Расчёт металлургической печи (стр. 3 из 7)

Приведённый коэффициент излучения:

где С₀=5,7–коэффициент излучения абсолютно чёрного тела.

Средний коэффициент температуропроводности металла:

а_ср=l₉₁₃/(С₆₃₇×r)=38,664 /(

×10³×7800)= 5,9291×10^-6 м²/с.

Начальное значение коэффициента теплоотдачи излучением

(при t₀=1330°C, t_п=675°C) и конечное значение - (при t₀=1330°C, t_п=1230°C) рассчитываем соответственно по формулам:

Среднее значение коэффициента теплоотдачи излучением вычисляем по формуле:

.

Коэффициента теплоотдачи конвекцией принимается a_КОН =15 Вт/(м²×К).

Суммарное значение коэффициента теплоотдачи:

.

Определяем критерий БИО по формуле:

.

Температурный критерий для поверхности заготовки:

По графикам Д.В. Будрина [2,прил.7] для Bi=0,8584 и q=0,1526; критерий Фурье равен Fo=2,6.

Время нагрева металла в сварочной зоне печи определяется как:

.

При значениях Bi=0,8584 и Fo=2,6 по графику Д.В. Будрина для поверхности пластины [2,прил.6] температурный критерий для середины заготовкиq_с=0,21. Откуда:

=1330-1330×0,21=1176°С.

Ранее была принята

=1165°С. Расхождения между принятой и полученной температурами составляет 11°С, и оно не может отразиться на результатах расчета.

При нагреве заготовок перепад температур по толщине заготовки принимаем Dt_м=(250¸300)×S=(31,6¸37,95)°C, выбираем Dt_мк=30°C.

2.4 3-я ступень нагрева – томильная зона.

Температуры металла:

- начальные t_мн=1230°С , t_cн=1176°С;

- конечные t_мк=1230°С , t_cк=1200°С.

Средняя температура металла по массе и времени:

Средняя теплопроводность металла:

l₁₂₀₉=0,72×l₀=0,72×56,86=40,939 Вт/(м²×К).

Начальная средняя по массе температура металла:

t_cр=(1230+1176)/2=1203°С.

Конечная средняя по массе температура металла:

t_cр=(1230+1200)/2=1215°С.

Полученные температуры мало отличаются между собой, так что теплоемкость от 1203°С до 1215°С можно принимать равной теплоемкости от 0 до (1203+1215)/2=1209°С.

Теплосодержание стали при 1209°С [2,прил.3]:

.

Средняя теплоемкость металла от 0 до 1209°С:

.

Средний коэффициент температуропроводности металла:

а_ср=l₁₂₀₉/(С×r)=40,939 /(0,7×10³×7800)= 7,498×10^-6 м²/с.

Степень выравнивания температур:

,

где

= t_МН – t_СН=1230 – 1176=54°С.

По графику [2,прил.6] для коэффициента несимметричности нагрева m = 0,5 находим критерий Fo по формуле:

.

Продолжительность выдержки металла в томильной зоне:

.

Общее время нагрева металла в печи:

St=t₁+t₂+t₃=1,105+1,949+0,414=3,469ч

3. Тепловой баланс методической печи.

Приход тепла.

1)Определим химическое тепло топлива:

где В(м³/с) – расход газа подаваемого па печь.

2)Физическое тепло воздуха:

где i_В – энтальпия воздуха при t_В=454 ^оС [3. стр.37].

3)Тепло экзотермических реакций:

где а=0,012 – доля окисленного металла [4. стр.8];

5650 – тепловой эффект окисления 1 кг железа,

[3. стр.8];

G=155 т/ч – производительность печи.

Общий приход тепла:

Расход тепла.

1) Расход тепла на нагрев металла:

где i_к=861(кДж/кг) и i_н=0(кДж/кг) - энтальпия металла в конце и начале нагрева.

2) Потери тепла на нагрев окалины:

где m – количество окалины от окисления 1 кг железа, m=1,38

С₀ – теплоёмкость окалины, С₀=1

t_м=1503(К) и t_н - температура окалины, принимается равной температуре поверхности металла соответственно в начале и конце нагрева.

3) Потери тепла с уходящими газами:

Энтальпия уходящих газов:

4)Потери тепла через кладку теплопроводностью.

Стены печи двухслойные выполненные:

- внутренний слой – ША h=348 мм;

- внешний – диатомитовый кирпич h=116 мм.

Под печи трехслойный:

- первый (внутренний) слой – хромомагнезитовый кирпич;

- второй (рабочий) слой – ШБ (шамотный кирпич класса Б);

- третий слой – Д-500 теплоизоляционный диатомитовый кирпич.

Свод печи однослойный выполнен из каолинового кирпича: ШБ 300 мм.

Формулы для расчёта теплопроводности материалов кладки:

Шамотный кирпич ША:

Хромомагнезитовый кирпич:

Шамотный кирпич ШБ :

Диатомовый кирпич Д-500:

Каолиновый кирпич:

где

- средняя по толщине температура слоя.

а)Расчет стены печи: