2 Выбор режима нагрева металла

Принимаем четырехступенчатый режим нагрева: методическая зона – двухсторонний нагрев в среде с линейновозрастающей температурой при равномерном (холодном посаде) начальном распределении температур;

две сварочные зоны – двухсторонний нагрев в среде с постоянной температурой при параболическом начальном распределении температур; томильная зона – односторонний нагрев в среде с постоянной температурой при параболическом начальном распределении температур.

Зная марку стали (ст70) выбираем величину конечной температуры нагрева - 1160°С.

Начальная температура печи выбирается из условий безопасного нагрева металла в первом периоде.

Принимаем допустимую разность температуры по сечению: .

Задаем температуры дымовых газов в каждой зоне:

начало печи - 900

1-я сварочная - 1220

2-я сварочная – 1300

нижний подогрев – 1260

томильная зона - 1200

Рекомендуется принять несколько меньшее значение начальной температуры печи:

Передача тепла нагреваемым заготовкам и кладке рабочего пространства происходит за счет излучения и конвекции.

При расчете внешнего теплообмена можно допустить, что доля конвективного тепла практически равна потерям тепла через кладку. Тогда единственным видом передачи тепла от газов, кладки к металлу является излучение.

Физическая модель внешнего теплообмена в печи: печь является замкнутой системой, состоящей из двух серых поверхностей кладки и металла, между которыми размещен серый газ (продукты горения).

Нагрев слябов разбиваем на 4 расчетных участка: I участок – неотапливаемая (методическая) зона; II участок – 1-я сварочная зона; III участок – 2-я сварочная зона; IV участок – томильная зона.

Рис.2. Распределение температур по зонам в рабочем пространстве

3 Расчет горения топлива

Вид топлива: коксодоменная смесь.

Составы сухого газа

Название	Коксовый газ	Доменный газ
Состав, %

Окислитель: воздух (21% О₂; 79% N₂);

Влагосодержание воздуха d_в=10 г/м³;

Коэффициент расхода воздуха α=1,05;

Влагосодержание топлива:

коксового газа г/м³,

доменного газа г/м³.

Температура подогрева воздуха t_в=400°С;

Пирометрический коэффициент η_пир=0,75;

Теплота сгорания смеси Мдж/м³

3.1.Рассчитаем состав влажного газообразного топлива :

(3.1)

Коксовый газ, % Доменный газ, %

3.2. Рассчитаем теплоту сгорания коксового и доменного газа, МДж/м³:

= 0,01(12,640 СО + 10,800 Н₂+ 35,820 СН₄+ 59,100 С₂Н₄+ 63,750 С₂Н₆+ 91,260 С₃Н₈+

+ 118,700 С₄Н₁₀ + 146,100 С₅Н₁₂+ 23,700 Н₂S )(3.2)

3.3. Определим долю каждого газа в смеси:

(3.3)

(3.4)

- доля коксового газа в смеси;

(1-0,4)=0,6 – доля доменного газа в смеси.

3.4. Определим состав смеси, %

,(3.5)

где Х_к.г - компонент коксового газа в %;

Х_д.г - аналогичный компонент доменного газа в %.

Для проверки пересчитаем теплоту сгорания смеси:

3.5. Определим объёмный теоретический и действительныйрасход сухого воздуха, необходимого для сжигания 1м³ газообразного топлива:

(3.6)

, (3.7)

.

3.6 Рассчитаем действительный расход влажного воздуха:

(3.8)

3.7.Рассчитаем выход дымовых газов:

(3.9)

(3.10)

(3.11)

(3.12)

(3.13)

(3.14)

3.8. Состав дымовых газов, %:

(3.15)

3.9. Рассчитаем калориметрическую температуру горения

Энтальпия продуктов сгорания:

, (3.16)

где h_в - энтальпия воздуха, кДж/м³

V_д.г - выход дымовых газов, м³/м³ ;

Зададим ,тогда энтальпия продуктов горения равна

Зададим , тогда

Калориметрическая температура горения:

(3.17)

3.10. Действительная температура горения:

(3.18)

Действительная температура горения больше максимальной температуры в печи, значит она сможет обеспечить необходимую температуру в печи.