нагреватель­ ной камеры.

Ширина и длина пода камерной печи зависят от размера изделий или заготовок и часовой производительности. При выборе высоты рабочей камеры необходимо учитывать размер изделий,

133

необходимый удельный поток тепла и, самое главное, врзможность создания оптимальных условий для движения дымовых газов. Если не соблюдаются эти условия, возможно выбивание печных газов или подсос холодного воздуха в рабочую камеру.

На рис. 7.4 показан профиль рабочего пространства методичес­ кой нагревательной печи. Для простоты здесь изображена лишь та часть рабочего пространства, которая расположена над глиссажными трубами. Изображенный профиль присущ многим методиче-

Рис. 7.4. Схема пятизонноіі нагревательной методической печи:

а — полный профиль рабочего пространства; б — верхние отсеки.

ским нагревательным печам с характерным для них отводом продук­ тов сгорания. Дымовые газы, образующиеся в томильной и свароч­ ной зонах, поступают в методическую зону, затем к месту загрузки металла и после этого покидают печь. Как видно из рис. 7.4,„высота зоны в разных участках переменна по величине. Такая ориентация свода необходима для того, чтобы создать направленный поток теп­ ла излучением в сварочной и томильной зонах. В этих зонах под­ держивается сравнительно высокая температура и основная доля тепла передается металлу излучением.

Секундный расход газа в сечении 2'—2' (рис. 7.4)

134

и зная ширину печи, определяем высоту пространства в сечениях

2'—2' и 2—2:

bw2 '

Высота методической зоны печи определяется иным путем. Для методических печей соблюдать одинаковые условия для нагрева металла во всем рабочем пространстве не обязательно. Садка ме­ талла перемещается, постепенно проходя все зоны. Здесь необходи­ мо соблюдать условие, чтобы металл равномерно прогревался по ширине печи.

Требования, предъявляемые при конструировании рабочего пространства методических печей, заключается в следующем. Рабо­ чему пространству по пути движения газов (рис. 7.4) придается профиль с переменным сечением. Топливо подводится при удалении от места отбора отработавших газов. Участки рабочего простран­ ства зоны вблизи факела делаются большей высоты, что позволяет придать потоку газов желательное направление.

При движении вдоль печи продукты сгорания топлива должны создать оптимальные условия теплообмена по всей длине. Это дости­ гается в низкотемпературных (зонах (методическая) увеличением скорости газов. Повышение скорости в методической зоне позволяет повысить интенсивность теплоотдачи конвекцией.

В направлении снижения температуры газов высота рабочего пространства зоны должна снижаться еще и для того, чтобы газы целиком заполняли профиль, не допуская подсоса атмосферного воздуха.

Принимая скорость потока дымовых газов в методической зоне, нельзя забывать п поле давлений, которое устанавливается в соот­ ветствии с принятыми скоростями.

где Wi — скорость газов в методической зоне, м/сек.

135

Из сказанного складывается достаточно четкое представление об исключительной сложности поставленной задачи, решить кото­ рую можно лишь моделированием.

7.2.НАПРЯЖЕННОСТЬ АКТИВНОГО ПОДА ПЕЧИ

Определив значения b и L,-, можно рассчитать площадь пода Fi каждой из зон печи:

i=1

или

Fi — bLi м2,

где п — общее число зон.

Площадь пода, занятая металлом, пли активная площадь, на­ ходится из выражения

где b' —• длина заготовки (при загрузке заготовок в печь в поддонах в качестве b' принимается соответствующий размер под­ дона).

Рассчитывая F,-aKT для печей с шагающим подом, нужно учиты­ вать шаг укладки заготовок на поду, помня, что под Аакт понимают лишь ту поверхность, которая покрыта металлом.

Активная площадь пода позволяет рассчитать не менее важную технико-экономическую характеристику печи f.

Напряженность активного пода

Fга к т

7.2.1.Рассчитать основные размеры рабочего пространства двухзонноіі мет дической печи безокислительного нагрева стали в открытом пламени (под штам­ повку) (рис. 7.5), если известно, что ее .производительность 7000 кг/ч. Размеры

заготовки (сталь 40): 0 120 и длина 1000 мм. Расход природного газа (Qu!’= = 8060 ккал/нм3) на печь составляет 625 нм3/ч. Температуры дымовых газов

Время пребывания заготовок в сварочной и методической зонах принимаем тсв =0,28 и тмет = 0,62 ч.

Считаем, что топливо равномерно распределяется между верхними п ниж­ ними отсеками зон. Причем, как видно из рис. 7.5, все топливо поступает в отсеки

136

сварочной зоны. В верхний отсек сварочной зоны поступает 0,5-625 = 312,5 нм3/ч газообразного топлива.

Рассчитаем верхние отсеки рабочего пространства печи. Принимая /=200 мм, получаем

Ь'= 1000+2-200= 1400 мм.

Посад принимаем однорядным.

По формуле (7.19) определяем длины сварочной и методической зон: при средней температуре металла в сварочной зоне, равной 1000° С,

3,14-0,12-1-7350

где Ѵм =7350 кг/м3;

при средней температуре металла в методической зоне, равной 410° С,

Здесь ум = 7730 кг/м3.

Используя выражение (7.24), находим секундный расход газов в сечениях

2—2, 1—1 II Ö—0:

Задаваясь скоростью газов в рабочем пространстве сварочной зоны печи, равной 1,75 м/сек (табл. 7.1), по формуле (7.28) находим, что высота сварочной зоны в сечении 2—2;

137

Г л а в а 8. СОСТАВЛЕНИЕ ТЕПЛОВОГО БАЛАНСА ПЛАМЕННОЙ ПЕЧИ

Выполняя тепловой конструкторский или поверочный расчет печи, в конечном итоге определяют общий расход топлива, а также его расход в і-й зоне рабочего пространства. Принимая во внимание тот факт, что расход топлива определяет собой все наиболее важные характеристики и параметры температурного графика зоны и печи в целом, позволяющие оценить эффективность и экономичность ра­ боты, важное значение придаем составлению теплового баланса при теплотехнических расчетах печи.

Как правило, тепловой баланс составляют раздельно для каж­ дой зоны рабочего пространства. Это вызвано тем, что создание теп­ лового и температурного режимов зон требует подвода в зону впол­ не определенного количества топлива, которое может быть подсчи­ тано лишь выполнением зонального теплового баланса.

8.1. ОСНОВНЫЕ ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ РАБОТЫ ПЕЧИ

Тепловой баланс и предшествующие ему расчеты позволяют установить все интересующие нас технико-экономические показатели работы печи. К таким показателям можно отнести: коэффициенты полезного использования тепла в печи и использования топлива; степень рекуперации; удельные расходы топлива и тепла на 1 кг стали; напряженность активного пода; температуру подогрева воз­ духа и экономию топлива за счет подогрева компонентов рабочей смеси; расходы топлива В и Bf, температуру дымовых газов, поки­ дающих рабочее пространство печи; площадь активного пода; время пребывания металла в зонах рабочего пространства печи и темп вы­

дачи заготовок. Важные параметры — температуры t£ и /S в харак­ терные моменты времени нагрева.

8.2. УРАВНЕНИЕ ТЕПЛОВОГО БАЛАНСА

Уравнение теплового баланса печи для термообработки и нагре­ ва стали может быть записано так:

139

Как уже было сказано,'выражения (8.1) и (8.2) решаются от­ носительно расхода топлива на печь В или отдельную ее зону Ві.

В соответствии со значениями В и ß; можно записать расчетные формулы для определения коэффициентов полезного использования теплоты в печи:

где Р — часовая производительность печи по металлу, кг/ч (кг/сек).

8.3.ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРИХОДНЫХ СТАТЕЙ ТЕПЛОВОГО БАЛАНСА

Приходные статьи баланса тепла печи представлены левой частью уравнений (8.1) и (8.2).

Входящая в статьи прихода теплота, вносимая в печь или ее зону с топливом (с учетом %.т), в формуле (8.1) представлена про­ изведением ßQiAin.T, где коэффициент использования топлива

140