Содержание

1. Аннотация………………………………………………………………стр.2

2. Расчёт горения топлива…………………………………….….………стр.3

3. Определение размеров печи…………………..……………….……...стр.6

4. Температурный режим и время нагрева металла ……………….…..стр.6

5. Тепловой баланс печи….……………………...……………………...стр.17

6. Выбор форсунок ..………………….………………………..…..……стр.22

7. Охрана труда……………………………………………….…………стр.23

8. Библиографический список….……….……………….…………......стр.27

9. Приложения……………………….……………….….………............стр.28

Аннотация

В данной работе рассчитывается печь с выкатным подом для нагрева заготовок перед молотом. Размеры заготовок из хромистой стали: ширина b=0,6 м, высота h=0,7 м, длина l=2,2 м.

Начальная температура заготовки , конечная температура поверхности . Перепад температур по сечению заготовки в конце нагрева Δt^кон=50 ⁰С.

Печь отапливается мазутом следующего состава: =84%; =10,95%; =0,2%; =0,2%; =2,5%; =2%; =0,15%.

Расчёт горения топлива

Находим расход кислорода на горение мазута заданного состава при коэффициенте расхода воздуха n=1,0 (м³/кг):

Определяем расход сухого воздуха n=1,1(м³/кг):

k=79/21=3,762

Находим объёмы компонентов продуктов сгорания (м³/кг):

;

_;

;

;

;

Суммарный объём продуктов сгорания равен (м³/ кг):

Процентный состав продуктов сгорания:

;

;

;

;

;

;

;

;

;

.

Находим низшую теплоту сгорания мазута (кДж/кг):

Определим истинную энтальпию продуктов сгорания (кДж/м³):

;

Зададим температуру = 2000 ⁰С

Определим энтальпию продуктов сгорания при температуре (⁰С) (кДж/м³):

;

Т.к. > , то зададим температуру = 1900

Определим энтальпию продуктов сгорания при температуре

;

Поскольку , то калориметрическая температура горения t_к (⁰С)

_;

Принимая пирометрический коэффициент равным η_пир=0,8 находим действительную температуру горения

T_действ= η_пирt_к

T_действ= 0,8∙1982,5=1586

Определение размеров печи

Принимаем расстояние между садкой и боковыми стенками, равным 0,5 м, садкой и сводом 1,0 м и садкой и торцевыми стенами 0,25 м. Тогда рабочее пространство имеет ширину B=1,6 м, высоту H=1,7 м и длину

L=2,7 м.

Принимаем, что выкатной под, стены и свод печи выполнены из шамота толщиной 150 мм и диатомитового кирпича толщиной 300 мм. Тогда наружные размеры печи будут равны: ширина B^΄=2,5 м, высота H^΄=2,15 м и длина L^΄=3,6 м.

Температурный режим и время нагрева металла

Холодное изделие загружается в холодную печь и нагревается вместе с ней. Изделие является достаточно массивным, поэтому примем, что температурный режим состоит из двух периодов: нагрева и выдержки. В период нагрева температура поверхности изделия повышается от до , температура дымовых газов в печи t_г меняется от 800 ⁰С до =+150=1250+150=1400⁰С, температура футеровки равна t_к=0,5(t_г+t_м).

Период нагрева разобьём на три интервала, в пределах которых температуру продуктов сгорания будем считать постоянной.

В период нагрева тепловая нагрузка печи (расход топлива) неизменна. В период выдержки тепловая нагрузка печи снижается так, что температура дымовых газов, металла и футеровки остаются неизменными.

Определяем площадь тепловоспринимающей поверхности металла

F_м=2bh+2lh+bl=2·0,6·0,7+2·2,2·0,7+0,6·2,2=5,24 м²

Площадь внутренней поверхности рабочего пространства печи (за вычетом площади, занятой металлом)

м²

Степень развития кладки

Эффективная длина луча

Период нагрева

I интервал. Изменение температур поверхности металла, кладки и продуктов сгорания показано на рис. 1. Средние за интервал температуры равны

Парциальное давление излучающих компонентов продуктов сгорания

(сюда включено SO₂)

Тогда

По графикам на рис. 13-15 при =975 ⁰C находим

Учитывая наличие в продуктах сгорания мазута сажистых частиц, увеличиваем степень черноты продуктов сгорания в 2,5 раза ε_г=2,5 ε΄_г=2,5 ∙0,1=0,25

Плотность потока результирующего излучения металла находим по формуле.

Принимая степень черноты металла равной ε_м=0,8 и шамота ε_к=0,6, находим значение комплексов

Теперь по формуле находим

Коэффициент теплоотдачи излучением в I интервале периода нагрева

Принимая значение коэффициента теплоотдачи равным α^конв=15 Вт/(м²·К), находим величину суммарного коэффициента теплоотдачи

Нагреваемое изделие является телом сложной формы, образованным пересечением трёх бесконечных пластин. Заготовку прямоугольного сечения

с b/h ≤ 1,8 можно представить в виде эквивалентного цилиндра с диаметром

Так как нагрев изделия производится со всех сторон, то коэффициент несимметричности нагрева равен μ=0,5 и расчётная толщина

Критерий Био равен

Значение λ=39,2 Вт/(м·К) заимствовано из приложения IX при t_м=310 °С.

Температурный критерий равен

По номограмме находим значение критерия Фурье Fo₁=0,46. Продолжительность I интервала периода нагрева

где α=8,89·10^-6 м²/с – коэффициент температуропроводности хромистой стали при t_м=310 °C (ссылка).

Найдём температуру в середине заготовки в конце I интервала периода нагрева. Для этого по номограмме при значениях Bi_I=0,88 и Fo_I=0,46 находим

Тогда

Среднюю по массе температуру заготовки в конце I (в начале II) интервале периода нагрева находим по формуле

II интервал. Средние за интервал температуры продуктов сгорания и поверхностей металла и кладки равны

Находим степень черноты продуктов сгорания:

По графикам при t_г=1225 °С находим

Тогда

Средняя во II интервале плотность потока результирующего излучения металла

Средний за II интервал коэффициент теплоотдачи излучением

,

а с учетом конвективного теплообмена

Значения критериев Био и температурного равны

По номограмме находим, что Fo_II = 0,2. Продолжительность II интервала периода нагрева

(1,27 ч.)

Найдем температуру в середине заготовки в конце II интервала периода нагрева. По номограмме при Bi_II = 3,23 и Fo_II = 0,2находим

Тогда

Средняя по сечению температура заготовки в конце II интервала периода нагрева

III интервал. Средние за интервал температуры продуктов сгорания и поверхностей металла и кладки равны

Находим степень черноты продуктов сгорания:

По графикам при t_г=1350 °С находим

Тогда

Средний за интервал коэффициент теплоотдачи излучением

С учетом конвективного теплообмена находим суммарный коэффициент теплоотдачи

Тогда

Значения критериев Био и температурного равны

По номограмме находим, что Fo_III = 0,22. Продолжительность III интервала периода нагрева

Значения λ = 29,6 Вт/(м·К) и α = 5,83·10^-6 м²/с определены для хромистой стали при

Найдем температуру в центре заготовки в конце периода нагрева. По номограмме при Bi_III = 4,8 и Fo_III = 0,22 находим

Тогда

Перепад температур по сечению заготовки в конце периода нагрева

Общая продолжительность периода нагрева

τ_н = τ₁ + τ₂ + τ₃ = 6894+4570+5027=16491 с (4,58 ч)