3. Расчет рабочего пространства печи

Масса заготовки: М=

Расчетная длина активного пода:

Длина активного пода:

Площадь активного пода:

Напряжение активного пода:

Скорость нагрева:

Проталкивающая длинна пода при торцевой загруке:

Толщина торцевой стороны со стороны загрузки принимаем равной 0,6 м.

следовательно под может быть горизонтальным;

Определение активной длины пода по зонам нагрева:

- методическая зона:

- сварочная зона:

4. Тепловой баланс методической печи.

Приход тепла.

1)Определим химическое тепло топлива:

_{где В(м}³_{/с) – расход газа подаваемого па печь.}

2)Физическое тепло воздуха:

где i_В– энтальпия воздуха, равная 532,08 приt_В=400^оС [3. стр.37].

3)Тепло экзотермических реакций:

где а=0,01 – 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=841,2(кДж/кг) и i_н=380,45(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=1230(К) иt_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 (Д-500) h=116 мм.

Под печи трехслойный:

• первый (внутренний) слой – хромомагнезитовый кирпич h=186 мм;

• второй (рабочий) слой – ШБ (шамотный кирпич класса Б) h=210 мм;

• третий слой – Д-500 теплоизоляционный диатомитовый кирпич . h=140 мм.

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:

t₁

S₁

l₁

S₂

l₂

t

S₂

l₂

S₁

l₁

Толщина стенки, мм

Рис.2 Схема стенок печи.

Расчёт ведётся методом последовательных приближений.

Первое приближение.

Предварительно находим тепловое сопротивление кладки при температуре ,где- на границе слоев (ШБ) и- наружных слоев.

Тепловое сопротивление слоя:

Принимаем коэффициент теплоотдачи равным a₀=15, .

Внешнее тепловое сопротивление:

Общее тепловое сопротивление:

Плотность теплового потока при t_п=1350^оС иt_в=20^оС:

Так как разница между предыдущим и полученным значениями

q> 5%,расчет необходимо повторить.

Второе приближение.

Находим температуру на границах слоев кладки:

Средняя температура слоя:

Теплопроводность слоя:

Тепловое сопротивления слоя:

Коэффициент теплоотдачи:

Внешнее тепловое сопротивление:

Общее тепловое сопротивление:

Плотность теплового потока при t_к=1330^оС иt_в=20^оС:

Так как разница между предыдущим и полученным значениями q > 5%, расчет

необходимо повторить: q=q-q₀/q100%=(1366-906,3)/1366100%=33,7%.

Так как разница между предыдущим и полученным значением более 5%, расчёт необходимо повторить.

Третье приближение.

Этот расчёт выполняется по аналогии с предыдущим, поэтому приведём только его результаты:

t=940,2^оС;t_н=134,3^оС;t₁= 1145,1^оC;t₂=537,25^оC;

R₁=0,30 (м²К)/Вт; R₂=0,58 (м²К)/Вт;

=15,9 Вт/(м²К); R_н=0,06 (м²К)/Вт;

R₀=0,94 (м²К)/Вт;q²=1409,6

Так как разность q¢иq²меньше±5%, пересчёта не требуется.

Тепловое сопротивление пода больше, чем стен. Отсюда можно принять удельные потери через под 0,75 от потерь через стены, т. е.:

q_n.n=0,75q_cт=0,751409,6=1057,2 Вт/м².

б)Потери тепла через кладку свода.

Расчёт проводим методом последовательного приближения аналогично расчёту потерь через кладку стен, поэтому приведём только результаты расчёта: t_н=356,2^оС,=28,8,R₀=0,155 ,q=8548,4 .

Температура, ^оС

Рис.3 Схема свода печи.

Потери тепла через кладку вычисляем по формуле:

где - плотность теплового потока в окружающую среду (через стены, под и свод печи);

- расчетная поверхностьi-го элемента кладки, м².

Полная длина и ширина пода:

Расчётная поверхность пода и свода печи принимаются равными, учитывая конструктивные особенности печи:

L– длина пода при торцевой загрузке:

Расчётная поверхность кладки стен:

где H_м=H₀+=1,0 м,

H_св=H₀+=1,7 м,

H=0.8 м,

H=0.7 м,

S=0,3 м.

Следовательно потери тепла через кладку:

5) Потери тепла через окна:

Принимаем, что окно посада открыто всё время (j₁=1) наh₀=2=0,7 м

Площадь открытия окна посада:

Площадь открытия окна выдачи:

Толщина кладки стен _ст=0,464 м.

Коэффициент диафрагмирования окна Ф=0,78, Ф=0,8 [5. рис.1].

Температура газов:

• у окна задачи =1273К;

• у окна выдачи =1623К.

Потери тепла через окно задачи:

Потери тепла через окно выдачи:

Общие потери тепла излучением:

6) Потери тепла с охлаждающей водой.

В табл.1 [4] указаны водо-охлаждаемые элементы методических печей и потери в них.

Расчётом определяем только потери в продольных и поперечных трубах, так как это составляет 80-90% от всех потерь. Остальные потери учитываются увеличением полученных потерь в трубах на 10-20%.

Максимальное расстояние между продольными трубами:

С учётом запаса прочности расстояние между трубами принимаем на 20-30% меньше максимального:

Диаметр и толщина подовых труб: 133´22 мм.

Количество продольных труб:

где l_з– длина заготовки, м.

Свешивание заготовки:

Общая длина продольных труб:

Поверхность нагрева продольных труб:

Плотность теплового потока принимаем равной q_пр=100 [3.табл.1].

Потери тепла с охлаждающей водой продольных труб:

Расчёт продольных труб:

Количество сдвоенных поперечных труб:

_{Длину одной поперечной трубы принимаем равной ширине пода}

Общая длина поперечных труб:

_{Плотность теплового потока принимаем равным}

Поверхность нагрева поперечных труб:

Потери тепла с охлаждающей водой поперечных труб:

Общие потери с охлаждающей водой подовых труб:

Потери тепла с охлаждающей водой всех водо-охлаждаемых элементов печи без теплоизоляции подовых труб:

_{а с теплоизоляцией подовых труб:}

7)Неучтённые потери тепла составляют (10-15)% от суммы статей Q_к+Q_п+Q_в:

Общий расход тепла:

Приравнивая расход тепла к приходу, получим уравнение теплового баланса:

или

, тогда расход топлива с термоизоляцией

Выбираем трубы без изоляции.

Таблица 3

Тепловой баланс печи (подовые трубы без теплоизоляции)

Статья	Приход тепла		Статья	Расход тепла
	кВт	%		кВт	%
Химическое тепло топлива Qx Физическое тепло воздуха Qфв Тепло экзотермических реакций Qэ	54053,1 7564,13 2432,9	84,4 11,80 3,80	Потери тепла с окалиной Qo Потери тепла с уходящими газами Qфг Потери через кладку Qк Потери тепла излучением Qл Потери с охлаждающей водой Qбв Неучтённые потери Qбн Расход тепла на нагрев металла Qм	346,5 30444,3 1870,5 605,22 9903 1237,9 19641,5	0,5 47,5 3,0 0,9 15,5 2,0 30,6

Всего: 64050,13 100 64048,92 100

Таблица 4

Тепловой баланс печи (подовые трубы с теплоизоляцией)

Статья	Приход тепла		Статья	Расход тепла
	кВт	%		кВт	%
Химическое тепло топлива Qx Физическое тепло воздуха Qфв Тепло экзотермических реакций Qэ	39889 5582,02 2432,9	86,23 10,99 2,78	Потери тепла с окалиной Qo Потери тепла с уходящими газами Qфг Потери через кладку Qк Потери тепла излучением Qл Потери с охлаждающей водой Qбв Неучтённые потери Qбн Расход тепла на нагрев металла Qм	346,5 22466,7 1870,5 605,22 2476 495,2 19641,5	0,70 46,90 3,90 1,30 5,20 1,00 41,00

Всего: 47903,92 100 47902 100

Определим другие показатели без теплоизоляции.

Коэффициент полезного действия печи:

Удельный расход тепла:

Удельный расход условного топлива:

_{где Qу=29300 кДж/кг – теплота сгорания условного топлива.}

Для дальнейших расчетов:

- расход воздуха:

- расход продуктов горения:

Определим другие показатели с теплоизоляцией.

Коэффициент полезного действия печи:

Удельный расход тепла:

Удельный расход условного топлива:

_{где Qу=29300 кДж/кг – теплота сгорания условного топлива.}

Для дальнейших расчетов:

- расход воздуха:

- расход продуктов горения:

_{На основании произведенных расчетов можно сделать вывод о том, что целесообразно применять подовые трубы с теплоизоляцией. Это необходимо для экономии топлива и увеличения КПД методической печи.}