179383 (Проект толкательной печи для нагрева заготовок под прокатку (125х125х12000мм) из низколегированной стали производительностью 80 т/ч), страница 2

При сложении получим 100%.

Состав сухих продуктов сгорания:

СО₂=V_CO2 / (V_д-V_H2O) ^.100%; СО₂=1,046/(11,222-2,017) ^.100=11,363%;

N₂=V_N2/(V_д-V_H2O) ^.100%; N₂=7,962/(11,222-2,017) ^.100=86,496%;

O₂=V_О2/(V_д-V_H2O) ^.100%; O₂=0,197/(11,222-2,017) ^.100=2,14%;

При сложении получим 100%.

Плотность продуктов сгорания:

_д=(0,44СО₂+0,28N₂+0,32O₂)/22,4;

_д=(0,44 ^. 9,321+0,18 ^. 17,974+0,28 ^. 70,95+0,32 ^. 1,755)/22,4=1,239кг/м³.

Определить теплоемкость продуктов сгорания С_v кДж/(м³К);

С_V = 0,01 (C_СO2CO₂+C_COCO+C_H2OH₂O+C_SO2SO₂+C_N2N₂+C_O2O₂),

С_V=0,01(2,2886^.9,321+1,7675^.17,974+1,4065∙70,95+1,5065^.1,755)=1,55(м³/кг);

Физическое тепло, вносимое подогретым топливом и воздухом, из расчета на единицу топлива:

Q_ф = C_т t_т+C_в t_в ,

Q_ф =157,09∙20+1,3181∙300=3537 кДж;

C_m= C_СН4 CH₄+ C_С2Н6 C₂H₆+ C_С3Н8 C₃H₈+ C_С4Н10 C₄H₁₀ + C_С2О C₂О+C _N2N ₂;

С_m=90,4∙1,566+1,9∙2,26+1,1∙3,142+0,6∙4,244+4,7∙0,8688+1,1∙1,04=157,09 кДж/(м³ К);

При подогретом воздухе и топливе калориметрическую температуру определяют по выражению:

t_к= (Q^р_н+ Q_ф)/(V_д С_v),

t_к= (35434+3537)/(11,222∙1,555)=2233 ^ОС;

Энтальпия продуктов сгорания равна:

i_п =( Q^р_н+ Q_ф )/V_д ;

i_п =(35434+3537)/11,222=3473 кДж/м³;

Определяем энтальпию i_п;

Задаются приближенно температуру продуктов горения t и определяют соответствующую ей энтальпию i_п;

Примем t₁=2373К(2100 ^ОС);

i_п^//₍₁₎= С_V ∙t₁; i_п^//₍₁₎= 1,555∙2100=3473кДж/м³;

Определяем i_п(2):

Примем t₂=2573К(2300 ^ОС);

i_п^//₍₂₎= С_V ∙t₂; i_п^//₍₂₎= 1,555∙2300=3576кДж/м³

i_п(1)< i_п< i_п(2)

3265 < 3473 < 3576

Определяем калориметрическую температуру:

t_к=t₂-( i_п(2)- i_п)(t₂-t₁)/( i_п(2)- i_п(1)).

t_к=2300 - (3576 – 3473)(2300-2100)/(3576 – 32655)=2234 ^ОС;

Действительную температуру в топке или печи определяют с учетом потерь на диссоциацию и теплопередачу в окружающую среду

t_д = ₁ t_к ;

₁ – опытный пирометрический коэффициент, зависящий от конструкции топливосжигающих устройств или печи (0,72);

t_д =0,72 ^.2233=1608 ^ОС.

4.Расчет нагрева металла в печи

Т.к. осуществляется двухрядное расположение заготовок,

следовательно ширина печи будет равна:

.

Здесь 0,25 - зазор между заготовками и стенками печи, a =0.03м - зазор между заготовками и b - ширина заготовки. Высоту рабочего пространства по практическим данным принимаем: в сварочной зоне h_св=3,1м, в методической h_мет=2,06м, в томильной h_т = 2,75 м.

Находим степень развития кладки (на1м длинны печи):

W=F_кл/F_м=(2h+B)/l;

В сварочной зоне: W_св=F_кл/F_м=(2h+B)/l; W_св= (2∙2,06+5,57)/12=0,81.

В томильной зоне: W_Т=F_кл/F_м=(2h+B)/l; W_Т =(2∙2,75+5,57)/12=0,92.

Определяем эффективную толщину газового слоя :

В методической зоне ;

В сварочной зоне .

В томильной зоне

Расчёт времени нагрева металла в методической зоне

Парциальное давление излучающих газов:

Степень черноты газа в начале методической зоне определяем

из номограмм. Температура газов в начале методической зоне принимаем 1000 ^оС

Степень черноты газов в начале методической зоны :

ε_СО2 = 0,145; ε_Н2О = 0,251; β = 1,07;

тогда

ε_г = 0,13 + 1,08 ^. 0,2 = 0,346.

В конце методической зоны Т = 1250 ^оС

ε_СО2 = 0,115; ε_Н2О = 0,21; β = 1,07;

тогда

ε_г = 0,11 + 1,08 ^. 0,14 = 0,261.

Степень развития кладки:

в сварочной зоне

в методической зоне

Определяем приведенный коэффициент излучения в вначале методической зоны:

= .

В конце методической зоны :

=

Средний по длине методической зоны коэффициент теплоотдачи излучением находим по формуле:

= =

Принимаем среднюю температуру металла в методической зоне равной:

Определяем температурный критерий θпов и критерий Био:

=

Для низколегированной стали при средней по массе температуре металла: по справочнику находим λ =38,1Вт/(м*К) и α =3,4*10-2 м2/ч

По найденным значениям Bi и θ по монограмме находим критерий Фурье для поверхности пластины,Fo=2.1

Время нагрева металла в методической зоне:

Находим температуру центра металла в конце методической зоны. Согласно номограмме для центра пластины при Fo=2.1 и Bi=0,21 температурный критерий θцент=0,6

Температура центра блюма:

=

Расчёт времени нагрева в сварочной зоне.

Найдём степень черноты газов εгсв при tг=1250 оС:

По номограммам находим степень черноты газов в сварочной

зоне (tг=1250 оС):

ε_СО2 = 0,122; ε_Н2О = 0,21; β = 1,07;

тогда

ε_г = 0,122 + 1,07 ^. 0,21 = 0,347.

Так как при средней температуре металла

t = (450+450+1200+1000)/4=775 оC

теплоёмкость низколегированной стали λ= 26,8 Вт/(м*К), а коэффициент температуропроводности α=2,1*10-2 м2/ч, тогда:

Теперь по номограмме находим критерий Фурье, Fo=4.5

Время нагрева в сварочной зоне :

Определяем температуру в центре металла в конце сварочной зоны. По номограмме при значениях Bi=0.69 и Fo=4.2 находим θцент=0,08

Тогда:

Определение времени томления металла

Допустимый перепад температур в конце нагрева Δt кон =15 оC

Степень выравнивания температур δвыр=Δtкон/Δtнач= 15/14= 1,1

При коэффициенте несимметричности, равном μ=0,55, критерий Fo для томильной зоны согласно номограмме равен Fo =0.4

При средней температуре металла в томильной зоне:

λ= 26,8 Вт/(м*К), а коэффициент температуропроводности α=2,1*10-2 м2/ч. Время томления:

Полное время пребывания металла в печи равно: ч

5. Расчёт основных размеров печи

Для обеспечения производительности 80 т/ч в печи должно одновременно находится следующие количество металла:

Масса одной заготовки :

g =bδlρ=0.125*0.125*12*7800=1.463 т.

Число заготовок одновременно находящихся в печи: шт

При двухрядном расположении заготовок общая длинна печи:

L = 3*l* n+2*0.25 = 36,5 м.

ширина В =5.57 м, площадь пода F = B L =5.57*36.5=203.3 м2

Высоты отдельных зон печи оставляем теми же, что и были приняты при ориентировочном расчёте.

Длину печи разбиваем на зоны пропорционально времени нагрева:

Длина методической зоны:

Длинна сварочной зоны: м

Длинна томильной зоны:

Напряжение пода печи:

6.Расчет рабочего пространства печи

Ширина печи будет равна: .

Высота печи:

Томильной зоны – 2,75м;

методической зоны – 2,06м;

сварочной зоны – 3,1м.

Длина печи:

методическая зона – 12м;

сварочная зона – 26 м;

томильная зона – 12м.

Количество заготовок, одновременно находящихся в печи:

Свод печи выполняем подвесного типа из каолина толщиной 300 мм. Стены печи

Имеют толщину 460 мм, причём слой шамота составляет 345 мм и слой тепловой изоляции ( диатомитовы кирпич) 115мм.

Под томильной зоны выполняем трёхслойным: тальковый кирпич 230 мм, шамот 230 мм, и тепловая изоляция (диатомитовый кирпич) 115мм.

1. Тепловой баланс

Приход тепла:

1. Химическое тепло (тепло от горения топлива):

.

1. Тепло, вносимое подогретым воздухом (физическое тепло):

3. Тепло экзотермических реакций (принимаем, что угар металла

составляет 1%):

Расход тепла:

1. Тепло затраченное на нагрев металла:

= кВт

При средней по массе и времени нагрева температуре:

t = 0.5* = 581.3 oC.

теплоёмкость металла равна см =0,591 кДж/(кг*К).

Тепло уносимое уходящими дымовыми газами:

3. Потери тепла теплопроводностью через кладку. Потерями тепла через под в данном примере пренебрегаем. Рассчитываем только потери тепла через свод и стены печи.

Потери тепла через свод.

Площадь свода принимаем равной площади пода 203,3 м2 толщина свода 0,3 м, материал каолин. Принимаем температуру внутренней поверхности свода равной средней по длине печи температуре газов.

Средней температуре продуктов сгорания по длине печи – t_вн. = t_г.ср.=1150^оС, если принять температуру окружающей среды t_окр=0^оС, то температуру поверхности однослойного свода можно принять равной 100^оС.

Средняя по толщине температура свода:

При этой температуре согласно приложению теплопроводность каолина: =

Потери тепла через стены. Стены печи состоят из слоя шамота толщиной Sш = 0.345 м и слоя диатомита толщиной Sд =0.115 м.

Площадь стен:

Методической зоны Fм =2Lмhм=2*7.68*2.06=32.38 м2;

Сварочной зоны Fсв =2Lсвhсв =2*26.615*3.1 = 165 м2;

Томильной зоны Fт =2Lтhт = 2*2.81*2.27= 12.76 м2;

Торцов печи Fторц= 5.57*1.0+5.57*2.0 = 16.71 м2.

Полная площадь стен :

F ст = 32.38+165+12.76+16.71= 226.85 м2.

Для вычисления коэффициентов теплопроводности, зависящих от температуры, необходимо найти среднее значение температуры слоёв.

Средняя температура слоя шамота:

Средняя температура слоя диатомита:

Здесь t` - температура на границе раздела слоёв, oC

- температура наружной поверхности стен, которую можно принять равной 100 oC.

Коэффициент теплопроводности шамота:

Коэффициент теплопроводности диатомита:

В стационарном режиме:

Подставляя значение коэффициентов теплопроводности: