Расчет методической печи

Размещено на http://www.allbest.ru/

Задание

Рассчитать пятизонную методическую печь с нижним обогревом производительностью Р для обогрева слябов с заданным сечением. Конечная температура поверхности . Перепад температуры по сечению сляба в конце нагрева Д. Материал слябов сталь 35. Топливо смесь природного и доменного газов с теплотой сгорание. Воздух подогревается в рекуператоре до t_в

Целью работы является определение:

1. Расчет горения топлива

2. Определение времени нагрева.

Введение

Печь - технологическое оборудование, в котором рабочим видом энергии является тепло и рабочее пространство которого ограждено от окружающей среды. Разнообразие промышленных печей, используемых в литейном производстве, вызывает необходимость подразделения их на основные группы.

По способу генерации теплоты все печи подразделяют на топливные, где теплота выделяется за счет горения топлива, и электрические, где электроэнергия преобразуется в теплоту электрической дугой, нагревательными элементами сопротивления или индукцией.

По условиям теплопередачи печи подразделяют на печи с теплопередачей преимущественно излучением и конвекцией.

Работа печей характеризуется тепловой мощностью, тепловой нагрузкой, температурным и тепловым режимами.

По тепловому режиму печи подразделяют на печи, работающие по камерному режиму, и печи, работающие по методическому режиму. В печах, работающих по камерному режиму, температура рабочего пространства остается постоянной на протяжении всего времени работы печи. В печах, работающих по методическому режиму, температура в печи изменяется по длине печи или во времени.

Методические нагревательные печи широко применяются в прокатных и кузнечных цехах для нагрева квадратных, прямоугольных, а иногда и круглых заготовок.

По методу транспортировки металла методические печи относятся к так называемым проходным печам. Ряд соприкасающихся друг с другом заготовок заполняет весь под печи и продвигается через печь при помощи толкателя. При загрузке в печь новой заготовки одна нагретая заготовка выдается из печи.

Наиболее важными классификационными признаками методических печей являются:

1) температурный режим печи (по длине);

2) двусторонний или односторонний характер нагрева металла;

3) способ выдачи металла из печи (боковая или торцовая выдача).

Кроме того, классификация выполняется по виду нагреваемых заготовок, методу утилизации тепла отходящих дымовых газов, виду топлива, числу рядов заготовок в печи.

1. Расчет методической печи

Рассчитать пятизонную методическую печь с нижним обогревом производительностью 230 т/ч для нагрева слябов сечением 2501250 мм и длиной 1500 мм. Конечная температура поверхности металла =1250^оС. Перепад температур по сечению сляба в конце нагрева =50^оС. Материал слябов - сталь 35. Топливо - смесь природного и доменного газов с теплотой сгорания =16 МДж/м³. воздух подогревается в керамическом блочном рекуператоре до =400^оС. Содержание влаги в воздухе W=40 г./м³.

2. Расчет горения топлива

Состав исходных газов, %: доменный газ - 10,5 СО₂; 28 СО; 0,3 СН₄;

2,7 Н₂; 58,5 N₂; природный газ - 98 СН₄; 1,2 N₂?0,2 CO₂?0,6 C₄H_10.

Принимая содержание влаги в газах равным =40 г./м³ по формуле:

Х^вл=Х^сух

получим следующий состав влажных газов, %: доменный газ - 10 СО₂; 26,67 СО; 0,29 СН₄; 55,73 N₂; 4,97 Н₂О; 2,57 Н₂; природный газ - 93,36 СН₄; 1,14 N₂; 0,57 C₄H₁₀?0,12 CO₂? 4,97 Н₂О.

Теплота сгорания газов

кДж/м³ МДж/м³;

кДж/м³ МДж/м³.

По формуле

,

где ,

находим состав смешанного газа, %: 6,02 СО; 15,92 СО; 37,79 СН; 1,64 Н; 33,73 N; 0,23 C₄H_10? 4,97 НО.

Расход кислорода для сжигания смешанного газа рассматриваемого состава при п=1 равен

м³/ м³.

Расход воздуха при п=1,05

м³/м³.

Состав продуктов сгорания находим по формулам

м³/м³,

м³/м³,

м³/м³,

м³/м³.

Суммарный объем продуктов сгорания равен

м³/м³.

Процентный состав продуктов сгорания

%; %;

%; %;

Правильность расчета проверяем составлением материального баланса.

Поступило, кг: Получено продуктов сгорания, кг:

Всего 6,588

Невязка 0,012 кг

Всего 1,05

Воздух 4,3·1,29=5,55

Итого 6,6

Для определения калориметрической температуры горения необходимо

найти энтальпию продуктов сгорания

кДж/м³.

Здесь =532,08 кДж/м³ - энтальпия воздуха при =400^оС.

При температуре =2100^оС энтальпия продуктов сгорания равна

кДж/м³. При =2000^оС

кДж/м³.

Приняв пирометрический коэффициент равным =0,75, находим действительную температуру горения топлива ^оС.

3. Расчет времени нагрева металла

Температуру уходящих из печи дымовых газов принимаем равной =1050^оС; температуру печи в томильной зоне на 50^о выше температуры нагрева металла, т.е. 1300^оС.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Распределение температур по длине методической печи

Поскольку основным назначением методической зоны является медленный нагрев металла до состояния пластичности, то температура в центре металла при переходе из методической в сварочную зону должна быть порядкам 400 - 500^оС.

Разность температур между поверхностью и серединой заготовки для методической зоны печей прокатного производства можно принять равной (700 - 800), где - прогреваемая (расчетная) толщина. В рассматриваемом случае двустороннего нагрева м и, следовательно, ^оС, т.е. следует принять температуру поверхности сляба в конце методической зоны, равной 500^оС.

Определяем ориентировочные размеры печи. При однорядном расположении заготовок ширина печи будет равна

м.

Здесь а=0,2 м - зазоры между слябами и стенками печи.

Высоту печи принимаем равной: в томильной зоне 1,4 м, в сварочной 2,8 м, в методической зоне 1,5 м.

Находим степени развития кладки (на 1 м длины печи) для:

методической зоны ;

сварочной зоны ;

томильной зоны .

Определим эффективную толщину газового слоя

;

методическая зона

м;

сварочная зона

м;

томильная зона

м;

Определение времени нагрева металла в методической зоне

Находим степень черноты дымовых газов при средней температуре =0,5 (1300+1050)=1175^оС.

Парциальное давление СО₂ и Н₂О равно:

кПа;

кПа;

кПа^.м;

кПа^.м.

Находим

; ; .

Тогда

.

Приведенная степень черноты рассматриваемой системы равна

;

, степень черноты металла принята равной =0,8.

Определяем средний по длине методической зоны коэффициент теплоотдачи излучением



Вт/(м^2.К)

Определяем температурный критерий и критерий :

;

.

Для углеродистой стали при средней по массе температуре металла

^оС.

Критерий Фурье =1,4, тогда время нагрева металла в методической зоне печи равно

с (0,65 ч).

Находим температуру центра сляба при =1,4, =0,341, температурный критерий =0,68:

^оС.

Определение времени нагрева металла в I сварочной зоне

Находим степень черноты дымовых газов при =1300^оС:

кПа; кПа;

кПа^.м;

кПа^.м.

Приведенная степень черноты I сварочной зоны равна

;

Вт (м^2.К).

Находим среднюю по сечению температуру металла в начале I сварочной (в конце методической) зоны

^оС.

Находим температурный критерий для поверхности слябов .

Так как при средней температуре металла ^оС теплопроводность углеродистой стали равна =29,3 Вт/(м^.К), а коэффициент температуропроводности м²/с, то

.

Время нагрева в I сварочной зоне

с (1,27 ч).

Определяем температуру в центре сляба в конце I сварочной зоны при значениях =1,12, =1,2, =0,53

^оС.

Определение времени нагрева металла во II сварочной зоне

Находим степень черноты дымовых газов при =1350^оС.

кПа; кПа;

кПа^.м;

кПа^.м.

Приведенная степень черноты II сварочной зоны равна

;

Вт/(м^2.К)

Средняя температура металла в начале II сварочной зоны равна

^оС.

Температурный критерий для поверхности слябов в конце II сварочной зоны равен .

При средней температуре металла

^оС =28,2 Вт/(м^.К), м²/с.

Тогда

.

Время нагрева металла во II сварочной зоне равно

с (1,047 ч).

Температура центра сляба в конце II сварочной зоны при значениях =1,94, =1,1, =0,4.

^оС.

Определение времени томления металла

Перепад температур по толщине металла в начале томильной зоны составляет ^о. Допустимый перепад температур в конце нагрева составляет ^о.

Степень выравнивания температур равна

При коэффициенте несимметричности нагрева, равном =0,55 критерий =0,58, для томильной зоны.

При средней температуре металла в томильной зоне ^оС, =29,6 Вт/(м^.К) и м²/с.

Время томления

с (0,548 ч).

Полное пребывание металла в печи равно

с (3,51 ч).

Заключение

Технико-экономическая оценка работы методических печей

Широкое применение методических толкательных печей вызвано тем, что эти печи обеспечивают достаточно высокую производительность при невысоком удельном расходе топлива, а также обеспечивают высокий коэффициент использования тепла в рабочем пространстве. Это объясняется наличием методической зоны.

Применение глиссажных труб с рейтерами повышает равномерность нагрева металла (без царапин и холодных пятен) и создает предпосылки для увеличения ширины и длины печи.

Однако все методические печи толкательного типа имеют недостатки, обусловленные невозможностью быстрой выгрузки металла из печи и трудностями перехода от нагрева слябов одного размера к нагреву слябов другого размера. Эти проблемы могут быть решены только при использовании методических печей с шагающим подом.

пятизонный печь нагрев сляб

Список источников

1 Мастрюков Б.С. Теория, конструкции и расчеты металлургических печей - Москва: Металлургия, 1978 г. - 272 с.

2 Кривандин В.А. Теория, конструкции и расчеты металлургических печей - 2 том / В.А. Кривандин; профессор, доктор техн. наук. - Москва: Металлургия, 1986 г. - 212 с.

3 Телегин А.С. Лебедев Н.С. Конструкции и расчет нагревательных устройств - 2-е издание переработанное и дополненное. Москва: Машиностроение, 1975 г. - 170 с.

Размещено на Allbest.ru