Период выдержки

В течение периода выдержки средняя температура про­дуктов сгорания равна t_Г=1300°С, поверхности металла t_м^пов=1250 °С, кладки t_k=0,5(1300+1250)=1275 °С. В конце периода выдержки перепад температур по сечению заготовки ∆t_кон=50°С. Тогда степень выравнивания

По кривой 1 графика на рис. 19 находим значение кри­терия Фурье для периода выдержки Fo_B=0,38. Тогда про­должительность периода выдержки будет равна

Общее время пребывания металла в печи

τ_∑= τ_н + τ_в = 17660,687 + 11010,29=2867,977с(7,96ч)

Распределение температур показано на рис, 66

Тепловой баланс печи

Поскольку тепловая нагрузка печи различна в период нагрева и в период выдержки, то тепловой баланс состав­ляем отдельно для каждого периода.

Для печей периодического действия очень важной статьей теплового баланса является тепло, аккумулиро­ванное футеровкой печи (см. гл. V), для определения ко­торого надо знать распределение температур по толщине кладки. Так как эта статья важна для обоих периодов, найдем распределение температуры в стенах и поду печи перед составлением балансов.

Ранее было принято, что под, стены и свод печи вы­полнены из шамота толщиной δ_Ш=150 мм и диатомита толщиной δд=300 мм.

Огнеупорные материалы обладают следующими тепло- физическими свойствами: коэффициенты теплопроводности λ_ш=0,955 Вт/(м• К) и λ_д=0,21 Вт/(м-К); с_ш= 1,033 кДж/ /(кг-К) и с_д=0,92 кДж/(кг-К); ρ_ш=1900 кг/м³ и ρ_д= =450 кг/м³.

Тепловой баланс периода нагрева

Приход тепла:

1. тепло от горения топлива [формула (146)]

Q^н_хим = В_нQ_н^р τ_н = В_н 40551,862 17660,687 =716,1737 В_н ГДж

расход мазута в период нагрева, кг/с.

Значение низшей теплоты сгорания мазута Q_н^р=40551,862 кДж/кг заимствовано из примера 33.

2. Тепло от окисления металла

Q_экз= 5650М а = 5650 1048,6875 0,02 = 1,19 ГДж.

М=bhlр= 0,7 0,75 2,35 7850 =9684,93кг

Здесь а=0,02 кг/ кг — угар металла в печи;

М - масса заготовки;

р = 7850 кг/м³ - плотность хромистой стали.

Поскольку все это количество тепла выделилось при окислении металла за все время нагрева и выдержки, при­мем, что в период нагрева выделяется половина тепла, т. е.

Q^н_экз= 0,5Q_экз = 0,5*1,19 = 0,595 ГДж.

Расход тепла

1. Тепло, затраченное на нагрев металла [формула (150)].

Q^н_пол = 9684,93(735,381—13,7) = 7,27 ГДж,

где значения энтальпии хромистой стали при температурах t_м^нач =20^СС и

t_м^кон =0,5(1250+891,88)= 1070,94 °С заимство­ваны из приложения IX.

2. Тепло, уносимое продуктами сгорания

Q^н_ух = В_нV_дс_дt_дτ_н = В_н 12,319 1,557 1182,13 17660,684= 400,439 В_н ГДж

Здесь

Средняя за период нагрева температура уходящих продук­тов сгорания;

с_д - теплоемкость продуктов сгорания при t_д=1182,13°С:

СО₂ + SО₂ ... 12,639+0,068= 0,291

Н₂О ... 0,106 1,76 = 0,187

О₂ ... 0,018 1,5 = 0,027

N₂ ... 0,74819 1,4065 = 1,052

с ^1182,13 = 1,557 кДж /(м³-/С)

Значения теплоемкостей газов берем из приложения I. 3. Тепло, аккумулированное кладкой [формула (159)]

Q^н_акк= V_кρ_кс_к(t_к^кон- t_к^нач)

Поскольку стены и под печи выполнены двухслойными, то тепло, аккумулированное кладкой, следует вычислять по формуле

Q^н_акк = V_шρ_шс_ш(t_ш^кон- t_ш^нач)+ V_дρ_дс_д(t_д^кон- t_д^нач)

Средняя температура слоя шамота в конце периода на­грева

t_ш^кон = 400 °С

слоя диатомита

t_д^кон = 30 °С.

Объем шамотной кладки

V_ш= δ_ш (2HL+2НВ+2BL)=0,15(2 1,75 2,85+ 2 1,75 1,7+ 2 1,7 2,85) =3,84225 м³

Объем диатомитовой кладки

V_д = δд (2HL+2НВ +2BL) = 0,3(2 1,75 2,85+ 2 1,75 1,7+ 2 1,7 2,85) =7,684 м³;

Q^н_акк = 3,842 1900 1,033(400-20)+7,684 450 0,92(30-20) =1,7 ГДж.

Неучтенные потери принимаем равными 10 % от теп­ла горения топлива

Q^н_пот=0,1Q^н_хим = 0,1 716,17 В_н ГДж = 71,617 В_н ГДж.

Уравнение теплового баланса для периода нагрева имеет вид

716,17 В_н+0,595 = 7,57+71,617В_Н + 2,897 + 716,17 В_н

Или

71,617В_н =8,872

Решая это уравнение относительно В_н получим В_н=0,032 кг/с (54 кг/ч).

Результаты расчета теплового баланса периода нагрева сводим в расчётную таблицу.

Статьи прихода	кДж ∙ 104(%)	Статьи расхода	кДж ∙104 (%)
Тепло от горения топлива	22,917(97,46)	Тепло на нагрев металла	7,27(30,88)
Тепло экзотермических реакций	0,595(2,53)	Тепло уносимое уходящими газами	12,3(52,25)
		Тепло аккумулируемое кладкой	1,7(7,22)
		Неучтённые потери	2,27(9,64)
Итого:	23,512(100)	Итого:	23,512

Тепловой баланс периода выдержки

Приход тепла

Q^в_хим = В_вQ_н^р τ_в =В_в*40551,862*11010,29=446,487В_в ГДж

Q^в_экз=0,85 ГДж

Расход тепла

Q^в_пол =9684,9375 (843,125—735,381) =1,043 ГДж

Q^в_ух=В_вV_дс_дt_дτ_в

Q^в_ух =В_в 7,684 0,92 1182,13 11010,29 = 92,01 В_вГДж

Q^в_акк=3,842 1900 1,033(750- 391)+7,684 450 0,92 (95-28,5) = 2,918 ГДж.

Средняя температура слоя шамота в конце периода вы­держки:

t_ш^кон = (963 + 710+538)/3=750°С

Средняя температура слоя диатомита в конце периода вы­держки:

t_д^кон = (266+136+70+39+27+25)/6 = 95° С.

Потери тепла теплопроводностью через футеровку.

В отличие от периода нагрева в период выдержки фу­теровка прогревается по всей толщине и некоторое коли­чество тепла теряется теплопроводностью через футеровку. Это тепло отводится конвекцией в окружающую среду. Од­нако, поскольку температура наружной поверхности (см. табл. 50) мало отличается от температуры окружающей среды (/он=20 °С) и величина теплового потока будет мно­го меньше остальных расходных статей теплового баланса, - то ею можно пренебречь.

Q^в_пот = 0,lQ^в_хим„ = 44,648В_в ГДж.

Уравнение теплового баланса

446,48 В_в+0,85 = 1,043 + 44,648 В_в +2,918 + 92,01В_в

или

309,822В_в = 3,366

Решая это уравнение относительно В_в, получим

В_в = 0,01 кг/с.

Результаты расчета теплового баланса периода выдержки сводим в расчётную таблицу.

Статьи прихода	кДж ∙104 (%)	Статьи расхода	кДж ∙ 104(%)
Тепло от горения топлива	4,46 (84)	Тепло на нагрев металла	1,043(19)
Тепло экзотермических реакций	0,85 (16)	Тепло уносимое уходящими газами	0,446 (8)
		Тепло аккумулируемое кладкой	2,918 (55)
		Неучтённые потери	0,92 (18)
Итого:	5,3 (100)	Итого:	5,3 (100)

Удельный расход тепла равен: