Курсовая работа (т): Тепловой расчет методической печи

- температура центра металла в конце методической зоны,

Определяем температурный критерий Θ и критерий Bi

=0.20

При средней температуре металла

tсв=0.25(744+668+1240+1140)=948 oC

λ=27.6 Вт/м∙К

a=5.56×10-6 м2/с

=2,44

критерий Фурье=0.7

Время нагрева в сварочной зоне

                                                                                                           (17)

=4079,1 с (1,1 ч)

Температура в центре сляба в конце сварочной зоны

Θцентр=0,46

=1380-(1380-744)×0,46=1087 Ос

2.3.5. Определение времени нагрева металла в томильной зоне

Перепад температур по толщине металла в начале томильной зоны составляет

  (18)

Коэффициент несимметричности

=0,33=1.4

При средней температуре металлат=0,25(1240+1240+1190+1087)=1189

λ=29,7 Вт/м∙К

a=5.83×10-6 м2/с

Время томления

=7780 с(2,2ч)

Полное пребывание металла в печи:

τ=5450,47+4079,1+7780=17309,57 с (4,8 ч)

2.4.   Уточнение основных размеров печи

Для обеспечения производительности P=90 т/ч в печи должно одновременно находиться следующее количество металла

где τ - полное время нагрева метала, ч

=432 т

Масса одной заготовки равна

g=b×h×l×ρ=0.3×0.3×4.8×7850=3391.2 кг

количество заготовок, одновременно находящихся в печи

≈127 шт

При однорядном расположении заготовок, общая длина печи=bn (23)

где b - ширина заготовки, м

L=0.3×127=38.1 м

При ширине печи B=5.3м площадь пода

=201.93 м2

Длина методической зоны

=11,91 м

Длина сварочной зоны

=8,73 м

Длина томильной зоны

=17,46 м

(Проверка: 11,91+8,73+17,46=38,1 м)

2.5.   Тепловой баланс

2.5.1. Приход тепла в рабочее пространство печи

2.5.1.1.Тепло от горения топлива

где B - расход топлива, м3/с

 - теплопроводная способность топлива, кДж/м3

 кВт

2.5.1.2.Тепло, вносимое подогретым воздухом

где  - теплосодержание при температуре подогрева, кДж/м3

- расход воздуха на 1 м3 топлива, м3/м3

кВт

2.5.1.3.Тепло экзотермических реакций

где 5650 - количество тепла полученное от окисления 1 кг железа, кДж/кг;

а = 0,01-0.03 - доля угара металла;

Р - производительность печи, кг/с

кВт

2.5.2. Расход тепла

2.5.2.1.Полезно затраченное тепло

где i кон - энтальпия металла при конечной температуре нагрева , кДж/ кг

iнач - энтальпия металла при начальной температуре, кДж/кг

 кВт

2.5.2.2 Тепло, уносимое уходящими продуктами сгорания

где  - количество дыма, образующееся при сжигании 1 топлива,

 - теплосодержание дымовых газов кДж/м3

Теплосодержание дымовых газов при температуре tух=950˚С находим по приложению II [2](1972,43+2226,75)×0,5=2099,59(1243,55+1393,86)×0,5=1318,71(1319,67+1480,11)×0,5=1399,89O (1517,87+1713,32)×0,5=1615,60

=180.14

=0.7243×1318.71=955.14

=0.0251×1399.89=35.14

=0.1649×1615.60=266.41

=1436,83 кДж/м3

=17747,078×B

2.5.2.3 Потери тепла теплопроводностью через кладку печи

Потери тепла через кладку определяются отдельно для стен и свода.

Потери тепла через стены

Стены печи состоят из слоя шамота Sш= 0.345 м и слоя диатомита, толщиной SД = 0.115м

При определении теплового потока через двухслойную стенку необходимо задаться промежуточной температурой на границе слоёв t1 и температурой наружной поверхности кладки tкл. нар..

Рисунок 10 - Передача тепла через двухслойную стенку

tкл.вн=1200 oC ; tвозд=20 oC

задаемся: t1=1000oC ;t2=100oC

tср.ш=(1200+1000)0,5=1100oC

tср.д=550oC

Коэффициент теплопроводности шамотного слоя

 ; Вт/м∙К                                                       (30)

=0,88+0,00023×1100=1,133 Вт/м∙К

Коэффициент теплопроводности диатомитового слоя

=0,163+0,00043×550=0,3995 Вт/м∙К

α=10+0,06×tст ; Вт/м2∙К (31)

α=10+0,06×100=16 Вт/м2∙К

                                                             (32)

 Вт/м2

Проверка принятых температур

=925,5 оС

=392 оС

λш=0,88+0,00023×925,5=1,093 Вт/м∙К

λд=0,163+0,00043×392=0,332 Вт/м∙К

α=10+0,06×133=17,98 Вт/м2∙К

 Вт/м2

t1=1200-1643.45×0.316=680.67 oC

t2=20+1643.45×0.056=112.03 oC

∆t1=685.33-680.67=4.66 oC

∆t2=133-112.03=20.91 oC

где Fст - площадь поверхности стен, м2

                                             (35)

=2×11,91×2×1,1+2×8,73×2×1,85+2×17,46×2×0,7=165,9 м2

Торцы печи

                                              (36)

=18,038 м2

Fст=165,9+18,038=183,938 м2

Qст=1643,45×183,938∙10-3=302,293 кВт

Потери через свод

Площадь свода принимаем равной площади пода

=201.93 м2                                                                                      (37)

толщина свода Sк=0,3 м; температура внутренней поверхности свода равна средней температуре газов tг=1200 oC принимаем температуру наружной поверхности свода tнар=340 оС

Рисунок 11 - передача тепла через свод печи

α=1,3(10+0,06×340)=39,52 Вт/м2

λк=1,75+0,00086×tк                                                                                        (39)

tк=0,5(1200+340)=770 оС

λк=1,75+0,00086×770=2,4122

=7852,349 Вт/м2

Qсв=qсв×Fсв∙10-3 кВт                                                                                   (40)

где Fсв - поверхность свода, м2

Qсв=7852,349×201,93∙10-3=1585,625 кВт

Qпод=10% от Qст+Qсв                                                                                             (41)

Qпод=(302,293+1585,625)×10%=188,8 кВт

Потери через футеровку

Qкл=Qст+Qсв                                                                                                    (42)

Qкл=302,293+1585,625=1887,918 кВт

2.5.2.3.Неучтенные потери

Qнеучт=0,15(Qкл+Qохл) ; кВт                                                                   (43)

Qнеучт=0,15(1887,918+4313,633×B)=283,188+647,045×B кВт

2.5.2.4 Потери тепла с охлаждающей водой

 (44)

 кВт

Уравнение теплового баланса

Qхим+Qв+Qэкз=Qмет+Qух+Qкл+Qохл+Qнеучт                              (45)

37118,503×B+6017.825×B+1412,5=

=21083.5+17747.078×B+1887.918+4313.633×B+283.188+647.045×B

B(37118.503+6017.825-17747.078-4313.633-647.045)=21842,106

B=21842,106/20428.572

B=1.07 м3/с

Таблица 4 - Результаты расчетов

неувязка 0,03%

2.6 Технико-экономические показатели работы печи

газ сварочный батарейный нагрев

Удельный расход тепла

Удельный расход тепла на нагрев 1кг металла определяется по формуле

где B - расход топлива, м3/с

 - низшая теплота сгорания, кДж/м3

Р - производительность печи, кг/с

=1588,67 кДж/кг

Коэффициент полезного действия

Qме - полезно затраченное тепло на негрев металла, кВтпол - количество тепла, израсходованное в печи, кВт

=44,3 %

Удельный расход условного топлива

=0,0542 кг/кг

Библиография

1. Кривандин В.А. Теория, конструкции и расчеты металлургических печей 1том Москва: Металлургия, 1986 г.

. Мастрюков Б.С. Расчеты металлургических печей 2том, Москва: Металлургия, 1986 г.

. Тайц Н.Ю. Методические нагревательные печи, Металлургиздат,1964г.