6. ВЫБОР КЛАДКИ. КОМПОНОВКА ПЕЧИ

6.1. Стены

Стены нагревательных печей обычно имеют внутренние рабочие (огнеупорные) слои и наружные теплоизоляционные. Чаще встречаются прямые вертикальные стены, реже —наклонные и радиальные. Толщина стен и отдельных слоев связана с температурным режимом и размерами самой стены.

Пользуясь таблицей определяем материал огнеупорного и теплоизоляционного слоя:

Для защиты кладки от механических воздействий и устранения фильтрации газов рекомендуется применять наружный кожух из листовой стали толщиной 4—10 мм.

6.2 Свод

Рабочее пространство печи перекрывают сводом. По конструкции своды бывают: плоские, арочные, полуциркуляционные и подвесные.

Арочные своды просты по конструкции и надежны в эксплуатации, но требуют обязательного применения каркаса для восприятия горизонтальной составляющей опорной реакции распирающей стены.

Радиус свода принимают равным ширине пролета В. Тогда стрела подъема свода h=(0,12...0,18)В.

Кладка свода выполняется из прямого и клинового шамотного кирпича.

48

6.4. Размеры окна загрузки/выгрузки:

Высоту окна принимаем равной Hокна = 300 мм, ширину окна Bокна = 23 B , где B – ширина рабочего пространства печи.

6.5. Эскиз печи:

Выполнить эскиз печи (см. рисунок 3. компоновка печи)

Рисунок 3 – компоновка печи

1- под

2- стена

3- арочный свод

4- пламенная горелка

5- окно для выгрузки-загрузки

6- окно для отвода ПГ

7- канал для отвода ПГ

8- рекуператор

9- каркас

10заготовка

50

7.ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСХОДА ТОПЛИВА.

7.1.Приходные статьи баланса:

7.1.1. Химическая теплота топлива

QX = B × QHP [кВт],

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

7.1.2. Тепло вносимое подогретым воздухом

QB = B × Lα × CB × tB [кВт],

где Lα – действительный расход воздуха на единицу топлива, м3/м3 или

м3/кг; Св – теплоемкость воздуха, Дж/(м3°С); tB – температура подогретого воздуха.

7.1.3. Тепло от экзотермической реакции горения железа

QЭКЗ = q × G × a [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.

7.2. Расходные статьи баланса:

7.2.1. Тепло затрачиваемое на нагрев стали.

Q1 = G × C × (tк - tн ) [кВт],

где C – средняя теплоемкость металла, Дж/(кг∙°С); tк и tн – конечная и начальная температура металла, °С (см. п. 4.1.3. и п. 4.1.4).

7.2.2. Потери тепла с уходящими газами

Q2 = 1,05 × B × Vα × CПГ × tПГ [кВт],

где Vα – объем газов на единицу топлива, м3/м3 или м3/кг; Спг – средняя теплоемкость продуктов сгорания, кДж/(м3сС) (определяем приближенно по таблице); tпг - температура газов, уходящих из печи, принимаем равной температуре печи - tп (см. п. 4.1.2.), °С; 1,05 – коэффициент учитывающий подсос холодного воздуха.

7.2.3. Потери тепла от химической неполноты сгорания топлива

51

Q3 = B × QHP × kПГ [кВт],

где kПГ - коэффициент неполноты сгорания, kПГ =0,01…0,04, принимает kПГ =0,02;

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

Q4 = Qкл + Qотв + Qнеучт [Вт]

1) Теплопроводности используемых материалов:

Двухслойная кладка:

Средняя температура внутреннего слоя: t1 = 0,5× (tП + tв ) , наружного слоя t2 = 0,5× (t1 + tв ) ,

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

Теплопроводности используемых материалов имеют следующие значения,

Вт /( м×о С)

Шамот (внутренний слой) λ = 1,04 + 1,51 × 10− 4 t1

Диатомитовый кирпич (наружный слой) λ = 0,16 + 3,15 × 10− 4 t2

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

Трехслойная кладка:

Средняя температура внутреннего слоя: t1 = 0,5× (tП + t2 ) , промежуточного слоя t2 = 0,5× (tП + tв ) наружного слоя t3 = 0,5× (t2 + tв ) ,

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

Теплопроводности используемых материалов имеют следующие значения,

Вт /( м×о С)

шамот (промежуточный слой) λ = 1,04 + 1,51× 10− 4 t2 хромомагнезит (внутренний слой) λ = 7,2 - 4,2 × 10− 3t1 диатомитовый кирпич (наружный слой) λ = 0,16 + 3,15 × 10− 4 t3

52

Значения теплопроводностей слоев необходимо выбрать по средним температурам.

2) Суммы тепловых сопротивлений отдельных частей кладки R, м2 ×о С / Вт : под: Rпод = S1 / λ 1 + S2 / λ 2 + S3 / λ 3 , где S1 , S2 , S3 - толщины слоев пода, а λ1 , λ 2 , λ3 - соответствующие им теплопроводности, посчитанные для трехслойной кладки.

свод: Rсвод = S1 / λ 1 + S2 / λ 2 , где S1 , S2 - толщины слоев свода, а λ1 , λ 2 - соответствующие им теплопроводности, посчитанные для двухслойной кладки

стены: Rстен = S1 / λ 1 + S2 / λ 2 , где S1 , S2 - толщины слоев стен, а λ1 , λ 2 - соответствующие им теплопроводности, посчитанные для двухслойной кладки

3) Площади наружных поверхностей, м2:

передняя и задняя стены: FПС = FЗС = LН × H Н , торцевые стены: FТС = BН × H Н ,

свод: FC = BН × LН ,

под: FП = BН × LН ,

где BН , LН , H Н - наружные размеры печи

4) Коэффициенты теплоотдачи для наружных поверхностей кладки α , Вт /( м2 ×о С) :

Свода – 35 Стен – 25 Пода – 15

5) Тепловые потери кладкой в окружающее пространство Для вычисления потерь воспользуемся следующей формулой:

го слоя, Вт/(м∙°С); si – толщина слоя, м.; 1/α Г - тепловое сопротивление теплоотдачи от газов к внутренней поверхности кладки, принимаем равным 1/348 = 0,003

53

ϕ 1− 2 = L /(L + S) , где L – эквивалентный размер полости окна; S - толщина окна, соответствует толщине стены;

L = 4× a × b × s

2× (a × b + b × s + s × a) , где a, b, s – высота, ширина и толщина окна соответственно

7) Прочие потери:

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

Qнеучт = (QКЛ + QОТВ ) × 0,05 [Вт]

54

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

Q4 = QКЛ + QОТВ + Qнеучт [Вт]

7.3 Уравнение теплового баланса:

Определив приходные и расходные статьи баланса составим уравнение теплового баланса

QX + Qэкз + QB = Q1 + Q2 + Q3 + Q4

Решаем уравнение и находим B – расход топлива [кг/с]:

Вычисляем значения отдельных статей баланса ( QX , QB , Q2 , Q3 ), связанных с расходом топлива В.

Полученные результаты записываем в таблицу:

55

8. ОСНОВНЫЕ ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ РАБОТЫ ПЕЧИ

8.1 Термический КПД:

η терм = Qмет × 100%

Qприх

8.2 Эффективный КПД – показывает эффективность использования топлива:

56