Примерный расчет методической толкательной печи

Рассчитать пятизонную методическую печь с нижним обогревом производительностью для нагрева слябов сечением 210x1400 мм и длиной 10500 мм. Конечная температура поверхности металла . Перепад температур по сечению сляба в конце нагрева Материал слябов — сталь 35. Топливо — смесь природного и доменного газов с теплотой сгорания . Воздух подогревается в кера­мическом блочном рекуператоре до

Расчет пламенной печи выполняется в следующей по­следовательности :

1) расчёт горения топлива; 2) определение времени на­грева; 3) определение основных размеров печи; 4) состав­ление теплового баланса, определение расхода топлива; 5) расчет вспомогательного оборудования: рекуператоров, горелок и т. п.; 6) расчет аэродинамического тракта и ды­мовой трубы.

Расчет горения топлива

Расчет горения топлива (смеси природного и доменного газов) производится аналогично расчету смеси коксового и доменного газов, рассмотренному в примере 34.

Состав исходных газов, % :

доменный газ —

природный газ —

Принимая содержание влаги в газах равным и производя пересчет по формуле (91,а), полу­чим следующий состав влажных газов, %:

доменный газ —

природный газ —

Теплоты сгорания газов [формула (93)]

По формуле (92) находим состав смешанного газа, %:

Расход кислорода для сжигания смешанного газа рас­сматриваемого состава при равен [формула (94)]

.

Расход воздуха при [формула (95)]

.

Состав продуктов сгорания находим по формулам (96)

,

,

.

Суммарный объем продуктов сгорания равен [форму­ла (97)]

.

Процентный состав продуктов сгорания

; ;

; .

Правильность расчета проверяем составлением материаль­ного баланса.

Поступило, кг: Получено продуктов сгорания, кг:

Газ:

Для определения калориметрической температуры го­рения необходимо найти энтальпию продуктов сгорания [формула (99)]

.

Здесь — энтальпия воздуха при (приложение II).

При температуре энтальпия продуктов сго­рания равна [формула (99, а)]

При

По формуле (98) находим

Приняв пирометрический коэффициент равным , находим действительную температуру горения топ­лива

Время нагрева металла

Температуру уходящих из печи дымовых газов прини­маем равной ; температуру печи в томильной зоне на 50℃ выше температуры нагрева металла, т. е. 1300°С. Распределение температур по длине пе­чи представлено на рис.62.

Поскольку основным назначением методичес­кой зоны является мед­ленный нагрев металла до состояния пластично­сти, то температура в центре металла при пере­ходе из методической в сварочную зону должна быть порядка 400—500 °С.

Разность температур между поверхностью и серединой заготовки для методической зоны печей прокатного произ­водства можно принять [формула (88)] равной (700— 800) S, где S — прогреваемая (расчетная) толщина. В рас­сматриваемом случае двустороннего нагрева м и, следовательно, , т. е. следует принять температуру поверхности сляба в конце методической зоны, равной 500 °С.

Определим ориентировочные размеры печи. При одно­рядном расположении заготовок ширина печи будет равна

Здесь — зазоры между слябами и стенками печи.

В соответствии с рекомендациями [3] высоту печи при­нимаем равной: в томильной зоне 1,65 м, в сварочной 2,8 м, в методической зоне 1,6 м.

Находим степени развития кладки (на 1 м длины печи) для:

методической зоны ;

сварочной зоны ;

томильной зоны .

Определим эффективную длину луча [формула (57)], м:

методическая зона

сварочная зона

томильная зона

Определение времени нагрева металла в методической зоне

Находим степень черноты дымовых газов при сред­ней температуре

Парциальное давление и равно:

;

;

;

По номограммам на рис. 13—15 находим

; ; .

Тогда

.

Приведенная степень черноты рассматриваемой систе­мы равна [формула (60)]

степень черноты металла принята равной .

Средний по длине методической зоны коэффициент теплоотдачи излучением определяем по формуле (67, б)

Определяем температурный критерий Ɵ и критерий Bi:

Для углеродистой стали при средней по массе темпе­ратуре металла

по приложению IX находим и

По найденным значениям Ɵ и Bi по номограммам на рис. 22 для поверхности пластины находим критерий Фурье . Тогда время нагрева металла в методической зоне печи равно

Находим температуру центра сляба в конце методиче­ской зоны. Согласно номограмме на рис. 24 для центра пластины при и температурный крите­рий . Теперь легко найти температуру центра сляба

.

Определение времени нагрева металла в I сварочной зоне

Найдем степень черноты дымовых газов при :

;

;

;

.

По номограммам на рис. 13—15 находим

; ;

Тогда . Принимаем тем­пературу поверхности металла в конце I сварочной зоны 1000°С.

Приведенная степень черноты I сварочной зоны равна [формула (60)]

Находим среднюю по сечению температуру металла в начале I сварочной (в конце методической) зоны

Находим температурный критерий для поверхности слябов

Так как при средней температуре металла

согласно прило­жению IX теплопроводность углеродистой стали равна , а коэффициент температуропроводно­сти , то

.

При определении средней температуры металла в I сва­рочной зоне было принято, что температура в центре сля­ба в конце зоны равна 850 °С. Теперь по номограмме на рис. 22 находим критерий Фурье . Время нагрева в I сварочной зоне

Определяем температуру в центре сляба в конце I сва­рочной зоны. По номограмме на рис. 24 при значениях и находим значение , с по­мощью которого определяем

.

Определение времени нагрева металла во II сварочной зоне

Находим степень черноты дымовых газов при .

;

;

;

.

По номограммам на рис. 13—15 находим

; и

Теперь

.

Приведенная степень черноты II сварочной зоны равна [формула (60)]

Средняя температура металла в начале II сварочной зоны равна

.

Температурный критерий для поверхности слябов в конце II сварочной зоны равен

При средней температуре металла в зоне

;

(приложение IX).

Тогда

Теперь по номограмме на рис. 22 находим F_о = l,l. Вре­мя нагрева металла во II сварочной зоне равно

Температуру центра сляба в конце II сварочной зоны определяем по номограмме на рис. 24 при значениях и и .

Тогда

.

Определение времени томления металла

Перепад температур по толщине металла в начале то­мильной зоны составляет . До­пустимый перепад температур в конце нагрева составляет

Степень выравнивания температур равна

При коэффициенте несимметричности нагрева, равном критерий для томильной зоны согласно номо­грамме на рис. 19 (кривая 3) равен .

При средней температуре металла в томильной зо­не

и (приложение IX).

Время томления

Полное время пребывания металла в печи равно

.