3.2 Определение основных размеров печи

По конструктивным характеристикам длина толкающей методической печи не должна быть более 35 м, печи с шагающими балками – 40м. Если длина печи вышла больше указанных величин, необходимо принять двух-трехрядной расположения заготовок в печи. При этом ширина печи не должна превышать 12 м. В том случае, когда при предельных значениях длины и ширины печи невозможно получить необходимую производительность, строят две или несколько печей.

Для обеспечения заданной производительности Р, т/ч, в печи одновременно должна находиться следующее количество металла:

Масса одной заготовки:

Число заготовок, одновременно находящихся в печи:

Длина активного пода методической печи:

Общая длина печи:

Ширина печи

Напряженность пода

Увеличение числа рядов заготовок в печи приведет к незначительному изменению приведенного коэффициента излучения, а поэтому расчет допускается не уточнять.

Высоты отдельных зон печи оставляем теми же, что были приняты при ориентированном расчете. Длину печи разбиваем на зоны пропорционально времени нагрева:

– длина методической зоны

– длина сварочной (нагревательной) зоны

– длина томильной зоны

Рисунок 3.1 – температурная и тепловая диаграммы процесса нагрева

4 Определение тепловой мощности и расхода топлива печи. Тепловой баланс печи

4.1 Расчет тепловой мощности печи и определение расхода топлива

Тепловая мощность определяется по формуле:

где полезная тепловая мощность, МВт;

– мощность холостого хода, Мвт.

где тепло, которое идет на нагрев металла, МВт;

тепло, необходимое на покрытие тепловых потерь в печи, МВт;

коэффициент использования тепла топлива.

Тепло, идущее на нагрев металл, определяется по следующей зависимости:

где Р – производительность печи, кг/с;

приращение теплосодержания металла, кДж/кг

Коэффициент использования тепла топлива:

где

Энтальпия уходящих газов при t_ух = 800 °С:

Полезная тепловая мощность:

Тепловые потери в рабочем пространстве определяются по формуле:

где потери тепла теплопроводностью через кладку печи, МВт;

потери тепла излучением через открытые окна, щели, отверстия печи, МВт;

потери тепла в охлаждаемых элементах, МВт.

Прежде чем приступить к расчету, необходимо выбрать толщину и материал огнеупорной и теплоизоляционной кладки по температуре с учетом особенностей нагреваемого материала. Для упрощения расчетов кладку и под можно принять двухслойными: рабочий (толщина 0,35 м) и теплоизоляционный (толщина 0,115 м) слои.

Материал рабочего слоя – шамотный кирпич, а слоя теплоизоляции – пеношамот.

Потери тепла теплопроводностью через кладку:

где средняя температура газов в рабочем пространстве, °С,

температура окружающего воздуха, °С;

наружная поверхность кладки, м²;

К – коэффициент теплопередачи, Вт/(м²∙К),

Коэффициент теплопроводности каждого слоя определяется по средней температуре соответствующего слоя (рис. 4.1).

Теплопроводность рабочего слоя:

Теплопроводность теплоизоляционного слоя:

Коэффициенты теплоотдачи можно принять следующими:

Коэффициент теплопередачи:

Наружная поверхность кладки печи:

Потери тепла излучением:

где поверхность, через которую происходят потери тепла излучением;

Потери тепла с охлаждающей водой.

Основным источником потерь тепла с охлаждающей водой в методической печи являются продольные и поперечные подовые трубы в методической и сварочной зонах.

Обычно устанавливают продольные трубы на расстоянии 1200 мм друг от друга и опорные сдвоенные трубы на расстоянии 2000 мм. Наружный диаметр всех труб можно принять равным 76 мм.

В методической печи с шагающими балками и двухсторонним обогревом охлаждаемые балки имеют размеры (рис. 4.2).

Количество балок по длине печи:

Количество балок по ширине печи:

где высота нижней зоны,

где наружная поверхность всех труб, м².

Коэффициентом 1,1 учитывают потери тепла в остальных водоохлаждаемых элементах (отбойниках, крышках и т.д.).

Тепло, необходимое на покрытие тепловых потерь в печи:

Мощность холостого хода:

Тепловая мощность определяется по формуле:

Общий расход топлива, м³/ч:

Расход топлива в томильной зоне:

Расход топлива в сварочной (нагревательной) зоне:

Удельный расход тепла, МДж/кг:

Удельный расход условного топлива, кг у.т./т:

Коэффициент полезного действия:

Коэффициент использования тепла топлива: