Расчёт металлургической печи (стр. 2 из 7)
Повторно принимаем t2=1600°C.
Энтальпия продуктов горения при t2=1600°C:
i2=(3815,86×15,11+2328,65×72,4+2463,97×11,139+2979,13×1,347)×10-2= =2577,427 кДж/м3.
Имеем i2<in<i1,следовательно, t2<tk<t1.
Интерполяцией находим:
=1700 – 19,225=1680,775°С.Требуемая калориметрическая температура:
=(1230+100)/0,7=1900°С,где tМ=1230 – температура нагрева сляба,
Dt=100 – т.к. методическая печь с трех ступенчатым режимом нагрева,
h=0,7 – т.к. методическая печь.
Т.к. tk < tkТР , то необходим подогрев воздуха.
Энтальпию продуктов горения при tkТР=1900°С находим экстраполяцией:
=3105,035 кДж/м3.Определяем минимальную необходимую температуру подогрева воздуха:
кДж/м3.Принимаем при t¢1=400°Ci¢1=532,08кДж/м3 и при t¢2=500°Ci¢2=672,01кДж/м3,
а затем интерполяцией находим:
=454,34°С.Следовательно, для получения температуры печи 1330°С температура подогрева воздуха должна быть 454°С.
2. Расчёт нагрева металла.
2.1 Расчёт основных размеров рабочей камеры и параметров
теплообмена.
Примем напряжённость рабочего пода P=600
Площадь рабочего пода:
Длина рабочего пода:
где l – длина заготовки, м.
Допускаемая длина рабочего пода:
где d - толщина заготовки, м;
k – коэффициент, характеризующий наклон пода к горизонтали [2. стр.27].
Так как Lp<Lпр, принимаем однорядную укладку заготовок, nр=1.
Ширина пода при e=0,2 м:
где е – промежуток между стенкой печи и металлом и между рядами заготовок.
Размеры нагреваемого сляба: d×B×l=230´850´9200 (мм).
Посад холодный, температура нагрева Ме – 1230 °С.
Производительность печи: 155 т/ч.
Состав стали: С=0,3%; Si=0,15%; Mn=0,3 %.
Теплопроводность углеродистой стали при 0°С:
l=70-10,1×С-16,8×Mn-33,8×Si=70-10,1×0,3-33,8×0,15=56,86 Вт/(м2×К).
Метод нагрева в печи принимается двусторонний. Коэффициент несимметричности нагрева m=0,55 при двустороннем нагреве на поду из водо-охлаждаемых труб. Подогреваемая толщина изделия:
S=m×d=0,55×0,23=126,5 мм.
Максимальная рабочая температура газов (печи) - tп=1330°С.
2.2 1-я ступень нагрева – методическая зона.
Начальные температуры металла: поверхности tми=0°С
середины tсм=0°С .
Конечная температура середины заготовки – tск=600°С .
Разность температур между поверхностью и серединой заготовки (700-800)×S принимаем равной 90°С. Тогда конечная температура поверхности заготовки – tмк=690°С. Средняя теплопроводность металла в процессе нагрева данной ступени: l=0,9×56,86=51,174 Вт/(м2×К).
Конечная средняя по массе температура металла:
`tк=( tск+ tмк)/2=(600+690)/2=645°С.
Конечное теплосодержание металла при 645°С принимаю:
Средняя теплоемкость металла от начальной температуры 0°С до конечной 640°С:
.Средний коэффициент температуропроводности металла:
аср=l/(С×r)=51,174/(0,5826×103×7800)=0,011259×10-3 м2/с.
На основе анализа рекомендуемых чертежей принимаем высоту свободного пространства над металлом H0=1 м.
Эффективная длина луча:
Произведение эффективной длины на парциальное давление излучающих газов:
При температуре печи (газов) 1100°С степень черноты
а поправка для 
Степень черноты газов:
а степень черноты металла принимается eм=0,8.
Степень развития кладки:
Приведённый коэффициент излучения:
где С0=5,7–коэффициент излучения абсолютно чёрного тела.
Начальное значение коэффициента теплоотдачи излучением
(при t0=1000°C, tп=0°C) и конечное значение - 
(при t0=1330°C, tп=690°C) рассчитываем соответственно по формулам: 
Среднее значение коэффициента теплоотдачи излучением вычисляем по формуле:
.Коэффициента теплоотдачи конвекцией принимается aКОН =15 Вт/(м2×К).
Суммарное значение коэффициента теплоотдачи:
.Определяем критерий БИО по формуле:
.Температурный критерий для середины заготовки:
.По графикам Д.В. Будрина [2,прил.5] для Bi=0,3304 и q=0,4849; критерий Фурье равен Fo=2,8.
Время нагрева металла в методической зоне печи определяется как:
.При значениях Bi=0,3304 и Fo=2,8 по графику Д.В. Будрина для поверхности пластины [2,прил.5] температурный критерий qп=0,42. Откуда:
=1165-1165×0,42=675,7°С.Ранее была принята
=690°С. Расхождения между принятой и полученной температурами составляет 14,3°С, и оно не может отразиться на результатах расчета.2.3 2-я ступень нагрева – сварочная зона.
Температура металла начальная:
tcн=600°С и tпн=675°С, tм=1230°С .
Конечная температура середины металла - tcк=1165°С.
Средняя температура металла по массе и времени:
Средняя теплопроводность металла:
l913=0,68×l0=0,68×56,86=38,664 Вт/(м2×К).
Начальная средняя по массе температура металла:
tcр=(600+675)/2=637,5°С.
Начальное теплосодержание металла при 637,5°С [2, прил.3]:
.Конечная средняя по массе температура металла:
tcр=(1230+1165)/2=1197,5°С.
Конечное теплосодержание металла при 1197,5°С [2, прил.3]:
.Средняя теплоемкость металла от начальной температуры 637,5°С до конечной 1197,5°С:
.На основе анализа рекомендуемых чертежей принимаем высоту свободного пространства над металлом в сварочной зоне H0=1,7 м.
Эффективная длина луча:
Произведение эффективной длины на парциальное давление излучающих газов:
При температуре печи (газов) 1330°С степень черноты
а поправка для - 
[2,прил. 4].Степень черноты газов:
а степень черноты металла принимается eм=0,8.
Степень развития кладки:
