8.Определение времени нагрева заготовок во 2 сварочной зоне

Находим степень черноты во 2 сварочной зоне при температуре:

t_г = 1230 °С

1) P_СО2 ∙ S^св2_эф = 96,19 → ɛ_CO2 = 0,15 (номограмма рис.16)

2) P_H20 ∙ S^св2_эф = 51,84 → ɛ^'_H2O = 0,22;

3) Согласно номограмме рис.18 поправочный коэффициент β=1,06

ɛ_г^св2 = ɛ_CO2 + β ∙ ɛ^'_H2O = 0,383

Приведенный коэффициент излучения в системе газ-кладка-металл для 2 сварочной зоны:

C_г-к-м= ɛ_о∙ɛ_м

Средний по длине методической зоны коэффициент теплопередачи:

α_изл = C_г-к-м

где T_св2^нач, T_св2^кон - температуры поверхности металла в начале и конце 2 сварочной зоны, К

α_изл = 503,28

Определяем температурный критерий и критерий B_i:

Ѳ_пов = = 0,425

B_i = ,B_i = 2,7

При t͞ = 0,5 (1230+1000) = 1115 °С

λ =28 ; с = 0,69∙10³

По найденным значениям по номограмме рис.25 для поверхности пластины находим критерий F_o = 0,24

Определяем коэффициент температуропроводности:

a = = 5,17∙10^-6 м²/сек

Время нагрева металла на участке 2 сварочной зоны:

τ_св2 = сек

Находим температуру в конце 2 сварочной зоны, согласно номограмме по рис. 26 для центра пластины при F_o и B_i

Отсюда получаем Ѳ_цент=0,8

t_ц^кон = t_г - Ѳ_цент∙( t_г - t_ц^нач)

t_ц^кон = 979,74 °С.

9.Определение времени нагрева заготовки в томильной зоне

Перепад температур по толщине металла в начале томильной зоны составит

∆t_нач = 1230-979,74 = 250,25 °С

Для заготовки размером 3500×600×300 допустимым перепадом температур в конце нагрева является величина:

∆t_кон = 50 °С

Степень выравнивания температур:

δ_выр = == 0,29

При средней температуре металла в томильной зоне 1230 °С получаем:

λ =31,5 ; с = 0,692∙10³ ;Fo = 2,4

Определяем коэффициент температуропроводности:

a = = 5,8∙10^-6 м²/сек

Время томления:

τ_т = сек

Полное пребывание металла в печи:

τ = τ_м + τ_св1 + τ_св2 + τ_т

τ = 0,032+0,031+0,006+0,062 = сек = 2,92 часа

10.Определение основных размеров печи

Для обеспечения производительности 135 т/ч в печи должно одновременно находиться количество металла:

G = P∙ τ = 135∙2,92 = 394,2 т

Масса одной заготовки равна:

g = B ∙ δ ∙ l ∙ 𝜌 = 0,6 ∙ 0,2 ∙ 3,5 ∙ 7850 = 8242,5 кг = 8,24 т

Число заготовок, одновременно находящихся в печи:

n = = 48 шт.

При двухрядном расположении заготовок общая длина печи:

L = B_заг∙0,5∙n = 0,6 ∙ 0,5 ∙ 48 = 14,4м

Ширина печи B = 0,6∙14,4 = 8,64 м²

Высоты отдельных зон оставляем такими же, как раньше.

Длину печи разбиваем на зоны пропорционально времени нагрева.

для методической зоны L_м = L∙== 3,52 м;

для 1 сварочной зоны L_св1 = L∙== 3,41 м;

для 2 сварочной зоны L_св2 = L∙== 0,67м;

для томильной зоны L_т = L∙== 6,82 м.

Свод печи подвесного типа выполняем из шамота кл.А, толщиной 300мм. Стены печи - 460мм, слой шамота составляет 345мм и слой тепловой изоляции (диамитовый кирпич) 115мм.

Пол томильной зоны выполняем трехслойным: тальковый кирпич 230мм, шамот 230мм и диамитовый кирпич -115мм.

11.Тепловой баланс печи

Приход тепла

1) Теплота от горения топлива:

Q_хим = В ∙ Q_H^P = 40829,5В кВт

В - расход топлива, м³/сек

2) Тепло, вносимое подогретым воздухом:

Q_B =

3) Тепло экзотермических реакций

Q_экз=5650∙P_а = 5650∙

Расход тепла

1) Тепло, затраченное на нагрев металла

Q_полн=p∙c_m∙( t͞ _м^кон-t͞_м^нач)=135кВт

При средней его массе и времени нагрева температуре

t͞ = °С

2) Тепло, уносимое уходящими газами

Q_ух = B∙V_д∙i_д = 32128,2В кВт

i_CO2 = 0,089∙1998,4 = 177,86

i_H2O = 0,0013∙1615,5 = 2,1

i_O2 = 0,083∙1399,4 = 116,15

i_N2 = 0,658∙1318,6 = 867,64

3) Потери теплоты теплопроводностью через кладку

Площадь свода 168 м², толщина свода 0,3 м, материал - шамот.

Принимаем, что температура внутренней поверхности свода равна средней по длине печи температуре газов.

Температура газов:

t͞ _г= °С

Температура окружающей среды t_в = +30 °С. Температуру поверхности свода можно принять равной +10°С

Средняя температура шамотного свода:

t͞ _г= °С

При этой температуре теплопроводность шамота:

λ_ш = 0,835+0,58∙ t͞ _ш∙10^-3 = 0,835 + 0,58 ∙ 646,25 ∙10^-3 = 1,21

Потери теплоты через свод:

Стены печи состоят из слоя шамота толщиной S_ш = 0,345 и слоя диатомита толщиной S_д = 0,115

Площадь стен:

F_м = 2 ∙ L_мет ∙ h_мет = 2 ∙ 3,51 ∙ 1,635 = 11,48 м²

F_св1 = 2 ∙ L_св1 ∙ h_св1 = 2 ∙ 3,4 ∙ 2,55 = 17,34 м²

F_св2 = 2 ∙ L_св2 ∙ h_св2 = 2 ∙ 0,66 ∙ 2,55 = 3,37 м²

F_т = 2 ∙ L_т ∙ h_т = 2 ∙ 6,79 ∙ 1,5 = 20,37 м²

Площадь торцов стен:

F_торц = 7,6 ∙ 0,72 + 7,6 + 1,5 = 16,86 м²

Полная площадь стен:

F_ст = ∑F = 11,48+17,34+3,37+20,37+16,86 = 69,42 м²

Средняя температура слоя шамота:

t_ш = , °С

Средняя температура диатомита:

t_д = , °С

где t' - температура на границе раздела слоев;

t_кл^нар - температура наружной поверхности стен, которую можно принять равной 50°С

λ_ш = 0,835+0,58∙10^-3∙t_ш

λ_д = 0,145+0,314∙10^-3∙t_д

При стационарных условиях:

Получаем t' = 823 °С.

Тогда:

t_ш = , °С

t_д = , °С

λ_ш = 0,835+0,58∙10^-3∙1059 = 1,45 Вт/м^2оС

λ_д = 0,145+0,314∙10^-3∙436,5 = 0,282 Вт/м^2оС

Количество теплоты, теряемое теплопроводностью через кладку стен:

Q_кл = Q_св + Q_ст = 626+120=746 кВт

4) Потери с охлаждаемой водой принимаем практически равными 10% вносимого топлива и воздухом:

Q_охл = 0,1∙В∙(Q_кл+i_в∙V_в)

Q_охл = 0,1∙(40829,5+6137,96) = 4696,75В кВт

5) Неучтённые потери принимаем равными 12% от той же величины:

Q_неучт = 0,12∙(40829,5+6137,96) = 5636,1В кВт

Составляем уравнение теплового баланса:

B=

отсюда В =