2.3 Расчёт длины и напряжённости рабочего пода.

Длина рабочего пода печи:

Длина рабочего пода печи с учётом зазоров, обусловленных искривлением заготовок:

Длина рабочего пода печи с учётом торцевой стенки со стороны загрузки металла:

Максимально допустимая длина пода печи:

Так как L¢_р < L_пр, то пересчёта не требуется.

Длина рабочеё камеры печи с учётом холостой части длины пода в томильной зоне (DL_x=1,0-1,5 м.):

Длина зон печи:

• методической:

• сварочной:

• томильной:

Площадь рабочего пода:

Напряжённость рабочего пода:

3. Тепловой баланс методической печи.

Приход тепла.

Определим химическое тепло топлива:

Физическое тепло воздуха:

где i_в – энтальпия воздуха при t_в=360 ^оС [3. стр.37]

Тепло экзотермических реакций:

где а=0,01 – доля окисленного металла [4. стр.8];

5650 – тепловой эффект окисления 1 кг железа, [4. стр.8].

Общий приход тепла:

Расход тепла.

Расход тепла на нагрев металла:

где i² и i¢ - энтальпия металла в конце и начале нагрева,

Потери тепла с окалиной:

где m – количество окалины от окисления 1 кг железа [4. стр.9],

с – теплоёмкость окалины [4. стр.9],

t² и t¢ - температура окалины, принимается равной температуре поверхности металла соответственно в начале и конце нагрева, ^оС.

Энтальпия уходящих газов (при t_y=1000 ⁰С):

Потери тепла с уходящими газами:

Потерь от химического недожога нет.

Потери тепла через кладку.

Методическая зона (2/3):

Стены:

• внутренний слой – ШБ 348 мм;

• внешний – ШЛБ-0,8 186 мм.

Под:

• первый слой – ША 248 мм;

• второй слой – ШВ 230 мм;

• третий слой – Д-500 116 мм.

Свод: ШБ 300 мм.

Сварочная, томильная и 1/3 методической зоны:

Стены:

• первый слой – ША 348 мм;

• второй слой – ШБЛ-0,8 186 мм.

Под (томильная зона):

• первый слой – хромомагнезитовый 182 мм;

• второй слой – ШВ 348 мм;

• третий слой – Д-500 116 мм.

Под (остальное):

• первый слой – хромомагнезитовый 182 мм;

• второй слой – ШВ 230 мм;

• третий слой – Д-500 116 мм.

Свод: ША 300 мм.

Формулы для расчёта теплопроводности материалов кладки:

Шамотный кирпич ША:

Шамотный кирпич ШЛБ:

Хромомагнезитовый кирпич:

Шамотный кирпич ШБ (ШВ):

Диатомовый кирпич Д-500:

где - средняя по толщине температура.

Потери тепла через кладку сварочной и томильной зон.

t₁

S₁

l₁

S₂

l₂

t₁

S₂

l₂

S₁

l₁

Толщина стенки, мм

Рис.2.

Средняя температура газов в томильной зоне близка по значению температуре в сварочной (1265 ^оС), а конструкция кладки в этих зонах одинакова, поэтому удельные потери тепла в томильной зоне принимаем равными их значению для сварочной.

Расчёт ведётся методом последовательных приближений.

Первое приближение.

Предварительно находим тепловое сопротивление кладки при температуре

Тепловое сопротивление слоя:

Принимаем коэффициент теплоотдачи равным a₀=15, .

Внешнее тепловое сопротивление:

Общее тепловое сопротивление:

Плотность теплового потока при t_к=1265 ^оС и t_в=30 ^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=1265 ^оС и t_в=30 ^оС:

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

расчет необходимо повторить.

Третье приближение.

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

t₁=849 ^оС; t_н=127 ^оС; t_1cp= 1057 ^оC; t_2cp= 488 ^оC; R₁=0,310, м²К/Вт;

R₂=0,535, м²К/Вт; ₀=15,483, Вт/м²К; R_н=0,065, м²К/Вт;

R₀=0,909, м²К/Вт; q²=1358,

Так как разность q¢ и q² меньше ±5%, пересчёта не требуется.

Так как сварочная зона имеет верхнее и нижнее отопление, то высота стен этой зоны принимается в 2 раза больше принятой для расчёта внешнего теплообмена.

Расчётная поверхность кладки стен сварочной зоны:

где S_п – толщина кладки пода, м;

S_ст – толщина стенки, м;

H^т_ст – высота торцевых стенок,м.

Расчётная поверхность кладки стен томильной зоны:

где S_п – толщина пода томильной зоны, м;

S_с – толщина свода, м.

Потери тепла через кладку стен сварочной и томильной зон:

Потери тепла через кладку свода.

Расчёт проводим методом последовательного приближения аналогично расчёту потерь через кладку стен сварочной и методической зон, поэтому приведём только результаты расчёта: t_н=203 ^оС, q=3671, .

Расчётная поверхность свода:

Потери тепла через свод:

Температура, ^оС

Рис.3.

Потери тепла через кладку пода.

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

Расчётная поверхность пода:

Потери тепла через под:

Общие потери тепла через кладку сварочной и томильной зон:

Потери тепла через кладку методической зоны.

Средняя по длине температура газов в методической зоне:

Потери тепла через кладку стен.

Расчёт проводим в такой же последовательности, как и для стен сварочной зоны. Результаты расчёта: t₁=806^оС, t_н=123^оС, q=1264, .

Расчётная поверхность стен (верхней и нижней зон):

Потери тепла через стены:

Потери тепла через свод.

Расчёт проводится в такой же последовательности, как и для свода сварочной зоны. Результаты расчёта: t_н=215 ^оС, q=3514, .

Расчётная поверхность свода:

Потери через свод:

Потери тепла через кладку пода.

Тепловое сопротивление пода больше, чем стен. Отсюда можно принять удельные потери через под 0,75 от потерь через стены q_ст=948, .т. е.:

Расчётная поверхность пода:

Потери тепла через под:

Общие потери через кладку методической зоны:

Потери через кладку печи в целом:

Потери тепла излучением.

Излучением тепло теряется в основном через окно посада и выдачи металла.

Принимаем, что окно посада открыто всё время (j₁=1) на h₁=0,15 м, а окно выдачи открывается периодически на h₂=0,2 м. Доля времени открытия j₂=0,2.

Площадь открытия окна посада:

Площадь открытия окна выдачи:

Толщина кладки стен S_ст=0,534, м.

Коэффициент диафрагмирования окна посада Ф₁=0,4 и выдачи Ф₂=0,5 [5. рис.1].

Температура газов:

• у окна посада t_г1=t_у=1000 ^оС;

• у окна выдачи t_г2=t¢_т=1204 ^оС.

Потери тепла через окно посада:

Потери тепла через окно выдачи:

Общие потери тепла излучением:

Потери тепла с охлаждающей водой.

В табл.1 [4] указаны водоохлаждаемые 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%.

В связи с ненадежностью службы существующих конструкций теплоизоляции подовых труб, расчет тепловой мощности печи, системы газоходов, горелочных и тягодутьевых устройств и другого оборудования, производится, для условий работы печи, без теплоизоляции подовых труб.

Максимальное расстояние между продольными трубами:

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

Диаметр подовых труб: 133´22 мм.

Количество продольных труб:

где l_з – длина заготовки, м.

Принимаем n_пр=6 шт.

Свешивание заготовки:

Общая длина продольных труб:

Поверхность нагрева продольных труб:

Плотность теплового потока принимаем равной q_пр=100, [4.табл.1].

Потери тепла с охлаждающей водой:

_{Поперечные трубы.}

Принимаем конструкцию сдвоенных по высоте поперечных труб. По длине сварочной зоны и 1/3 методической расстояние между поперечными трубами принимаем равным 2,32 м. На остальной части длины методической зоны продольные трубы опираются на продольные стенки. У окна посада, на внутренней стороне дымового канала, имеется, кроме указанных выше, одна сдвоенная по высоте поперечная труба.

Количество сдвоенных поперечных труб:

Принимаем n_пп=4 шт.

Длину одной сдвоенной поперечной трубы принимаем равной ширине пода В=9,6 м.

Общая длина поперечных труб:

Поверхность нагрева поперечных труб:

Плотность теплового потока принимаем равной q_пп=155, [4.табл.1].

Потери тепла с охлаждающей водой поперечных труб:

Общие потери с охлаждающей водой подовых труб:

Потери тепла с охлаждающей водой всех водоохлаждаемых элементов печи без теплоизоляции подовых труб:

Количество охлаждающей воды при допустимом её нагреве Dt_в=10¸15^оС:

• при отсутствии теплоизоляции подовых труб

Неучтённые потери тепла:

Общий расход тепла:

Приравнивая расход тепла приходу, получим уравнение теплового баланса:

Определим другие показателя для условий без теплоизоляции подовых труб.

Коэффициент полезного действия печи:

Удельный расход тепла:

Удельный расход условного топлива:

Таблица 2

Тепловой баланс печи (подовый трубы без теплоизоляции)

Статья	Приход тепла		Статья	Расход тепла
	кВт	%		кВт	%
Химическое тепло топлива Qx Физическое тепло воздуха Qфв Тепло экзотермических реакций Qэ	41485,72 5011,23 1004,44	87,34 10,55 2,11	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	285,81 22271,2 777,07 128,71 8100,39 1016,45 13763,39	0,60 46,89 1,64 2,71 17,05 2,14 28,97

Всего: 47501,39 100 47501,39 100

Потери тепла с охлаждающей водой всех водоохлаждаемых элементов печи с учётом теплоизоляции приведены в приложении 1.

Расход воздуха:

Расход продуктов горения: