2. Расчет времени нагрева
Время нагрева металла в печи с плоскопламенными горелками рассчитывается по формуле:
τ=
где q - средний в пределах зоны результирующий поток на металл, Вт/м2;
S - расчётная толщина металла, м;
С - средняя в интервале температур tнач- tкон теплоемкость металла, Дж/(кг* К);
ρ - плотность металла, кг/м3;
tK, tH - температуры металла в конце и в начале зоны, °С.
Средний результирующий поток на металл определяется по формуле:
-
где qнач,
qкон
-
результирующие потоки на металл в начале
и в конце со
ответственно,
.
Результирующий поток на металл для печи с плоскопламенными горелками равен:
где
Спр-
приведенный коэффициент излучения
системы;
,
- степень черноты и температура газов
в зоне горения;
,
-
степень черноты и температура газов в
зоне теплообмена;
εм - степень черноты металла;
Тк- температура кладки.
Приведенный коэффициент излучения системы:
где
=5,7
;
-
конвективный тепловой поток от факела
на кладку, Вт/м ;
-
степень черноты кладки.
Температура кладки, ºС:
,
Принимаем, что температура в зоне горения равна действительной температуре горения топлива:
Определим
температуру газов в зоне теплообмена
Найдем парциальные давления CO2 и H2O
РCO2=98,1∙0,0841=8,25 кПа
РH2O=98,1∙0,2513=24,65 кПа
Для рассматриваемого случая слой газов в зонах горения и теплообмена можно принять плоскопараллельным бесконечной протяженности. В этом случае эффективная длина луча определяется по формуле:
Толщину зоны горения принимаем равной Н’=0,1м. Толщина зоны теплообмена с учетом толщины металла δ равна:
Н”=Н – Н’ – δ=1,5-0.1-0.108=1.29 м
Тогда
и
.
Для зоны горения
РCO2∙S’эф=8,25∙0,18=1,49кПа·м
РH2O∙ S’эф=24,65∙0,18=4.44 кПа·м
По номограммам находим
εCO2=0,04; εH2O=0,05 и β=1,15.
Тогда εH2O’=0,05*1.15=0.0575
Для зоны теплообмена:
РCO2∙S”эф=8,25∙
=19,16
кПа·м
РH2O∙ S”эф=24,65∙ =57,24 кПа·м
По номограммам находим:
:
εCO2=0,12; εH2O=0,22 и β=1,11.
=
εCO2+
β∙ εH2O=0,12+1,11∙0,28=0,4308
:
εCO2=0,11; εH2O=0,22 и β=1,11.
=0,11+1,11∙0,22=0,3542
Найдем тепловой поток излучением на кладку по формуле:
в начале печи :
в конце печи:
Найдем температуру кладки одним из методов последовательных приближений – методом простой итерации:
Принимаем коэффициент теплоотдачи конвекцией от факела к кладке равным αконв=100 Вт/м2∙К. Найдем конвективный тепловой поток:
В
начальном приближении принимаем
температуру кладки
ºС
Найдем конвективный тепловой поток:
По формуле найдем температуру кладки:
Так как получено большое расхождение между принятым и рассчитанным значениями температуры кладки, принимаем новое значение, равное среднеарифметическому из двух:
ºС
По формуле найдем температуру кладки:
ºС
По формуле найдем температуру кладки:
По уточненному значению температуры кладки:
ºС
Найдем приведенный коэффициент излучения системы:
Результирующий
поток на металл в начале печи (учитывая,
что
равен
в
конце печи:
ºС
Найдем конвективный тепловой поток:
ºС
По формуле найдем температуру кладки:
ºС
По формуле найдем температуру кладки:
ºС
По формуле найдем температуру кладки:
По уточненному значению температуры кладки:
ºС
Найдем приведенный коэффициент излучения системы:
Результирующий поток на металл равен
Средняя по длине плотность результирующего теплового поток на металл равна:
Расчетная толщина металла:
,
Bi=100*0,0077/28,15=0,03<0.25, следовательно, заготовки являются термически тонким телом.
μ- коэффициент нессиметричности нагрева (μ=0,53);
λ1050 =28,15 Вт/(м*К)
Время нагрева металла:
