3. Определение размеров рабочего пространства печи

Весовая производительность печи:

=90*8,3559=752,0352

где g – вес одной нагреваемой заготовки,

= =(3,14*0,15*7859*0,095²)/4=8,3559

N – штучная производительность печи, находится из условия задачи;

Величина садки:

=90*0,3762=34

где - расчетное время нагрева, ч

Активная площадь пода:

=34*0,0142=0,4845

где - площадь проекции заготовок на под печи,

=0,095*0,15=0,0142[м²]

Коэффициент загрузки пода:

, для камерных печей принимаем

Площадь пода:

=0,4845/0,4=1,2112

Весовая производительность пода:

=752,0352/1,2112=620,8753

Окончательно определяем размеры рабочего пространства печи:

Ширина пода, мм:

=5*0,15+(5+1)*(0,095/2)=1,035

где - число рядов, - длина заготовки, м; - диаметр заготовки или ее ширина, м.

Длина пода, мм:

=7*0,095+(7+1)*0,095=1,425

где - количество заготовок в ряду; a- расстояние между заготовками, м.

Высота рабочего пространства печи:

=0,8*1,035=0,828

Уточняем параметры печи:

=35

Активная площадь пода:

=35*0,0142=0,4987

Площадь пода:

=1,035*1,425=1,4749

Коэффициент загрузки пода:

=0,4987/1,4749=0,3382

Весовая производительность пода:

=752, ,0352/1,4749=532,5597

Эскиз пода, включающий размещение садки на поду печи с размерами заготовки, зазоров и габаритных размеров.

Компоновка пода печи

4. Выбор кладки. Компановка печи

Огнеупорные слои печи выполняем из шамота класса Б толщиной в 1 кирпич - 230 мм

Теплоизоляционные слои стен и пода выполняем из диатомитового кирпича, толщиной в 1/2 кирпича - 115 мм

Для защиты от механического воздействия и устранения фильтрации газов применяем кожух толщиной 4 мм.

Свод печи выполняется арочного типа. Огнеупорный слой выполняется из шамотного фасонного (клин-торец) и прямого кирпича. Толщина огнеупорного слоя 230 мм. Для уменьшения потерь тепла через кладку сверху осуществляем засыпку инфузорной землей и покрываем уплотнительной обмазкой. Толщина засыпки 115 мм

Под печи выполняется трехслойным:

1-й слой - хромомагнезит (толщина 60 мм)

2-й слой - шамот (толщина 230 мм)

3-й слой - диатомит (толщина 115 мм)

Размеры окна загрузки/выгрузки:

Высота окна:

м

Ширина окна:

=2/3*1,035=0,69 м

Толщина окна:

0,345 мм

5. Тепловой баланс. Определение расхода топлива.

5.1. Приходные статьи баланса:

5.1.1. Химическая теплота топлива

= 40589,4*B=40589,4*B [кВт],

где В – неиз­вестный пока расход топлива, м³/с или кг/с; – низшая теплота сгорания топлива, кДж/м³ или кДж/кг.

5.1.2. Тепло вносимое подогретым воздухом

=11,2349*1,2988*20*B=291,8386*B [кВт],

где – действительный расход воздуха на единицу топлива, м³/м³ или м³/кг; С_в – теплоемкость воздуха, Дж/(м³°С); – температура подогретого воздуха.

5.1.3. Тепло от экзотермической реакции горения железа

=5650*0,2089*0,02=23,6055 [кВт],

где G – секундная весовая производительность, кг/с; а – угар стали, %. Для камерных кузнечных печей а = 0,02…0,03 %; Принимаем а = 0,02; q = 5650 кДж/кг – количество тепла получаемое при окислении 1 кг железа.

5.2. Расходные статьи баланса:

5.2.1. Тепло затрачиваемое на нагрев стали.

= 0,2089*0,695*(1305-20)=186,5622 [кВт],

где C – средняя теплоемкость металла, Дж/(кг∙°С); t_к и t_н – конеч­ная и начальная температура металла, °С.

5.2.2. Потери тепла с уходящими газами

=1,05*12,3294*1,5855*1355*B=27812,3662*B [кВт],

где V_α – объем газов на единицу то­плива, м³/м³ или м³/кг; С_пг =1,5855, средняя теплоемкость продуктов сго­рания, кДж/(м^3сС); t_пг температура газов, уходящих из печи, °С.

5.2.3. Потери тепла от химической неполноты сгорания топлива

=40589,4*0,02*B=811,788*B [кВт],

где - коэффициент неполноты сгорания, =0,02

5.2.4. Потери тепла через кладку, открытое окно и неучтенные потери

1) Теплопроводности используемых материалов имеют следующие значения,

шамот

хромомагнезит

диатомитовый кирпич

Значения теплопроводностей слоев необходимо выбрать по средним температурам, которые можно вычислить по следующим формулам:

Двухслойная кладка:

Средняя температура внутреннего слоя: =0,5*(1355+20)=687,5

наружного слоя =0,5*(687,5+20)=353,75

где - температура окружающего воздуха (принимаем =20 ), - температура рабочего пространства печи.

Тогда теплопроводности слоев:

шамот =1,04+1,51*10^-4*687,5=1,1438

диатомитовый кирпич =0,16+3,15*10^-4*353,75=0,2714

Трехслойная кладка:

Средняя температура внутреннего слоя: = 0.5*(1355+687,5)=1021,25

промежуточного слоя =0.5*(1355+20)=687,5

наружного слоя =0.5*(687,5+20)=353,75

где - температура окружающего воздуха (принимаем =20 ), - температура рабочего пространства печи.

шамот =1,04+1,51*10^-4*687,5=1,1438

диатомитовый кирпич =0,16+3,15*10^-4*353,75=0,2714

хромомагнезит :=7.2-4.2*10^-4*1021,25=2,9108

2) Суммы тепловых сопротивлений отдельных частей кладки :

под: =

= 0,115/0,2714+0,23/1,1438+0,06/2,9108 =0,6454

где , , - толщины слоев пода, а , , - соответствующие им теплопроводности

свод: =0,115/0,2714+0,23/1,1438=0,6248

где , - толщины слоев свода, а , - соответствующие им теплопроводности

стены: =0,115/0,2714+0,23/1,1438=0,6248

где , - толщины слоев стен, а , - соответствующие им теплопроводности

3) Площади наружных поверхностей, м²:

передняя и задняя стены: =2,115*1,5782=3,3378

торцевые стены: =1,725*1,5782=2,7223

свод: =1,725*2,115=3,6484

под: =1,725*2,115=3,6484

где , , - наружные размеры печи

4) Коэффициенты теплоотдачи для наружных поверхностей кладки :

Свода – 35

Стен – 25

Пода – 15

5) Тепловые потери кладкой в окружающее пространство

Для вычисления потерь воспользуемся следующей формулой:

, где t_П и t_в – соответственно температура газов в печи и окружа­ющего ее воздуха, ⁰С; F – наружная поверхность кладки, м²; и – коэффициенты теплоотдачи, Вт/(м²∙°С); λ_i – теплопро­водность i-го слоя, Вт/(м∙°С); s_i – толщина слоя, м.; - тепловое сопротивление теплоотдачи от газов к внутренней поверхности кладки, принимаем равным 1/348 = 0,003

Потери сводом:

=((1355-20)*3,6484)/(0.003+0,6248+1/35)=7420,8944 Вт

Потери подом:

=((1355-20)*3,6484)/(0.003+0,6454+1/15)=6811,6022 Вт

Потери торцевыми стенами:

=((1355-20)*2,7223)/(0.003+0,6248+1/25)=5442,4999 Вт

Потери передней и задней стенами:

=((1355-20)*3,3378)/(0.003+0,6248+1/25)=6672,9781 Вт

Суммарные потери кладкой:

=7420,8944+6811,6022+2*5442,4999+2*6672,9781=38463,4527 Вт

6) Потери тепла через открытое окно:

,

где - время открытия окна, =0,3762*0,3=0,1129

=0,69*0,3=0,207 - площадь отверстия;

- коэффициент излучения абсолютно черного тела = 5,7 Вт/(м∙°С);

- коэффициент диафрагмирования

=(1+0,1576)/2=0,5788

где - угловой коэффициент с поверхности F₁ на F₂,

=0,2604/(0,2604+0,345)=0,1576

где L – эквивалентный размер полости окна,

=

=(4*0,3*0,69*0,345)/(2*(0,3*0,69+0,69*0,345+0,345*0,3))=0,2604

где a, b, s – высота, ширина и толщина окна соответственно

=5,7*[((1355+273)/100)⁴-((20+273)/100)⁴]*0,207*0,1129*0,5788=5408,511

7) Прочие потери:

Неучтенные потери принимаем равными 5% от потерь тепла кладкой в окружающее пространство

=(38463,4527+5408,511)*0,05=2193,5982

Тогда, потери тепла через кладку, открытое окно и прочие потери:

=38463,4527+5408,511+2193,5982=46065,5618 Вт

7.3 Уравнение теплового баланса:

40589,4*B+23,6055+291,8386*B=186,5622+27812,3662*B+811,788*B+46,0656

Решаем уравнение и находим B – расход топлива:

B=(186,5622+46,0656-23,6055)/(40589,4+291,8386-27812,3662-811,788)=209,0222/=0,0170531730286829 [кг/с] =61,3914 [кг/ч]

Вычисляем значения отдельных статей баланса ( , , , ), связанных с расходом топлива В.

=40589,4*0,0170531730286829=692,1781 кВт

=291,8386*0,0170531730286829=4,9768 кВт

=27812,3662*0,0170531730286829=474,2891 кВт

=811,788*0,0170531730286829=13,8436 кВт

Полученные результаты записываем в таблицу:

Статьи прихода теплоты	Числовое значение		Статьи расхода теплоты	Числовое значение
	кВт	%		кВт	%
Химическая теплота топлива Физическая теплота воздуха Теплота экзотермиче­ской реакции	692,1781 4,9768 23,6055	96,0344 0,6905 3,2751	На нагрев стали С дымовыми газами С химическим недожогом Потери через кладку, открытое окно и прочие потери	186,5622 474,2891 13,8436 46,0656	25,8841 65,804 1,9207 6,3912
Всего:	720,7604	100	Всего:	720,7604	100