Материал: Проектирование печи с шагающими балками для нагрева металла перед прокаткой

 °С

  Вт/м ²

Принимаем степень черноты металла и кладки равными

ε_м = 0.75

ε_к = 0.8

Находим температуру кладки

°С

По уточненному значению Т_к находим

  Вт/м²

 Вт/м²·К⁴

Плотность потока результирующего излучения на металл

Вт/м ²

в конце методической зоны

 °С

  Вт/м ²

Находим температуру кладки

°С

По уточненному значению Т_к находим

  Вт/м ²

 Вт/м ²·К ⁴

Плотность потока результирующего излучения на металл

Вт/м ²

Средняя по длине методической зоны плотность результирующего теплового потока на металл равна

 Вт/м ²

Находим температуру центра блюма в конце методической зоны по формуле

Здесь

λ=33,4 Вт/м·К - коэффициент теплопроводности стали 25Г 2С при t=750°С IX (приложение [4]);

S=μ·h расчетная толщина блюма

μ = 0.55 коэффициент несимметричности нагрева (табл. 12 [4])

 °C

Находим среднюю температуру металла: в начале зоны

 °C

в конце зоны

 °C

По длине зоны

 °C

При средней температуре металла по длине методической зоны по приложению IX [4] находим коэффициент теплопроводности стали 25Г 2С и удельную теплоемкость

λ=28,3 Вт/м·К

с = 0.695 кДж/кг·К

Находим время нагрева металла в методической зоне

ρ=7800 кг/м ³

=2225 с или 0,61ч

.2 Время нагрева металла в сварочной зоне

Поскольку началом сварочной зоны является конец методической зоны, то из предыдущего расчета заимствуем:

; °С; ; °С;  

 °С;  °С; Вт/м²

в конце сварочной зоны

 °C

По графикам рис 13-15 (1) в конце сварочной зоны при t^//_фкон = 1428°С

;; β=1,08

Ориентировочно зададимся значением температуры кладки в конце сварочной зоны

 °C

  Вт/м ²

 Вт/м²

Находим температуру кладки

°С

Плотность потока результирующего излучения на металл

Вт/м²

Средняя по длине сварочной зоны плотность результирующего теплового потока на металл равна

 Вт/м²

Находим температуру центра блюма в конце сварочной зоны по формуле

 °C

Находим среднюю температуру металла: в начале зоны

 °C

в конце зоны

 °C

По длине зоны

 °C

Находим время нагрева металла в сварочной зоне

 с

или  ч

6.3 Время томления металла

Перепад температур по сечению металла в начале томильной зоны

 °С

в конце зоны °С

Степень выравнивания температуры

По графику на рис. 19 (кривая 3)[4] находим F₀= 2.1

При средней температуре металла в томильной зоне

 °С

по приложению IX [4] находим значение коэффициента температуропроводности стали 25Г 2С a=5,83·10^-6 м ²/с

Тогда время томления металла

  с

или  ч

Общее время нагрева металла

τ= τ_м+ τ_св+ τ_том τ=5260 с

или τ_ч = τ_мч+ τ_свч+ τ_томч τ_ч=1,45 ч

7. Определение основных размеров печи

Для обеспечения производительности Р=33,33 кг/с в печи должно одновременно находиться количество металла

G=P·τ G=1,753·10⁵ кг

Масса одного блюма

g_б=h·b·l·ρ g_б=1834 кг

Число блюмов, одновременно находящихся в печи

С учетом зазоров (а =h/2) между блюмами длина печи равна

а =h/2

L=n_б·(h+a) L=19,95 м

При ширине печи В = 12,5 м площадь пода

F=B·L F =249,37 м ²

Высоту всех зон оставляем прежней Н = 1 м

Длину печи разбиваем на зоны пропорционально времени нагрева:

длина методической зоны

 м

длина сварочной зоны

 м

длина томильной зоны

 м

Принимаем, что свод печи выполнен из шамота класса А толщиной 300 мм. Стены имеют толщину 460 мм, причем, слой шамота составляет 345 мм и слой тепловой изоляции (диатомитовый кирпич) 115 мм. Под печи двухслойный: высокоглиноземистый кирпич толщиной 460 мм и диатомитовый кирпич 115 мм.

Рис. 4 Эскиз печи (разрез, футеровка)

8. Расчёт теплового баланса печи

Тепловой баланс печи состоит из ряда статей прихода и расхода теплоты, которые необходимо рассчитать, чтобы определить потребное количество топлива.

.1 Томильная зона

.1.1 Тепло, получаемое в результате сгорания топлива

где B_том - расход топлива, м³/с;

- низшая теплота сгорания топлива;

Q_х=35,01·B_том, МДж/с

.1.2 Тепло, вносимое подогретым воздухом

Q_в=В∙с_в∙t_в∙n∙V_в=В∙1,329∙400∙1,05∙9,429=5,26 ·B Мдж/с

где t_в - температура подогрева воздуха, °С; с_в - средняя удельная теплоемкость воздуха в интервале температур от 0° С до t_в, кДж/(м ³∙°С); n - коэффициент избытка воздуха; V_в - количество воздуха, теоретически необходимого для сжигания единицы топлива, м ³/м ³;

.1.3 Тепло экзотермических реакций

В этой статье при составлении теплового баланса учитывают все химические реакции, идущие с положительным тепловым эффектом, кроме реакций горения топлива. В нагревательных печах учитывают тепло, выделяющееся при окислении металла. При окислении

кг металла выделяется 5652 кДж/кг тепла, поэтому

= 0,942 МДж/с

где Р - производительность печи, т/ч;

а - величина угара металла в %, для печей с шагающими балками 0,5%

Суммарный приход тепла в томильную зону

= Q_х+Q_в+ Q_экз;

=35,01·B_том+5,26·B_том+0,942=40,27∙В_том+0,942 МДж/с.

.1.4 Тепло, затрачиваемое на нагрев металла

Q_пол=Р∙с_м∙t_м.к,

где Р - производительность, кг/ч;

t_м.к - конечная температура нагрева металла, °С;

с_м - средняя удельная теплоемкость металла в интервале температур от 0° С до t_м.к;

Q_пол=120∙0,695∙1100∙=28,26 МДж/с.

.1.5 Тепло, уносимое отходящими газами

Q_ух=В_том∙с_ух∙t_ух∙V_ух,

где t_ух - температура отходящих из печи дымовых газов, °С;

с_ух - средняя удельная теплоемкость отходящих из печи газов, определяется по формуле

с_ух =∙0,0912+∙0,1812+∙0,0091+∙0,7185;

с_ух=2,2886∙0,0912+1,77∙0,1812+1,5065∙0,0091+1,4065∙0,7185=1,553 кДж/(м ³∙°С);

V_ух - объём продуктов сгорания, образующихся при сжигании 1 м ³ топлива;

Q_ух=В_том∙1,553∙1150∙10,94=19,538·B_том МДж/с

.1.6 Потери тепла в результате теплопроводности через кладку

Q_кл=2 МДж/с.

.1.7 Неучтенные потери

Q_пот=0,15∙(Q_ух+ Q_кл)=0,15∙(19,538·B_том+2)=(2,930·B_том+0,3) МДж/с.

Суммарный расход тепла в томильной зоне

= Q_пол + Q_ух + Q_кл + Q_пот;

=28,26+19,538·B_том+2+2,930·B_том+0,3=(22,468∙В_том+30,56) МДж/с.