Пример 16.

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 17.

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 18.

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.

3.2.3. 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. 15) 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. 15- 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. 16 – 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 6 приведено соотношение ширины душирующего факела В и длины его А в зависимости от угла установки патрубка по отношению к полу цеха  и n.

Таблица 6.- 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.