Расчёт времени нагрева металла

В методической зоне

         

Средняя по сечению температура применительно к нагреву цилиндра (см. “Металлургические печи” под редакцией М.А.Глинкова)

 

Средний для методической зоны коэффициент теплопроводности:

                                  

    Средняя теплоёмкость для методической зоны, равна:

       Коэффициент температуропроводности определяем по следующей формуле:

                             (22)

,где ­­-удельный вес стали принимаемый равным

       Средний тепловой поток в методической зоне определяется по формуле:

                       (23)

    Определим ориентировочные размеры печи. При трёхрядном расположении заготовок, ширина печи будет равна:

,где зазор между заготовками равный 0,2 м.

    Находим степени развития кладки (на 1 метр длины печи), при этом задаёмся высотой печи, которая находиться для кольцевой печи в пределах  принимаем .

                                                     (24)

    Определим эффективную толщину газового слоя:

                           (25)

    Находим степень черноты дымовых газов в методической зоне

, при средней температуре

Определим парциальные давления :

По номограмме (Б.С.Мастрюков “Теплотехнические расчёты и конструкция промышленных печей” стр.50-52) определяем:

    Тогда            (26)

    Приведённая степень черноты рассматриваемой системы равна:

=0,66                                                                                         (27)

где степень черноты металла, равная

    Температура печи в начале методической зоны, при коэффициенте теплового излучения

(28)

    Определим тепловой поток в конце методической зоны:

    Определим продолжительность нагрева в методической зоне:

(29)

,где коэффициент формы для цилиндра (без учёта площади торцов),

равный 2,0. 

В 1-ой сварочной

Примем

    При расчёте по В.Н.Григорьеву рекомендуется принимать [3]:

Также при расположении заготовок с зазором равным или большим половины диаметра заготовки, и интенсивно нагреве рекомендуется брать:

 

Определим степень черноты газов при , по номограмме:

Во 2-ой сварочной

 

Примем

При расчёте по В.Н.Григорьеву рекомендуется принимать [3]:

    Так, как к концу 2-ой сварочной зоны происходит некоторое выравнивание между температурой центра и поверхности, то рекомендуется брать:

 

Определим степень черноты газов при , по номограмме:

 

В томильной зоне

    Определим степень выравнивания температур:

                                                            (30)

    Для заготовки толщиной 300 мм перепад температур перед выдачей заготовки должен составлять:

 

Определим степень черноты газов при , по номограмме:

 

 

    Продолжение нагрева в томильной зоне определяется следующей зависимостью:

                                           (31)

,где коэффициент определяемый по графику в зависимости от степени выравнивания температур  и формы нагреваемого тела (

    Полная продолжительность нагрева:

 

 

Рис.5.1. График нагрева металла

Выводы:

1. Исходя из графика, видно, что мы бережно нагревали металл в методической зоне, чтобы избежать термических напряжений, т.к. упругие напряжения в металле в начале нагрева велики, а следовательно при быстром нагреве могут привести к разрыву металла.

2.   Поднимая температуру нагрева в сварочной зоне, мы увеличи-ваем интенсивность нагрева, что способствует быстрому прохо-ждению сварочных зон, а это значительно снижает глубину обезуглероженного слоя, что благоприятно скажется на качестве готового проката.

3. Снижая температуру нагрева в томильной зоне перед выдачей, мы снижаем угар металла, тем самым увеличиваем выход годного.

4. В результате применённых мер нагрева металла, получаем общее время нагрева металла .
6.Определение основных размеров печи

    Общая масса заготовок, определяется по формуле:

                                                             (32)

    Масса одной заготовки, определяется по формуле:

                               (33)

    Тогда в печи количество заготовок равно:

    Определим длину пода печи, при расположении 6 заготовок на 1 м длины при зазоре между заготовками 0,2 м, и рядами 0,4 м.

L=149/6=24,8 м.

    Угол между окном загрузки и выдачи составляет  поэтому полная длина пода определяется следующим соотношением:

    Площадь и напряжённость пода определим по следующей зависимости:

                           (34)

       Площадь и напряжённость активного пода определим по следую-ей зависимости:

(35)

    Полезная площадь пода печи:

                                                            (36)

        

 

Длину печи разбивают на зоны пропорционально времени нагрева:

· Длина методической зоны

· Длина 1-ой сварочной зоны

· Длина 2-ой сварочной зоны

· Длина томильной зоны

 

 

Рис.6.1. Эскиз печи

Выводы:

    Располагая заготовки на поду в три ряда, судя по данной главе мы получаем достаточно компактный вариант печи, однако в работе [4] рекомендуемая напряжённость пода при конструировании кольцевых печей данной производительности рекомендуется брать немного меньше чем получилось в нашем случае.

 

 

 

Тепловой баланс

Приход тепла

    7.1.1.Теплота от горения топлива

 кВт

где В-расход топлива,

    7.1.2. Теплота, вносимая подогретым воздухом

 кВт

    7.1.3. Теплота экзотермических реакций

 кВт

где а-угар металла, доли;

  P-производительность печи, кг/с.

Расход тепла

    7.2.1.Теплота технологического продукта

 кВт

    5.2.2. Теплота, уносимая уходящими газами

кВт

    7.2.3. Потери тепла через кладку

Потери тепла через под пренебрегаем, рассчитываем потери тепла через свод и стенки. Площадь свода принимаем равной площади пода, свод печи выполняем подвесным из отдельных секторов, набираемых подвесных кирпичей, материал коалин, толщина свода печи 0,3 м [6].

       Средняя по протяжённости температура газов

    Площадь стен определяется по формуле:

Боковые стенки состоят из двух слоёв: внутреннего- толщиной 230 мм, выполненного из шамотного кирпича , и наружного толщиной 230 мм, выполненного из легковесного шамота марки ШЛБ-0,4 [3].

Коэффициент теплопроводности внутреннего слоя:

где средняя температура слоя шамота определяемая по формуле:

где температура по толщине раздела слоёв;

  температура внутренней поверхности стен.

    Коэффициент теплопроводности наружного слоя:

где средняя температура наружного слоя определяемая по формуле:

где температура внешней стенки, которую можно принять равной .

    При стационарном режиме:

 

 

Тогда

   

 

    Количества тепла теряемое через стену, определяем по формуле:

 кВт

где коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности кладки в окружающую среду (по практическим данным можно принять ;

    сумма тепловых сопротивлений слоёв кладки .

    Т.к. температура окружающей среды  то температуры наружной стенки свода можно принять , тогда:

    Коэффициент теплопроводности коалина можно определить по следующей формуле:

    Количества тепла теряемое через свод, определяем по формуле:

531,9 кВт

    Общее количество тепла потерянное через кладку:

 

    7.2.4. Потери теплоты через окна и щели

     Размеры смотровых окон , тогда .

    Размеры окон загрузки , тогда

 

Задаёмся следующим временем открытия окон:

· В методической и сварочных зонах 10 минут, т.е.

· В сварочной зоне 10 минут

· Время открытия окон загрузки и выгрузки примем равным 30 минут, т.е.

Зададимся следующим числом смотровых окон:

· В методической зоне 12 штук

· В 1-ой сварочной 12 штук

· Во 2-ой сварочной 8 штук

· В томильной зоне 4 штуки

Зададимся следующими коэффициентами диафрагмирования:

· Для окон загрузки и выгрузки , тогда

· Для смотровых окон , тогда

Потери тепла излучением через открытые окна и щели определяется по формуле:

где коэффициент диафрагмирования;

    живое сечения окна, ;

    количество окон печи одинакового размера;

доля времени, когда окно открыто, ;

     В методической зоне

.

 кВт

кВт

 

     В сварочной зоне:

 

В 1-ой сварочной

 кВт

    Во второй сварочной

кВт

     В томильной зоне

кВт

кВт

     Суммарные потери тепла излучением:

 кВт

     7.2.5.Потери теплоты с охлаждающей жидкостью

где площадь поверхности водоохлаждаемой детали, ;

    плотность теплового потока на поверхность водоохлаждае-мых деталей,

    При строительстве кольцевых печей, в рабочем пространстве устанавливают три перегородки, опирающихся на водоохлаждаемые трубы. Каждая перегородка опирается на четыре трубы, отсюда n=12 штук. Примем диаметр каждой трубы, равный

Плотность теплового потока на поверхность примем, равным т.к. трубы находятся в кладке кирпича (в изоляции).

 кВт.

    7.2.6 Тепло теряемое вследствие химической неполноты сгорания.

где

    7.2.7. Тепло уносимая шлаками.

где теплоёмкость окалины, равная

    температура окалины, принимаем равной

Неучтённые потери

=122,307 кВт

   

Составим и решим уравнение теплового баланса:

Таблица 5.1.

Приход тепла