2.2 Визначення оптимальної товщини футерівки

Рівняння (2.1) запишемо у виді

Z=(_ремS_фут+

чи

Z=Ab+ , (2.2)

де А=_ремS_фут+ ;

D= .

Оптимальну товщину футерівки визначаємо продиференціювавши рівняння (2.2) і прирівнявши його до 0.

Відкіля

.

Оптимальна щільність теплового потоку, :

.

Величина повинна бути погоджена з t_нар, що однозначно визначає тепловий потік від зовнішньої поверхні стін.

Необхідно, щоб t_нар відповідала , при визначенні якого використовується величина (t) при середній температурі шару футерівки .

Для досягнення цього треба провести розрахунок q_опт методом послідовних наближень (приклад розрахунку оптимальної товщини наведений у додатку Ж ).

Фізичні властивості вогнетривких і теплоізоляційних матеріалів приведені в додатку Д.

Перелік посилань

1. Серебренников С.С., Ижорин М.Н. Огнеупорная кладка промышленых печей. – М.: Вищ. Школа., 1985. – 264 .

2. Троянкин Ю.В. Расчет потерь теплоты через обмуровку промышленых печей с применением ЭВМ. Методические указания для курсового и дипломного проектирования – М.: МЭИ, 1983. – 32 с.

3. Теплотехнические расчеты металлургических печей/ Китаев Б.И. и др. – М.: Металлургия, 1970 – 228 с.

4. Кривандин В.А., Марков Б.Л. Металлургические печи – М.: Металлургия, 1977, 464 с.

5. Казанцев Е.И. Промышленые печи – М.: Металлургия, 1974. – 368 с.

6. Металлургическая теплотехника, т.2/ Кривандин В.А., Неведомская И.Н., Кобахидзе В.В. и др. – М.: Металлургия, 1986. – 592 с.

ДОДАТОК А -

ВИБІР ЗАВДАННЯ НА КОНТРОЛНУ РОБОТУ

Передостання цифра залікової книжки	Остання цифра залікової книжки
		0		1		2		3		4		5		6		7		8		9
	0	1		2		3		4		5		6		7		8		9		10
			1		2		3		4		5		6		7		8		9		10
	1	11		12		13		14		15		16		17		18		19		20
			11		12		13		14		15		16		17		18		19		20
	2	21		2		3		4		5		6		7		8		9		10
			21		5		6		7		8		9		10		15		16		17
	3	1		2		3		4		5		6		7		8		9		10
			11		12		13		14		15		16		17		18		19		20
	4	11		12		13		14		15		16		17		18		19		20
			21		1		2		3		4		5		6		7		8		9
	5	21		12		13		14		15		16		17		18		19		20
			1		2		3		4		5		6		7		8		9		10
	6	1		2		3		4		5		6		7		8		9		10
			21		3		4		5		6		7		8		9		10
	7	11		12		13		14		15		16		17		18		19		20
			1		2		3		4		5		6		7		8		9		10
	8	21		15		16		17		18		19		20		4		5		6
			11		12		13		14		15		16		17		18		19		20
	9	1		2		3		4		5		6		7		8		9		10
			21		1		2		3		4		5		6		7		8		9

ДОДАТОК Б

ПОЧАТКОВІ ДАНІ ДЛЯ ВИКОНАННЯ ЗАВДАННЯ №1

Номер варіанта	Розташування стінки	Температура на внутрішній поверхні tвн, °З	Температура на зовнішній поверхні, tн,°З	Температура навколишнього середовища tос, °З	Матеріал 1-го шаруючи	Матеріал 2-го шаруючи
1	Вертикальне	1020	50	22	Шамот	Диатомітова цеглина
2	Горизонтальне верхнє	1100	45	28	Динас	Вермикулитові плити
3	Горизонтальне нижнє	1260	48	25	Магнезит	Каолінова вата
4	Вертикальне	1180	40	30	Хромомагнезит	Каолінова плита
5	Горизонтальне верхнє	1320	44	24	Шамот класу А	Шамот легковаг
6	Горизонтальне нижнє	900	42	26	Форстерит	Диатомітова цеглина
7	Вертикальне	1000	40	28	Магнезит	Вермикулитові плити
8	Горизонтальне верхнє	1120	44	25	Форстерит	Каолінова вата
9	Горизонтальне нижнє	1380	42	30	Хромомагнезит	Каолінова плита
10	Вертикальне	1420	43	12	Шамот	Шамот легковаг
11	Горизонтальне верхнє	1150	38	10	Магнезит	Диатомітова цеглина
12	Горизонтальне нижнє	1020	55	47	Хромомагнезит	Вермикулитові плити
13	Вертикальне	1100	40	28	Шамот класу А	Каолінова вата
14	Горизонтальне верхнє	1260	44	25	Магнезитохроміт	Каолінова плита
15	Горизонтальне нижнє	1180	42	30	Форстеритовий	Шамот легковаг
16	Горизонтальне верхнє	1320	43	25	Хромомагнезит	Диатомітова цеглина
17	Горизонтальне нижнє	900	38	30	Динасовый щільний	Вермикулитові плити
18	Вертикальне	1000	55	12	Форстеритовий	Каолінова вата
19	Горизонтальне верхнє	1120	42	10	Магнезитохроміт	Каолінова плита
20	Горизонтальне нижнє	1380	43	47	Форстеритовый	Шамот легковаг
21	Горизонтальне верхнє	1420	38	28	Хромомагнезіт	Вермикулитові плити

ДОДАТОК В

ПОЧАТКОВІ ДАНІ ДЛЯ ВИКОНАННЯ ЗАВДАННЯ №2

Номер варіанта	Температура на внутрішній поверхні tвн, °С	Температура на зовнішній поверхні, tн,°С	Температура навколишнього середовища tос, °С	Номер варіанта	Тривалість роботи між холодними ремонтами, год роб	Частка змінюваної футерівки рем	Коефіцієнт використання тепла палива КВТ
1	1020	50	22	Шамот	32000	0,95	0,5
2	1100	45	28	Динас	31000	0,9	0,6
3	1260	48	25	Магнезит	30000	0,85	0,7
4	1180	40	30	Хромомагнезит	29000	0,8	0,4
5	1320	44	24	Шамот класса А	28000	0,75	0,55
6	900	42	26	Форстерит	27000	0,7	0,45
7	1000	40	28	Магнезит	26000	0,65	0,65
8	1120	44	25	Форстерит	25000	0,6	0,75
9	1380	42	30	Хромомагнезит	24000	0,55	0,5
10	1420	43	12	Шамот	23000	0,5	0,6
11	1150	38	10	Магнезит	22000	0,45	0,7
12	1020	55	47	Хромомагнезит	21000	0,4	0,4
13	1100	40	28	Шамот класса А	20000	0,35	0,55
14	1260	44	25	Магнезитохромит	19000	0,3	0,45
15	1180	42	30	Форстеритовый	18000	0,25	0,65
16	1320	43	25	Хромомагнезит	19000	0,2	0,75
17	900	38	30	Динасовый плотный	17000	0,1	0,6
18	1000	55	12	Форстеритовый	17000	0,1	0,7
19	1120	42	10	Магнезитохромит	16000	0,8	0,4
20	1380	43	47	Форстеритовый	15000	0,75	0,55
21	1420	38	28	Хромомагнезит	14000	0,7	0,45

ДОДАТОК Г

ЗАВДАННЯ ДЛЯ ВИКОНАННЯ ТЕОРЕТИЧНОЇ ЧАСТИНИ

1. Підібрати вогнетривкий і теплоізоляційний матеріал для спорудження ТЕУ, що працює з температурою робочого простору 600°С.

2. Вибрати вогнетривкий і теплоізоляційний матеріал для печі, у якій виробляється плавка алюмінію.

3. Вибрати вогнетривкий і теплоізоляційний матеріал для печі, у якій виробляється плавка /варка/ сталі.

4. Вибрати вогнетривкий і теплоізоляційний матеріал для печей випалу вапняку /шахтна піч/.

5. Вибрати вогнетривкий і теплоізоляційний матеріал для печі, у якій плавлять чавун /Вагранка/.

6. Вибрати вогнетривкий і теплоізоляційний матеріал для доменної печі.

7. Вибрати вогнетривкий і теплоізоляційний матеріал для котла малої потужності.

8. Вибрати вогнетривкий і теплоізоляційний матеріал для котла великої потужності.

9. Вибрати вогнетривкий і теплоізоляційний матеріал для котла середньої потужності.

10. Вибрати вогнетривкий і теплоізоляційний матеріал для печі з відбудовною атмосферою.

11. Вибрати вогнетривкий і теплоізоляційний матеріал для печі з нейтральною атмосферою.

12. Вибрати вогнетривкий і теплоізоляційний матеріал для печі, що працює з підігрівом повітря до 800°С, у якій гріють зливки до температури 1300°С.

13. Вибрати вогнетривкий і теплоізоляційний матеріал для печі, що робить нагрівання заготівель під прокатку до 1300°С.

14. Вибрати вогнетривкий і теплоізоляційний матеріал для установки, яка здійснює нагрівання заготівель під кування.

15. Вибрати вогнетривкий і теплоізоляційний матеріал для установки, яка здійснює сушіння в киплячому шарі. Температура сушіння 120°С.

16. Вибрати вогнетривкий і теплоізоляційний матеріал для печі, що робить випал вапняку /шахтна піч/.

17. Вибрати вогнетривкий і теплоізоляційний матеріал для печі, що забезпечує випал клінкера /цементна піч/.

18. Вибрати вогнетривкий і теплоізоляційний матеріал для печі, що робить плавку міді.

19. Вибрати вогнетривкий і теплоізоляційний матеріал для печі, що робить випал вапняку в киплячому шарі.

20. Вибрати вогнетривкий і теплоізоляційний матеріал для печі, що робить виплавку синтетичних шлаків для обробки стали в ковші.

21. Вибрати вогнетривкий і теплоізоляційний матеріал для печі, що робить вогневе знешкодження відходів хімічної промисловості.

ДОДАТОК Д

Таблиця Д .1 - Фізичні властивості вогнетривких і теплоізоляційних матеріалів

Найменування матеріалу	Густина , кг/м3	Коефіцієнт теплопровідності,  Вт/(мК)	Теплоємкість С,	Максимальна температура застосування, t , °C	Вартість у.о./т
Дінас звичайний	1900-2000	0,82+6,810-4 t	0,87+1,910-4t	1700	220…260
Дінас плотний	2000-2100	1,6+3,810-4 t	0,87+1,910-4t	1700	140...160
Шамотний	1800-2000	0,7+6,410-4 t	0,87+2,110-4t	1350	240...300
Шамотний класу А	1800-1900	0,9+2,310-4 t	0,87+2,110-4t	1400	300…470
Багато шамотний	2300-2800	1,04+1,510-4 t	0,87+2,110-4t	1350	300…400
Напівкислий	2300-2500	0,7+710-4 t	0,87+1,910-4t	1400	300...320
Форстеритовий	2350-2500	4,23-1610-4 t	0,9+2,110-4t	1400	220…260
Магнезитовий	2600-2800	6,3-2710-4 t	1,05+1,510-4t	1700	140...160
Хромомагнезитовий	2700-2850	2,8-8,710-4 t	1	1700	240...300
Магнезитохромітовий	2800-2900	4,1-1610-4 t	1	1750	300…470
Шамотний легковаг- ШЛА 1,3	1300	0,47+3,810-4 t	0,87+2,110-4t	1300	300…400
Шамотний легковаг ШЛ 1,3	1000	0,32+3,510-4 t	0,87+2,110-4t	1250	300...320
Шамотний легковаг ШЛ 0,9	800	0,23+2,210-4 t	0,87+2,110-4t	1200	220…260
Шамотний легковаг ШЛ 0,4	400	0,12+1,610-4 t	0,87+2,110-4t	1100	140...160
Динасовий легковаг	1000	0,3+3,710-4 t	0,87+1,910-4t	1500	240...300
Діатомітова целина	600	0,12+1,510-4 t	0,9	900	300…470
Вермікулітова Плита	250	0,08+2,310-4 t	1	700	300…400
Каолінова вата	До 200	0,1+0,110-4 t	0,87+2,110-4t	1250	300...320
Плити з каолінової вати	400	0,12+1,610-4 t	0,87+2,110-4t	1250	400-420

ДОДАТОК Е

ПРИКЛАД КОНСТРУКТИВНОГО ТЕПЛОВОГО РОЗРАХУНКУ ОБМУРОВКИ

Виконати конструктивний тепловий розрахунок двошарової обмурівки. Робочий шар виконаний із шамоту, коефіцієнт теплопровідності ₁=0,84+0,5810^-3 , теплоізоляційний шар з піношамоту з коефіцієнтом теплопровідності ₂=0,1+0,14510^-3 . Максимально допустима робоча температура піношамоту =1200°С. Температура на внутрішній поверхні робочого шару t_вн=1400°С, на зовнішній поверхні піношамоту температура t_н=50°С, температура навколишнього середовища t_ос=20°С. Товщину вогнетривкого шару, виходячи з умов будівельної міцності, приймемо рівною S₁=0,928 м.

Коефіцієнт тепловіддачі для вертикальної стінки:

_ос=d₀+d₁(t_н -30)-d₂(t_н -30)²+d₃(t_н -30)³=

9,5+98,1510^-3(50-30) – 4,7410^-4(50-30)²+1,7410^-6

(50-30)³=11,3 .

Розраховуємо щільність теплового потоку, що відводиться від стінки в навколишній простір:

q_ос=(t_н - t_ос)=11,3(50-20)=338,6 .

Визначаємо сумарний термічний опір:

Розрахуємо коефіцієнт теплопровідності при середній температурі припускаючи, що обмурівка цілком виконана з робочого вогнетриву.

₁=0,84+0,5810^-3 .

Товщина одношарової обмурівки

S₂=₁R=1,264=5,04 м.

Товщину вогнетривкого шару приймемо рівну S₁=0,928 м. Визначаємо орієнтовану температуру на стику шарів (рисунок 1).

t₁=t_вн - (50…100)=1400-100=1300°С.

Визначаємо коефіцієнт теплопровідності робочого шару:

₁=0,84+0,5810^-3 .

Розраховуємо температуру на стику шарів:

t₁=t_вн - q_осR₁=t_вн - q_ос =1400-338,6 =1206°С.

О тримана температура t₁(1206°C)> (1200°C), тобто умови працездатності не виконуються. Одним зі способів виконання умов працездатності є збільшення товщини робочого шару. Збільшимо товщину вогнетривкого шару на одну цеглу.

S₁=0,928+0,232=1,16 м.

Обчислюємо температуру t₁:

t =t_вн - q_ос =

=1400-338,6 =1190°С.

Уточнюємо коефіцієнт теплопровідності:

₁=0,84+0,5810^-3 .

Температура на стику шарів:

.

Уточнюємо коефіцієнт теплопровідності:

₁=0,84+0,5810^-3 .

Уточнюємо температуру на стику шарів:

.

Визначаємо похибку обчислення температури:

.

Умова працездатності не виконується, оскільки:

t₁ - (80…100)°C...

11511200 – 80 (1151>1120).

У зв'язку з цим збільшуємо товщину вогнетривкого шару на одну цеглу:

S₁=1,16+0,232=1,392 м.

Обчислює температуру на стику шарів:

.

Уточнюємо коефіцієнт теплопровідності:

₂=0,84+0,5810^-3 .

Уточнюємо температуру t₁:

.

Знаходимо погрішність обчислення температури t₁:

.

Умова працездатності виконується, тому що:

t₁(1100) - t₂=1200-80=1120 °C.

Визначаємо коефіцієнт теплопровідності теплоізоляційного шару:

₂=0,1+0,14510^-3 0,1+0,14510^-3 .

Розраховуємо термічний опір теплоізоляційного шару:

Товщина теплоізоляційного шару:

S₂=₂R₂=0,183,1=0,558 м.

Товщина обмурівки, що складається з двох шарів:

S=S₁+S₂=1,392+0,558=1,95 м.

Для забезпечення однієї і тієї ж щільності теплового потоку в навколишній простір необхідна одношарова обмурівка товщиною S₁=5,04 м, а двошарова S=1,95 м.

ДОДАТОК Ж

ПРИКЛАД РОЗРАХУНКУ ОПТИМАЛЬНОЇ ТОВЩИНИ ОДНОШАРОВОЇ СТІНКИ ПРИ ПОВІЛЬНОМУ ЗНОСІ ВОГНЕТРИВУ І СТАЦІОНАРНОМУ ТЕПЛОВОМУ РЕЖИМІ ПРОТЯГОМ УСЬОГО МІЖРЕМОНТНОГО ПЕРІОДУ.

Для безупинного протягом _роб і стаціонарного теплового режиму справедливо

k_п=1, _ц=_роб.

Вихідні дані узяті для нагрівальної печі, футерівка якої виконана із шамоту (марки ША).

=0,84+0,5810^-3t Вт/(мК), q_ак=1,4310⁶ кДж/м³,

_вогн=1900 кг/м³; S_вогн=33,5 у.о./т.

Температура стінки з внутрішньої сторони t_вн =1400°С і з зовнішньої сторони =50°С (попередньо). _роб=32000 г; _рем=0,9; S_топл=12у.о./т.у.п. Коефіцієнт використання тепла палива приймемо _КВТ=0,5. Вартість одиниці тепла, що втрачається робочою камерою:

;

Чим більше _КВТ, тим менше вартість одиниці тепла.

характеризує вартість одиниці тепла, що втрачається робочою камерою.

Питома вартість футерівки

S_фут=_вогн10^-3S_вогн+S_стр.ек._роб=190010^-333,5+

+0,310^-232000=160 у.о./м³;

Вартість будівництва й експлуатації одиниці об'єму футе- рівки за одиницю часу.

S_стр.ек. = 0,310^-2 .

Переконаємося, що другий член у знаменнику у формулі (6.4) малий у порівнянні з першим:

.

Теплопровідність вогнетриву

`=1.26 .

Оптимальна товщина футерівки

Оптимальний тепловий потік через футерівку

.