Расчет рекуперативного нагревательного колодца с одной верхней горелкой. (стр. 2 из 6)
где n – количество рядов заготовок по ширине печи, принимаем n = 3
a – зазор между рядами заготовок и между заготовками и стенками печи, принимаем а =0,25 м .
Для обеспечения производительности 20,83 кг/с в печи должно одновременно находится 120 тонн металла.
Масса одной заготовки равна 3,7 тонн (см.[3]).
Количество заготовок, которые могут одновременно находиться в печи, рассчитываем (по формуле 19):
(шт) (19)Принимаем
штуки.В двухрядном расположении заготовок общая длина печи рассчитывается (по формуле 20):
(м) (20)При ширине печи
, площадь пода находится (по формуле 21): 
(м2) (21)3 Расчет нагрева металла
3.1 Температурный режим нагрева металла
Процесс нагрева разделяют на ряд периодов, при этом температура печных газов в различные периоды разная. Температурный режим нагрева влияет на изменение температуры газов в печи.
На рисунке 1 показаны графики изменения температуры газов tГ, температуры поверхности tП и центра заготовки tЦ в течение процесса нагрева.
Рисунок 1 – График изменения температуры в процессе нагрева металла:двухступенчатый нагрев
Температура газов в печи в момент загрузки заготовок t0Г зависит от величины допускаемых термических напряжений, конструкции печи, ее топливной инерции.
Значение температуры газов во втором периоде t2Г при двухступенчатом режиме нагрева и в третьем периоде t3Г при трехступенчатом режиме назначается таким, чтобы получить в конце нагрева разность температур по сечению ΔtК не более допустимой величины. Допустимую разность температур по сечению принимают обычно по практическим данным при нагреве в следующих пределах:
– для высоколегированных сталей ΔtК = 100S;
– для других марок стали ΔtК = 200S при S ≤ 0,1 (м);
Расчет допустимой разности температур по сечению заготовки проводится (по формуле 22):
ΔtК = 300S =300∙
(22)где S – прогреваемая толщина металла, S > 0,2 (м).
Обычно величина t3Г составляет (по формуле 23):
(0С), (23)где tПК – конечная температура поверхности металла, 0С (см. [1]).
Температура газов во втором периоде t2Г при трехступенчатом режиме нагрева определяется из условий службы огнеупоров и других соображений. Величина t2Г обычно равна (по формуле 24):
(0С) (24)Температуры поверхности металла в конце промежуточных этапов tП и температуры центра tЦ 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 tГ 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]).