125394 (690517), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

(⁰С), (23)

где t_ПК – конечная температура поверхности металла, ⁰С (см. [1]).

Температура газов во втором периоде t_2Г при трехступенчатом режиме нагрева определяется из условий службы огнеупоров и других соображений. Величина t_2Г обычно равна (по формуле 24):

(⁰С) (24)

Температуры поверхности металла в конце промежуточных этапов t_П и температуры центра t_Ц предварительно задаются на основе практических данных, а затем уточняются расчетом.

3.2 Время нагрева металла

Изделие является достаточно массивным, поэтому примем, что температурный режим состоит из двух периодов: нагрева и выдержки. В период нагрева температура поверхности изделия повышается от до , температура дымовых газов в печи t_Г меняется от 700 ºС до значения, вычисленного (по формуле 25):

(⁰С) (25)

Температура футеровки находится (по формуле 26):

(⁰С) (26)

Период нагрева разобьём на три интервала, в пределах которых температуру продуктов сгорания будем считать постоянной.

В период нагрева тепловая нагрузка печи (расход топлива) неизменна. В период выдержки тепловая нагрузка печи снижается так, что температура дымовых газов , металла и футеровки остаются неизменными.

Площадь тепловоспринимающей поверхности металла (по формуле 27):

(м²) (27)

Площадь внутренней поверхности рабочего пространства печи (за вычетом площади, занятой металлом) находится (по формуле 28):

(м²) (28)

Степень развития кладки находится (по формуле 29):

(29)

Эффективная длина луча находится (по формуле 30):

(м) (30)

3.2.1 Период нагрева

3.2.1.1 Первый интервал

Средние за интервал температуры вычисляются путем среднего арифметического между начальной температурой интервала и конечной равны (см. [1]):

Парциальные давления излучающих компонентов продуктов сгорания равны (см. [1]):

(кПа), (сюда включено );

(кПа).

Произведения парциальных давлений на эффективную длину луча

равны (см. [1]):

(кПа∙м);

(кПа∙м).

По номограммам (см. [1]) при находим:

Плотность потока результирующего излучения металла находим по формуле, принимая степень черноты металла равной и шамотной кладки , находим значения комплексов.

Находим значение комплекса М (по формуле 31):

(31)

Находим значение комплекса А (по формуле 32):

(32)

Находим значение комплекса В (по формуле 33):

(33)

Находим значение результирующего потока энергии (по формуле 34):

(34)

Коэффициент теплоотдачи излучением в 1-м интервале периода нагрева находится следующим образом (формула 35):

(35)

Принимая значение коэффициента теплоотдачи конвекцией равным Вт/м²∙К, находим величину суммарного коэффициента теплоотдачи (по формуле 36):

(36)

Заготовку прямоугольного сечения с b/h < 1,8 можно представить в виде эквивалентного цилиндра с диаметром, вычисляемым (по формуле 37)

(м) (37)

Для заготовок, у которых отношение длины к эквивалентному диаметру , можно пренебречь передачей тепла через торцевые стенки.

В случае четырехстороннего нагрева коэффициент несимметричности нагрева равен (см. [1]) расчётная толщина вычисляется (по формуле 38):

(м) (38)

где – коэффициент несимметричности нагрева;

– геометрическая толщина изделия, м.

Критерий Био находится (по формуле 39):

(39)

где (Вт/м²∙К) (см. [1])при

Температурный критерий находится (по формуле 40):

(40)

По номограмме для поверхности цилиндра (см. [1]) находим значение критерия Фурье:

Продолжительность 1-го интервала периода нагрева (по формуле 41):

(с) (41)

где а = м²/с – коэффициент температуропроводности стали при (см. [1]).

Найдем температуру в середине заготовки в конце 1-го интервала периода нагрева. Для этого по номограмме для центра цилиндра (см. [1]) при значениях находим . Температура центра находится (по формуле 42):

. (42)

Среднюю по массе температуру заготовки в конце 1-го (в начале 2-го) интервала периода нагрева находим (по формуле 43):

. (43)

3.2.1.2 Второй интервал

Средние за интервал температуры продуктов сгорания и поверхностей металла и кладки равны (см. [1]):

Произведения парциальных давлений на эффективную длину луча (см. [1]) равны:

(кПа∙м);

(кПа∙м).

По номограммам (см. [1]) при находим:

Находим значение комплекса М (по формуле 31):

Находим значение комплекса А (по формуле 32):

Находим значение комплекса В (по формуле 33):

Находим значение результирующего потока энергии (по формуле 34):

Средний за второй интервал коэффициент теплоотдачи излучением (по формуле 35):

С учетом конвективного теплообмена (по формуле 36):

(Вт/м²∙К)

Значение критерия Био (по формуле 39):

Значения температурного критерия (по формуле 40):

По номограмме (см. [1]) находим, что .

Продолжительность второго интервала периода нагрева (формула 41):

(с)

Найдем температуру в середине заготовки в конце второго интервала периода нагрева (по формуле 42). Для этого по номограмме для центра цилиндра (см. [1]) при значениях находим .

Среднюю по сечению температуру заготовки в конце второго (в начале третьего) интервала периода нагрева находим (по формуле 43):

3.2.1.3 Третий интервал

Средние за интервал температуры продуктов сгорания и поверхностей металла и кладки равны (см. [1]):

Произведения парциальных давлений на эффективную длину луча (см. [1]) равны:

По номограммам (см. [1]) при находим:

Находим значение комплекса М (по формуле 31):

Находим значение комплекса А (по формуле 32):

Находим значение комплекса В (по формуле 33):

Находим значение результирующего потока энергии (по формуле 34):

Средний за интервал коэффициент теплоотдачи излучением (формула 32):

(Вт/м²∙К)

А с учетом конвективного теплообмена (по формуле 36):

(Вт/м²∙К)

Значение критерия Био (по формуле 39):

;

где λ = 30 (Вт/м К)

Значения температурного критерия (по формуле 40):

По номограмме (см. [1]) определяем .

Продолжительность третьего интервала периода нагрева (формула 41):

,

где а = 5,83 10^-6 м²/с при 1100 ⁰С (см. [1]).

Найдем температуру в середине заготовки в конце 3-го интервала периода нагрева (по формуле 42). Для этого по номограмме для центра цилиндра (см. [1]) при значениях находим .

Перепад температур по сечению заготовки в конце периода нагрева (по формуле 43):

Общая продолжительность периода нагрева (по формуле 44):

(44)

Согласно технологической инструкции, время нагрева стали 45 в нагревательном колодце составляет 1,58 часа (см. [3]).

3.2.2 Период выдержки

В течение периода выдержки средняя температура продуктов сгорания равна (см. [1]):

Температура поверхности металла (см. [1]):

Температура кладки (см. [1]):

В конце периода выдержки перепад температур по сечению заготовки ,тогда степень выравнивания рассчитывается (по формуле 45):

(45)

По номограмме (см. [1]) находим значение критерия Фурье для периода выдержки.

Тогда продолжительность периода выдержки (по формуле 46):

(46)

Общее время пребывания металла в печи (по формуле 47):

(47)

4 Футеровка печи

Футеровка печи выполняется, как правило, многослойной: огнеупорный слой и теплоизоляционный. Подину колодцев выкладывают обычно в три слоя: внутренний слой из хромомагнезитного кирпича, средний – шамотный кирпич, внешний теплоизоляционный слой из диатомитового кирпича.

Стена колодцев выполняют трехслойными. Внешний слой – теплоизоляционный, затем слой шамотного кирпича. Внутренний слой в нижней части стен (приблизительно на 1 м высоты) выполняют из хромомагнезита, остальное из динаса.

В настоящее время применяют крышки как с арочной футеровкой, так и с подвесным сводом. И в том, и в другом случае можно применять шамотный кирпич (см. [2]).

Футеровка печи приведена на рисунке 2.

Рисунок 2 – Футеровка печи:

1 – шамотная присыпка;

2 – динас;

3 – хромомагнезит

Выбрана следующая кладка. Стены печи состоят из слоя динаса толщиной = 0,23 м и слоя хромомагнезита толщиной = 0,35 м.

Суммарная толщина кладки равна 0,57 м, что не превышает максимально допустимые 0,6 м.

5 Тепловой баланс печи

Тепловой баланс рабочего пространства печи представляет собой уравнение, связывающее приход и расход тепла. При проектировании печи тепловой баланс составляют с целью определения расхода топлива (в топливных печах) или мощности (в электрических печах). В этом случае статьи расхода и прихода тепла определяют расчетным путем.

Тепловой баланс действующей печи составляют с целью определения технико-экономических показателей ее работы. В этом случае статьи баланса можно определять как экспериментально, так и расчетом.

Для печей непрерывного действия тепловой баланс обычно составляют на единицу времени, для печей периодического действия – на время цикла (или отдельного периода обработки).

5.1 Приход тепла:

Характеристики

Список файлов курсовой работы