Расчеты нагревательных устройств. В 3 ч. Ч. 1. Расчет пламенных печей

3.4. Определение температур горения

Калориметрическую температуру горения определяют по формуле

i=l

гДе Чф ~ физическое тепло, вносимое с подогретым воздухом в

з

газом, кДж/м или кДж/кг топлива;

= 5 (С 0 2, Н 20 , S 0 2 , 0 2, N 2).

Если в рабочее пространство печи вводится дополнительное коли­ чество тепла, например, излучением от промежуточного свода, над которым осуществляется дожигание продуктов неполного горения (печи безокислительного нагрева), то это количество тепла следует отнести к единице сжигаемого топлива и при расчете tK по вышепри­

веденной формуле его необходимо прибавить к числителю.

Величина tK по этой формуле вычисляется методом последователь­ ного приближения в связи с необходимостью определения теплоемкости по калориметрической температуре. С достаточной точностью калори­ метрическая температура может быть найдена по i - 1диаграммам, кало­ риметрическому теплосодержанию продуктов горения - энтальпии, представляющей собой произведение теплоемкости на температуру:

Значения энтальпий воздуха и газов в зависимости от темпера­ туры приведены в табл. 3.8.

30

Энтальпия (кДж/м3) воздуха и газов при различных температурах и постоянном давлении 101,3 кН/м2(760 мм.рт.ст.)

При определении tK методом последовательного приближения

iK< i / , то истинная калориметрическая температура ниже, чем .

Поэтому зададим температуру t ^ = t ^ —100 и снова найдем эн­

тальпию продуктов сгорания. Если iK> i « , то действительная ка-

лориметрическая температура продуктов сгорания находится в ин-

Vl K ~ Vt K

Значение максимальной действительной температуры горе­ ния t fl, которое может быть достигнуто в рабочем пространстве

печи, можно определить по пирометрическому коэффициенту г)пир,

представляющему собой отношение действительной температуры горения к калориметрической:

Лпир —~ *откуда ^ —Turnip tK.

Величина пирометрического коэффициента зависит от конст­ рукции, размеров печи, типа топливосжигающих устройств и т. д. В среднем она составляет 0,65-0,9 (табл. 3.9).

32

Таблица 3.9

Значения пирометрического коэффициента 1)ПИр

для различных типов пламенных печей

Теоретическая температура горения отличается от калори­ метрической учетом расхода тепла на диссоциацию С 02 и t^O . Однако потери тепла на диссоциацию при температурах, разви­ вающихся в рабочем пространстве печи (до 1500 °С), невелики. Поэтому теоретическую температуру при практических расчетах можно считать равной калориметрической.

После определения температур горения топлива необходимо провести анализ соотношения действительной и требуемой темпе­ ратуры печного пространства, на основании которого делают вывод о пригодности выбранного топлива либо намечают меры по повы­ шению калориметрической температуры.

Требуемая температура печного пространства должна устанав­ ливаться исходя из конечной температуры нагрева металла под ковку, штамповку, прокатку, термообработку и температурного напора, т. е.

где t* - конечная температура нагрева металла, °С;

At - температурный напор между tnn и поверхностью садки. Величина температурного напора при обычном нагреве состав­

ляет 50-150 °С,

33

деляется стойкостью футеровки, типом печи, технологией нагрева ме­ талла и не может быть выше действительной температуры горения топлива. Для ориентировочных расчетов температурный напор (пере­

пад) At = tnn - t„0B мет может быть принят следующим:

для термических печей - 50-70 °С; для кузнечных печей - 50-100 °С; для прокатных печей - 100-150 °С;

для печей скоростного нагрева -150-300 °С и выше; для томильных зон проходных печей - 30-50 °С.

Максимальная температура нагрева стали под горячее формообра­ зование, исключающая излишнее окалинообразование, пережог и обезуглероживание, выбирается в зависимости от вида формообразо­ вания (ковка, штамповка, прокатка) и марки стали (табл. 3.10-3.13). Температура, при которой происходит термическая и химико­ термическая обработка (ХТО), выбирается в зависимости от марки стали и вида операции термической обработки в соответствии со справочными данными. Так, при нагреве металла под все виды за­ калки температуру операции определяют по выражению

tM=tAc3 + ( 2 0 - 30) ’

где tMтемпература середины садки на выдаче из печи, °С;

tАс3 -температура верхней критической точки, °С (табл. 3.14).

Таблица 3.10

Температурные интервалы горячего формообразования углеродистых и легированных сталей

34

35

Таблица 3.11

Температурные интервалы горячего формообразования высоколегированных сталей

Таблица 3.12

Температура горячего формообразования инструментальных сталей

36

Таблица 3.13

Температура прокатки некоторых марок сталей

37

Примечание. В таблицах и тексте, согласно стандартам, химические элементы М - молибден; Н - никель; Р - бор; С - кремний; Т - титан; А- алюминий; Ф - ванадий; X - хром; Ц - цирконий.

Буква А в конце марки стали указывает, что содержание серы и фосфо­ ра не превышает 0,03 % (У12А, ЗОХГСА).

Буквы в отечественных заводских марках стали обозначают: Ж - хромистая нержавеющая сталь; Я - хромоникелевая нержавеющая сталь; Р - быстрорежу­ щая сталь; Э- сталь завода«Электросталь»;Н и П - опытная сталь.

Таблица 3.U

Температура t Асз и t AC[ для некоторых сталей

38

Окончание табл. 3.14

чивает необходимую температуру печного пространства; в случае если ta < t^ , необходимо наметить пути повышения калориметрической

39