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 нагреваМатериал 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(приложениеII).
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 итемпературный 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 Fо = 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 ии .
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
.