Содержание
1. Аннотация………………………………………………………………стр.2
2. Расчёт горения топлива…………………………………….….………стр.3
3. Определение размеров печи…………………..……………….……...стр.6
4. Температурный режим и время нагрева металла ……………….…..стр.6
5. Тепловой баланс печи….……………………...……………………...стр.17
6. Выбор форсунок ..………………….………………………..…..……стр.22
7. Охрана труда……………………………………………….…………стр.23
8. Библиографический список….……….……………….…………......стр.27
9. Приложения……………………….……………….….………............стр.28
Аннотация
В данной работе рассчитывается печь с выкатным подом для нагрева заготовок перед молотом. Размеры заготовок из хромистой стали: ширина b=0,6 м, высота h=0,7 м, длина l=2,2 м.
Начальная температура заготовки , конечная температура поверхности . Перепад температур по сечению заготовки в конце нагрева Δtкон=50 0С.
Печь отапливается мазутом следующего состава: =84%; =10,95%; =0,2%; =0,2%; =2,5%; =2%; =0,15%.
Расчёт горения топлива
Находим расход кислорода на горение мазута заданного состава при коэффициенте расхода воздуха n=1,0 (м3/кг):
Определяем расход сухого воздуха n=1,1(м3/кг):
k=79/21=3,762
Находим объёмы компонентов продуктов сгорания (м3/кг):
;
;
;
;
;
Суммарный объём продуктов сгорания равен (м3/ кг):
Процентный состав продуктов сгорания:
;
;
;
;
;
;
;
;
;
.
Находим низшую теплоту сгорания мазута (кДж/кг):
Определим истинную энтальпию продуктов сгорания (кДж/м3):
;
Зададим температуру = 2000 0С
Определим энтальпию продуктов сгорания при температуре (0С) (кДж/м3):
;
Т.к. > , то зададим температуру = 1900
Определим энтальпию продуктов сгорания при температуре
;
Поскольку , то калориметрическая температура горения tк (0С)
;
Принимая пирометрический коэффициент равным ηпир=0,8 находим действительную температуру горения
Tдейств= ηпирtк
Tдейств= 0,8∙1982,5=1586
Определение размеров печи
Принимаем расстояние между садкой и боковыми стенками, равным 0,5 м, садкой и сводом 1,0 м и садкой и торцевыми стенами 0,25 м. Тогда рабочее пространство имеет ширину B=1,6 м, высоту H=1,7 м и длину
L=2,7 м.
Принимаем, что выкатной под, стены и свод печи выполнены из шамота толщиной 150 мм и диатомитового кирпича толщиной 300 мм. Тогда наружные размеры печи будут равны: ширина B΄=2,5 м, высота H΄=2,15 м и длина L΄=3,6 м.
Температурный режим и время нагрева металла
Холодное изделие загружается в холодную печь и нагревается вместе с ней. Изделие является достаточно массивным, поэтому примем, что температурный режим состоит из двух периодов: нагрева и выдержки. В период нагрева температура поверхности изделия повышается от до , температура дымовых газов в печи tг меняется от 800 0С до =+150=1250+150=14000С, температура футеровки равна tк=0,5(tг+tм).
Период нагрева разобьём на три интервала, в пределах которых температуру продуктов сгорания будем считать постоянной.
В период нагрева тепловая нагрузка печи (расход топлива) неизменна. В период выдержки тепловая нагрузка печи снижается так, что температура дымовых газов, металла и футеровки остаются неизменными.
Определяем площадь тепловоспринимающей поверхности металла
Fм=2bh+2lh+bl=2·0,6·0,7+2·2,2·0,7+0,6·2,2=5,24 м2
Площадь внутренней поверхности рабочего пространства печи (за вычетом площади, занятой металлом)
м²
Степень развития кладки
Эффективная длина луча
Период нагрева
I интервал. Изменение температур поверхности металла, кладки и продуктов сгорания показано на рис. 1. Средние за интервал температуры равны
Парциальное давление излучающих компонентов продуктов сгорания
(сюда включено SO2)
Тогда
По графикам на рис. 13-15 при =975 0C находим
Учитывая наличие в продуктах сгорания мазута сажистых частиц, увеличиваем степень черноты продуктов сгорания в 2,5 раза εг=2,5 ε΄г=2,5 ∙0,1=0,25
Плотность потока результирующего излучения металла находим по формуле.
Принимая степень черноты металла равной εм=0,8 и шамота εк=0,6, находим значение комплексов
Теперь по формуле находим
Коэффициент теплоотдачи излучением в I интервале периода нагрева
Принимая значение коэффициента теплоотдачи равным αконв=15 Вт/(м2·К), находим величину суммарного коэффициента теплоотдачи
Нагреваемое изделие является телом сложной формы, образованным пересечением трёх бесконечных пластин. Заготовку прямоугольного сечения
с b/h ≤ 1,8 можно представить в виде эквивалентного цилиндра с диаметром
Так как нагрев изделия производится со всех сторон, то коэффициент несимметричности нагрева равен μ=0,5 и расчётная толщина
Критерий Био равен
Значение λ=39,2 Вт/(м·К) заимствовано из приложения IX при tм=310 °С.
Температурный критерий равен
По номограмме находим значение критерия Фурье Fo1=0,46. Продолжительность I интервала периода нагрева
где α=8,89·10-6 м2/с – коэффициент температуропроводности хромистой стали при tм=310 °C (ссылка).
Найдём температуру в середине заготовки в конце I интервала периода нагрева. Для этого по номограмме при значениях BiI=0,88 и FoI=0,46 находим
Тогда
Среднюю по массе температуру заготовки в конце I (в начале II) интервале периода нагрева находим по формуле
II интервал. Средние за интервал температуры продуктов сгорания и поверхностей металла и кладки равны
Находим степень черноты продуктов сгорания:
По графикам при tг=1225 °С находим
Тогда
Средняя во II интервале плотность потока результирующего излучения металла
Средний за II интервал коэффициент теплоотдачи излучением
,
а с учетом конвективного теплообмена
Значения критериев Био и температурного равны
По номограмме находим, что FoII = 0,2. Продолжительность II интервала периода нагрева
(1,27 ч.)
Найдем температуру в середине заготовки в конце II интервала периода нагрева. По номограмме при BiII = 3,23 и FoII = 0,2находим
Тогда
Средняя по сечению температура заготовки в конце II интервала периода нагрева
III интервал. Средние за интервал температуры продуктов сгорания и поверхностей металла и кладки равны
Находим степень черноты продуктов сгорания:
По графикам при tг=1350 °С находим
Тогда
Средний за интервал коэффициент теплоотдачи излучением
С учетом конвективного теплообмена находим суммарный коэффициент теплоотдачи
Тогда
Значения критериев Био и температурного равны
По номограмме находим, что FoIII = 0,22. Продолжительность III интервала периода нагрева
Значения λ = 29,6 Вт/(м·К) и α = 5,83·10-6 м2/с определены для хромистой стали при
Найдем температуру в центре заготовки в конце периода нагрева. По номограмме при BiIII = 4,8 и FoIII = 0,22 находим
Тогда
Перепад температур по сечению заготовки в конце периода нагрева
Общая продолжительность периода нагрева
τн = τ1 + τ2 + τ3 = 6894+4570+5027=16491 с (4,58 ч)