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

Т а б л . 5. 1. Ориентировочный суммарный коэффициент теплоотдачи для нагревательных и термических печей

Расчеты, касающиеся определения количества тепла, передавае­ мого излучением, также можно упростить. Так, при беспламенном сжигании топлива (печь оснащена беспламенными горелочными устройствами или горелками со специальными сожигательными тун­ нелями) излучение дымовых газов на металл практически не учиты­ вается и направление тепловых потоков считается таким: продукты сгорания — кладка горелочных панелей — металл. Удельный поток тепла при такой схеме расчета — функция температуры и степени черноты кладки и металла:

где Гкл — температура поверхности кладки горелочной панели в і-й

зоне печи, ° К; Гмп — температура заготовки (изделия), °К;

Екл—.степень черноты кладки горелочной панели; б м — степень черноты металла.

Используя обычные горелѳчные устройства (образуются светя­ щиеся или несветящиеся дымовые газы), пренебрегать тепловым потоком от газов к металлу нельзя. При таком способе сжигания топлива надо учитывать тепло, поступающее к металлу излучением от поверхности кладки и дымовых газов одновременно. Удельный поток тепла в данном случае — функция температуры газов и ме­ талла, а также степени черноты газов, кладки и металла:

5.2. РАСЧЕТ ТЕПЛОВЫХ ПОТОКОВ ПРИ ПЛОТНОЙ УКЛАДКЕ ЗАГОТОВОК

Расчет процесса нагрева металла в рабочем пространстве нагревательных и термических печей сводится к решению задачи о лучистом теплообмене между двумя серыми телами, произвольно расположенными в пространстве. Эта задача весьма сложная, и строгое решение для незамкнутой системы в общем виде получить нельзя.

Для некоторых частных случаев выведены приближенные фор­ мулы, пригодные для выполнения инженерных расчетов. Наиболь­ шую сложность при решении такого рода задач представляет опре­ деление приведенного коэффициента излучения Сп.

При плотной садке изделии или заготовок, а также при нагреве единичных массивных изделий для расчета приведенного коэффи­

циента излучения можно применить формулу, полученную В. Н. Ти­ мофеевым [10]:

— (1 — еГі) + 1 Сп=4,96емег — ---------—----------------------------- ккал/м--ч-° К4 (5.3)

52

где ем, &гі — степень черноты соответственно металлов н газов; юг — степень развития кладки:

FКЛІ

Г.\•--- ---------- •

Fмі — лучевоспринимающая поверхность металла в зоне, м2\ Рклг — площадь излучающей поверхности кладки в і-й зоне, м2.

Как уже отмечалось, эта зависимость справедлива для случая, когда нет взаимного облучения поверхностей заготовок. Для печей с короткими факелами и с беспламенными горелками формула (5.3) даетвполне удовлетворительные данные при расчете процесса теп­ лообмена излучением.

53

Степень черноты газов есо2 и ен2о может быть найдена по гра­ фикам (рис. 5.1 и 5.2), устанавливающим зависимость между сте­ пенью черноты СО2 и Н2О, произведением парциального давления на среднюю эффективную длину луча и температуры. Степень чер­ ноты дымовых газов [II], [12]

водяных паров. Коэффициент ß выбирают по графикам

(рис. 5.3),;

енгО — степень черноты водяных паров.

Рис. 5.3. Поправочный коэффициент на парциальное давление водяных паров.

Парциальные давления углекислоты и водяных паров для одной из зон проходной или камерной печи:

где р — абсолютное давление дымовых газов в рабочем простран­ стве зоны, ата:

р = £ + (0,5^2,5) кГ/м\

54

где Ѵі — излучающий объем і-й зоны, м3\

Fi — площадь стенок обмуровки, позволяющая выделить излу­ чающий объем, м2.

Удельный поток тепла, передаваемого садке излучением,

9=Сп<[(т^)4- ("w) 4 ккал/м2 ' 4 {вт/м2)-

5.3. РАСЧЕТ ИНТЕНСИВНОСТИ ТЕПЛООБМЕНА В ЗОНАХ РАБОЧЕГО ПРОСТРАНСТВА ПЕЧЕЙ ПРИ УКЛАДКЕ ЗАГОТОВОК С ЗАЗОРОМ

При посаде заготовок с некоторым шагом (как это имеет место в печах с шагающим подом, конвейерных печах и т. п.) суммарный приведенный коэффициент излучения будет несколько ниже, чем при плотном посаде. Это объясняется рассеиванием тепла при вза­ имном облучении поверхностей заготовок (фм.м^О). Расчетный коэффициент излучения

Фм.м — угловой коэффициент:

Ф м.м=У 1 + Ф 2—ф;

55

56

при фм.мт^О

дической нагревательной печи, работающем по трехзонному температурному гра­ фику. Печь предназначена для нагрева металла под прокатку. Производительность

Рис. 5.5. Расчетная схема пятизонной методической печи:

I — изменение температуры продуктов сгорания; 2 — изменение температуры в центре затотовкн; 3 — изменение-температуры на поверхности заготовки.

Расчетная схема печи и ее температурный график показаны на рис. 5.5. Ширина печи в свету 6=10,2 м. Средние высоты зон (в свету):

•Smct^—SjO м, Scb= 2,4Iм и S T0M = 1,4 м.

В соответствии с температурным графиком печи средние температурные на­ поры между продуктами сгорания топлива и поверхностью заготовки в зонах соответственно равны:

57

1000+1200

Лучевоспрннимающая поверхность зоны

/\м.мет = 9,5L mct Л12.

Степень развития кладки методической зоны

Те же величины находим для сварочной зоны:

F к л .с в = 2 • 2,4L cb+ 10,2Lc в = 4 5Lc в л іш\

F м.св = 9 , 5 L cb -и2

и

Определяем площадь излучающей поверхности кладки томильной зоны:

Fкл.том ^25том^том+ ^-^том;

FК Л . Т ОМ= 2*1,4LTOM+10,2LTOM== ІЗ^ТОМ ЛІ2*

Лучевоспрннимающая поверхность металла, находящегося в томильной зоне, находится так:

^М.ТОМ== 9,5LtOМ■'И2.

Степень развития кладки

13LTOM л

9,5Ltom

Находим объемы рабочего пространства печи, заполненные излучающими газами:

методическая зона

Ѵмет = 2* 10,2 L mct — 20,4LMeT

сварочная зона

V cb = 2,4-10,2Lcb = 24,5Lcb м 3;

томильная зона

Ѵтом — 1,4 ■1 0,2L tom — 1 4,3Ltom лі3.

58

Средняя эффективная длина лума: для методической зоны

-1300+1300

59

60