4. Расчет мощности печи

Мощность печи определяется по формуле:

где K – коэффициент запаса мощности, учитывающий возможность падения напряжения сети против номинального значения, увеличение сопротивления нагревателя с течением времени и т.п., для непрерывно работающей печи К=1,2…1,3 [2];

- общий расход тепла

где - полезно использованное тепло (потраченное на нагрев металла);

- потери тепла в окружающее пространство;

- потери на тепловые короткие замыкания;

- потери тепла с окалиной;

- потери излучением через открытое окно.

- потери тепла на разогрев конвеера.

Расход тепла:

1. Тепло, необходимое для нагрева металла:

где - средняя удельная теплоемкость металла при [1, табл.4.1];

- производительность печи, кг/с;

[1, табл.4.1];

- конечная и начальная температуры нагрева металла.

2. Потери тепла в окружающее пространство:

Потери тепла через кладку печи при стационарном состоянии, т. е. после разогрева печи и при установившемся режиме ее работы, оп­ределяют как сумму потерь через стенки, свод, рабочее окно и под печи.

Потери тепла через стенки печи можно вычислить по формуле

где – средняя температура внутренней поверхности кладки печи;

t_в – температура окружающего воздуха, t_в =20°С;

– сумма тепловых сопротивлений слоев кладки, °С/Вт;

S – толщина соответствующего слоя двухслойной стенки, м ;

λ – коэффициент теплопроводности слоя, Вт/м ∙°С;

α – коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности стенки в окружающую среду (по практическим данным α = 10 –15 Вт/м² ∙°С), принимаем для стен, пода и т.д. α = 12 Вт/м² ∙°С, для свода α = 20 Вт/м² ∙°С;

– расчетная поверхность стенок,

– площадь стенок;

где Н, В и L – соответственно высота, ширина и длина печи, м.

Сложность определения потерь тепла по этому выражению заклю­чается в нахождении значений λ слоев, зависящих от их средних тем­ператур, которыми приходится задаваться.

Расчет средних температур слоев двухслойной стенки печи ведется методом последовательных приближений.

Первое приближение

Коэффициенты теплопроводности для каждого из слоев в первом приближении для внутреннего слоя – шамот класса А (табл.VI-10 [3]):

для наружного слоя – диатомит (табл.VI-29 [3]):

Плотность теплового потока в первом приближении:

Температура на поверхности слоев в первом приближении:

Средние температуры слоев во втором приближении:

Коэффициенты теплопроводности во втором приближении

Плотность теплового потока во втором приближении:

Относительная погрешность расчета:

следовательно, необходимо третье приближение:

Плотность теплового потока в третьем приближении:

Относительная погрешность расчета:

что допустимо.

Промежуточная температура между слоями кладки равна

Итак, потери тепла через стенки печи равны

Так как свод печи выполнен из тех же материалов, что и стены, то потери тепла через свод составят

где F_св – площадь свода, равная F_св =1,1∙F_п = 1,1∙2,5 = 2,75 м².

Так как под печи выполнен из тех же материалов, что и стены, то потери тепла через дно составят

Для удобства результаты расчета потерь тепла через кладку оформляются в табл. 5.1.

Таблица 5.1 – Потери тепла через кладку печи

Элементы кладки печи		Площадь поверхности, F, м2	Температура, °С		Термическое сопротивле­ние, S/λ	Потери тепла, кВт
			внутренней поверхно­сти, tвн	внешней поверхно­сти, tнар		через 1м2, q	Через всю поверх­ность, Q
Боковые Стенки		13	1310	1226,9	0,097	1,23	16
			1226,9	63	1,4
Свод		2,75	1310	1226,9	0,097	1,2	2,3
			1226,9	63	1,4
Под		2,5	1310	1226,9	0,097	1,19	2,1
			1226,9	63	1,4
Всего		18,25	-	-			20,4

3. Потери тепла излучением через открытые окна определя­ют по формуле

где C₀ = 5,76 – коэффициент излучения абсолютно черного тела;

Т_печ, Т_в – абсолютная температура печи и окружающего воз­духа, К;

F_ок – площадь окна, F_ок=0,48 м² согласно эскизу;

k_d – коэффициент диафрагмирования, определяемый в зависи­мости от толщины кладки и размеров окна по графику 138 [8], принимаем k_d = 0,28;

τ – время, в течение которого окно открыто, принимаем τ = 0,11ч.

4. Потери тепла с окалиной определяют по уравнению

Q_окал = 0,01∙a∙G ∙с_окал ∙(t_окал – t₀)∙m = 0,01∙2∙0,247∙1∙(1260–20)∙1,38 = 8,45 кВт,

где а – угар металла, %;

G – производительность печи, кг/с;

с_окал – теплоемкость окалины, с_окал =1,0 кДж/кг ∙°С;

t_окал – температура окалины, которую принимают равной максимальной температуре поверхности металла, ;

t₀ – начальная температура металла, °С;

m – количество окалины Fе₃О₄, образующейся от окисления 1 кг Fe; из стехиометрического соотношения реакции 3Fe + 2O₂ = Fe₃O₄; m = 1,38.

5. Потери на тепловые короткие замыкания.

[2]

6. Потери тепла на разогрев конвейера.

где - масса транспортирующего устройства, проходящего через печь в единицу времени, кг/с;

Дж/кг - средняя теплоемкость транспортирующего устройства;

- соответственно конечная и начальная температуры транспортирующего устройства, .

Масса конвейера определяется произведением массы 1 м ленты на длину, м

, кг

- для проволочного конвейера шириной 800 мм [7].

.

Следовательно, расходная часть баланса печи равна

.