Пример 15

Исходные данные:

Экран из шамотного кирпича толщиной 0,25 м с отверстием 0,50,5 м установлен на расстоянии 3 м от горловины конвертора. Средняя температура внутренних поверхностей футеровки и шлака 1873 К. Эффективная температура в цехе 293 К.

Решение:

Согласно вышеизложенной методике, производим расчеты :

Е_а.ч.т = 5,67 (18,73)⁴ = 697,8 кВт/м² ; b/h = 0,5; h/a = 1.

По рис. 20 определяем φ = 0,7 (для квадратных отверстий) и F_o = 0,5 · 0,5 = 0,25 м² ;

Е_{п. о} = 5,67 · 0,25 · 0,7 · [(18,73)⁴ – (2,93)⁴] = 122 кВт/м² ;

k_д.п.э = 122,0 / 697,8 = 0,17.

По таблице 9   для участка футеровки конвертеров находим:

Е_о = 243 · 3^–1,5 = 46,7 кВт/м².

Тогда Е_{п. о} = 0,17 · 46,7 = 7,94 кВт/м².

Пример 16

Исходные данные:

Условия задачи соответствуют предыдущему примеру. Размеры отверстия в экране 0,20,2 м.

Решение:

Определяем следующие величины:

Е_а.ч.т = 697,8 кВт/м²;

Е_п.о= 13,7 кВт/м²;

k_д.п.э = 0,02;

Ео = 46,7 кВт/м²;

Е_п.о = 0,93 кВт/м².

Технологическая операция длится 10 с. Необходимо проверить, какой из экранов удовлетворяет допустимым значениям теплового облучения. Для неакклиматизированных рабочих (горячий стаж менее трех лет) допустимая облученность рабочего в течение 10 с не должна превышать 2,1 кВт/м², а для акклиматизированных – 8,4 кВт/м². Второй пример расчета удовлетворяет указанным требованиям.

Проверка соответствия размеров отверстия в экране допустимым значениям теплового облучения длительности воздействия на рабочем месте – необходимое условие для определения возможности эксплуатации экрана в горячих цехах.

Пример 20

Определить расход проточной воды на полостной водяной экран, применяемый для защиты от теплового воздействия инфракрасного излучения.

Исходные данные:

Температура экранируемой поверхности (стенки печи ) t₁ = 185 ⁰C;

Материал стенки печи – кирпич шамотный ;

Температура поверхности экрана t₂ = 38 ⁰С ;

Материал экрана – алюминий полированный ;

Площадь экрана F = 8 м² ;

Температура воды:

поступающей t_п = 12 ⁰С ;

уходящей t_ух = 36 ⁰С ;

Теплоемкость воды с = 0,98 – для речной воды (для морской – 0,94)

Решение:

Количество проточной воды, кг/ч, циркулирующей в экранах их стальных (алюминиевых и т.д.) листов, определяют по формуле:

где α – коэффициент поглощения инфракрасного излучения материалом экрана и водой, равный 0,9 ;

q_и – интенсивность облучения – количество теплоты, переданное излучением с 1 м² горячей стенки воде, Вт/м²:

где _пр – приведенная степень черноты, равная:

[₁ = 0,59 и ₂ = 0,04 – степень черноты соответственно горячей стенки и экрана (приложение 1)];

С₀ – коэффициент излучения абсолютно черного тела, равный 5,67 Вт/(м²К⁴);

Т₁ – температура поверхности (стенки) печи, К⁰;

Т₂ – температура поверхности экрана, К⁰ (t+273);

F – площадь экрана, м²;

с – теплоемкость воды, (речной – 0,98, морской – 0,94)

t_п – температура воды, поступающей в полость экрана, ⁰С.

t_ух – температура уходящей от экрана воды ⁰С.

2.8. Воздушное душирование

Учитывая специфику металлургического производства, в данном случае наиболее целесообразным средством для создания благоприятных условий является воздушное душирование с сосредоточенной подачей охлажденного воздуха.

В некоторых случаях, например при образовании тумана в районе клетей, в холодный период года целесообразно использовать устройство сосредоточенной подачи нагретого воздуха в районе парообразования, что будет способствовать рассеиванию тумана.

Следует иметь в виде, что равномерность распределения скоростей воздуха n в рассматриваемой зоне зависит от коэффициента m, характеризующего распределение производственных вредностей (тепла) в рабочей и в верхней зонах. При этом n не должен быть меньше значения, приведенных ниже:

m	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9
n	0,7	0,55	0,45	0,35	0,25	0,18	0,11	0,05

В зависимости от зоны обслуживания интенсивность облучения колеблится в определенных пределах, поэтому для расчета желательно иметь данные о пределах колебаний облучения. В соответствии с этими величинами на основании номограммы (Рис. 9) находят скорости движения воздуха v_min и v_max :

n = v_min/v_max.

Зная длину душируемого участка рабочей зоны А и ширину его В, определяют предельную длину участка, обслуживаемого одним приточным насадком А_max:

A_max  0,42 _п/(1+,

где F_п ­– площадь поперечного сечения помещения, обслуживаемого одной струей, м²; –коэффициент турбулентности струи, зависящий от конструкции насадка (для цилиндрической трубы с конфузором не меньше одного диаметра и углом раскрытия  = 15⁰  = 0,07; для трубы бес насадка  = 0,08);

n – коэффициент равномерности распределения скоростей воздуха в рабочей зоне.

Рис. 13. Номограмма подвижности воздуха в зависимости от интенсивности теплового облучения.

Если длина А_max окажется меньше необходимой, то устанавливают несколько насадков последовательно.

Горизонтальное расстояние от приточного насадка до начала душирующего участка (Рис.14 ).

Рис. 14– Расчетная схема душирования рабочей зоны

Высота расположения приточного насадка над уровнем рабочей зоны (м)

h = 0,08 · n ·(2 · t₁ + A_max) · ( + 0,3 · tg).

В таблице 5 приведено соотношение ширины душирующего факела В и длины его А в зависимости от угла установки патрубка по отношению к полу цеха  и n.

Таблица 5.

Соотношение В/А в зависимости от  и n.

/tg	Соотношение В/А в зависимости от  и n
	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8
30/0,599	0,05	0,07	0,11	0,15	0,22	-
40/0,842	0,06	0,09	0,13	0,17	0,25	-
45/1,0	0,07	0,11	0,15	0,19	-	0,35

Максимальная допустимая скорость воздуха на выходе из насадка (м/с):

V_{0 max}= V_min · [1 + m'/(1–m)],

где m'– коэффициент, равный 0,95.

Диаметр выходного сечения круглого или эквивалентного диаметра прямоугольного насадка d₀ для теплого периода года (м):

d₀ = 5 · h · v_max / v₀ · [1 + (tg / 3,4 · )]²,

где v₀ – сниженная скорость выхода воздуха из патрубка, обеспечивающая требуемую скорость в зоне душирования.

Для прямоугольного сечения насадка размер его стороны с определяют, задаваясь размером другой стороны b:

с = 1 / (2 / d₀ – 1 / b).

Количество воздуха, подаваемого одним приточным насадком (м/с):

а) при насадке круглого сечения:

L = 0,78 · v₀ · d₀²;

б) при насадке квадратного сечения :

L = v₀ · c².

Минимальную температуру воздуха в рабочей зоне душируемого участка t_min определяют по формуле:

t_min = t_п – v_max / [v₀ · (t_п – t₀)],

где t₀ – температура воздуха, выходящего душирующего патрубка, ⁰С;

t_п – средняя температура воздуха, подсасываемого приточной струей из окружающей среды, ⁰С:

t_п = (t_р.з – t_в.з) / 2,

где t_р.з и t_в.з – температура соответственно рабочей и верхней зон, ⁰С.