Расчёт трёхзонной толкательной методической печи

     При нагреве заготовок перепад температур по толщине заготовки принимаем Dt_м=(250¸300)×S=(24,5¸28,83)°C, выбираем Dt_мк=30°C.

 

3.4. 3-я ступень нагрева – томильная зона.

 

Температуры металла:

- начальные  t_мн=1250°С , t_cн=1176°С;

- конечные  t_мк=1250°С , t_cк=1200°С.

Средняя температура металла по массе  и времени:

Средняя теплопроводность металла:

 

l₁₂₁₉=0,72×l₀=0,72×52,424=37,745 Вт/(м²×К).

 

Начальная средняя по массе температура  металла:

 

t_cр=(1250+1176)/2=1213°С.

 

Конечная  средняя по массе температура  металла: 

 

t_cр=(1250+1200)/2=1225°С.

 

     Полученные  температуры мало отличаются между  собой, так что теплоемкость от 1213°С до 1225°С можно принимать равной теплоемкости от 0 до (1213+1225)/2=1219°С.

Теплосодержание стали при 1219°С [2,прил.3]:

  .

Средняя теплоемкость металла от 0 до 1219°С:

.

Средний коэффициент температуропроводности металла:

 а_ср=l₁₂₀₉/(С×r)=37,745/(0,7×10³×7800)= 6,913×10^-6 м²/с.

Степень выравнивания температур:

,

где = t_МН – t_СН=1250 – 1176=74°С.

     По  графику [2,прил.6] для коэффициента несимметричности нагрева m = 0,5 находим критерий Fo по формуле:

.

 
 

Продолжительность выдержки металла в томильной  зоне:

.

Общее время нагрева металла в печи:

St=t₁+t₂+t₃=0,74+1,745+0,324=2,809ч

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

4. Тепловой баланс методической печи.

 

Приход  тепла.

1)Определим  химическое тепло топлива:

_{где В(м³/с) – расход газа подаваемого па печь.}

2)Физическое  тепло воздуха:

где i_В – энтальпия воздуха при t_В=454 ^оС.

3)Тепло  экзотермических реакций:

где а=0,012 – доля окисленного металла;

5650 –  тепловой эффект окисления 1 кг  железа, ;

 G=15 т/ч – производительность печи.

 Общий  приход тепла:

  Расход тепла.

1) Расход  тепла на нагрев металла:

где i_к=861(кДж/кг) и i_н=0(кДж/кг) - энтальпия металла в конце и начале нагрева.

2) Потери  тепла на нагрев окалины:

где m – количество окалины от окисления 1 кг железа, m=1,38

 С₀ – теплоёмкость окалины, С₀=1

 t_м=1503(К) и t_н - температура окалины, принимается равной температуре поверхности металла соответственно в начале и конце нагрева.

 
 

3) Потери  тепла с уходящими газами:

Энтальпия уходящих газов:

4)Потери  тепла через кладку теплопроводностью.

Стены печи двухслойные выполненные:

• внутренний слой – ША h=348 мм;
• внешний – диатомитовый кирпич h=116 мм.

 

Под печи трехслойный:

• первый (внутренний) слой – хромомагнезитовый кирпич;
• второй (рабочий) слой – ШБ (шамотный кирпич класса Б);
• третий слой – Д-500 теплоизоляционный диатомитовый кирпич.

 

     Свод  печи однослойный выполнен из каолинового  кирпича: ШБ 300 мм.

Формулы для расчёта теплопроводности материалов кладки:

     Шамотный  кирпич ША:

     Хромомагнезитовый кирпич:

     Шамотный  кирпич ШБ :

     Диатомовый  кирпич Д-500:

     Каолиновый  кирпич:

где - средняя по толщине температура слоя.

 
 
 
 
 
 
 
 

а)Расчет стены печи:

 

Рисунок 8.              Схема стенок печи.

 

  Расчёт ведётся методом последовательных приближений.

 

 Первое приближение.

     Предварительно  находим тепловое сопротивление  кладки при температуре  ,где - на границе слоев (ШБ) и - наружных слоев.

 Тепловое  сопротивление слоя:

 Принимаем  коэффициент теплоотдачи равным a₀=15, .

 Внешнее  тепловое сопротивление:

 

 

Общее тепловое сопротивление:

 Плотность  теплового потока при t_п=1330^оС и t_в=20^оС:

     Так как разница между предыдущим и полученным значениями q> 5%, расчет необходимо повторить.

 

  Второе приближение.

Находим температуру на границах слоев кладки:

 Средняя  температура слоя:

 

 Теплопроводность  слоя:

 

 Тепловое  сопротивления слоя:

 Коэффициент теплоотдачи:

 Внешнее  тепловое сопротивление:

 Общее  тепловое сопротивление:

 
 

Плотность теплового потока при t_к=1330^оС и t_в=20^оС:

     Так как разница между предыдущим и полученным значениями q > 5%, расчет необходимо повторить:

      dq=|q¢-q₀|/q¢×100%=(1341-896)/1341×100%=33,18%.

  Третье приближение.

     Этот  расчёт выполняется по аналогии с  предыдущим, поэтому приведём только его результаты:

t¢=922,3^оС; t_н=124,4^оС; `t<sub>1</sub>= 1126,1<sup>о</sup>C; `t₂=523,379^оC;

R₁=0,305 (м²×К)/Вт; R₂=0,598 (м²×К)/Вт;

a=15,31 Вт/(м²×К); R_н=0,065 (м²×К)/Вт;

R₀=0,968 (м²×К)/Вт; q²=1353, 305

     Так как разность q¢ и q² меньше ±5%, пересчёта не требуется.

     Тепловое  сопротивление пода больше, чем стен. Отсюда можно принять удельные потери через под 0,75 от потерь через стены, т. е.:

q_n.n=0,75×q_cт=0,75×1353,305=1015 Вт/м².

 

б)Потери тепла через кладку свода.

     Расчёт  проводим методом последовательного  приближения аналогично расчёту  потерь через кладку стен, поэтому  приведём только результаты расчёта: t_н=183,9^оС, a=52 , R₀=0,144 , q=9087,81 .

 

                Рисунок 9.  Схема  свода печи.

 

     Потери  тепла через кладку вычисляем  по формуле:

где - плотность теплового потока в окружающую среду (через стены, под и свод печи);

  - расчетная поверхность i-го элемента кладки, м².

 Расчётная  поверхность пода:

где В_п=9,6 (м) – ширина печи,

L – длина пода при торцевой загрузке: