Проектирование методической нагревательной печи с пятью зонами регулирования теплового режима

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

В процессе производства стали важнейшая роль принадлежит теплотехническим процессам и термообработке проката. Качественный нагрев металла перед обработкой давлением - совершенно необходимое условие для нормальной работы прокатного и кузнечного оборудования. Термическая обработка прокатной продукции основана на соответствующих тепломассообменных процессах, осуществляемых в печах специального назначения.

В современном понимании печь - это тепловой агрегат, в котором происходит получение теплоты из того или иного вида энергии передача ее материалу, подвергаемому обработке.

Подавляющее большинство процессов, протекающих в печах, совершается при высоких температурах и связано с большими затратами тепловой энергии. Высокая энергоемкость печных процессов делает металлургическую теплотехнику ответственной за энергетические показатели работы печей, на долю которых приходится очень большая часть энергии, расходуемой как в нашей стране, так и в мире в целом.

Отжили положения так называемой энергетической теории, в соответствии с которой работа печи рассматривалась, зависящей в основном от ее тепловой мощности. Последние десятилетия развитие печей идет по пути создания высокопроизводительных механизированных и автоматизированных печных агрегатов, интенсификация работы которых обеспечивается соответствующим развитием тепломассообменных процессов, протекающих в рабочем пространстве печей. Процессы теплогенерации, движения газов, конструктивные особенности рабочего пространства печей должны быть подобраны таким образом, чтобы достигался наивысший (необходимый) уровень теплоотдачи к обрабатываемому материалу.

Тепломассообменные процессы, протекающие в рабочем пространстве печей, сложны и многообразны, анализ их выполняется с использованием самого современного материала.

Многие современные печные агрегаты, будучи высокомеханизированными, представляют собой по существу тепловые машины, которые могут быть переведены на автоматизированные системы управления с использованием ЭВМ.

Термическая обработка легированных сталей требует очень точной выдержки заданного температурного режима и высокой степени равномерности нагрева изделий, что достаточно легко обеспечить в топливных печах. Кроме того в печи легко обеспечить нужную газовую атмосферу, можно получить местный нагрев поверхности металла (поверхностная закалка). Поэтому в машиностроении и металлургии топливные печи по прежнему занимают очень важное место, не смотря на широкое распространение электрических печей.

Такое широкое распространение топливные печи получили благодаря своим положительным качествам:

1. Способности получать очень большие скорости нагрева и любые необходимые температуры, без больших затрат электроэнергии.

2. Способность обеспечить высокую равномерность нагрева металла.

3. Удобство механизации и автоматизации процессов загрузки и выгрузки подвергающихся нагреву материалов или изделий и перемещение их внутри печи.

4. Легкость герметизации печей, возможность благодаря этому защитить нагреваемые материалы или детали от окисления.

1. Краткий обзор основного технологического оборудования стана 150

печь горение топливо тепловой

Прокатный стан 150 оборудован методической нагревательной печью с боковым и фронтовым расположением горелок, с шагающим водоохлаждаемым подом с кантовкой заготовок в печи.

Клети непрерывного прокатного стана разделены на четыре группы:

- черновую, состоящую из шести клетей с горизонтальным расположением валков;

- первую промежуточную, состоящую из трех консольных клетей с горизонтальным расположением валковых шайб и трех консольных клетей с вертикальным расположением валковых шайб.

- вторую промежуточную, состоящую из двух консольных клетей с горизонтальным расположением валковых шайб и двух консольных клетей с вертикальным расположением валковых шайб.

- проволочного блока, состоящего из десяти рабочих кассет с общим приводом и расположением валковых шайб под углом 45 к горизонту и 90 между соседними кассетами.

Каждая консольная клеть промежуточных групп снабжена устройством для быстрой замены валковых шайб.

Стан оборудован четырьмя трайбаппаратами:

- для подачи заготовки в первую клеть

- двумя трайбаппаратами для транспортировки раската на клети №16 до проволочного

Блока

- для подачи катанки в виткообразователь

Перед каждой клетью второй промежуточной группы и перед проволочным блоком для прокатки без натяжения установлены петлерегуляторы.

Максимальная скорость проволоки 100 м/с.

Для укладки катанки витками на транспортер имеется виткообразователь, а также оборудование для сбора витков в мотки, транспортировки и увязки.

Схема расположения основного технологического оборудования приведена на рис. 1, где:

1- загрузочная решетка

2- нагревательная печь

3- разгрузочный рольганг (аварийный)

4- установка удаления окалины

5- черновая группа клетей

6- ротационные ножницы

7- первая промежуточная группа клетей

8- ротационные ножницы

9- вторая промежуточная группа клетей

10- секция водяного охлаждения подката перед блоком

11- трайбаппарат

12- проволочный блок

13- участок водяного охлаждения катанки

14- виткообразователь

15- рольганг для воздушного охлаждения витков катанки

16- камера образования мотков

17- крюковой конвейер

18- устройство для прессования и обвязки мотков

19- весы

20- станция разгрузки мотков

Стан 150 снабжен секцией регулирования температуры раската перед проволочным блоком и двухстадийной системой термоупрочнения катанки, состоящей из секций водяного охлаждения после проволочного блока и воздушного охлаждения, состоящего из рольганга и системы подачи воздуха вентиляторами для охлаждения катанки после виткообразователя (система охлаждения Стельмор).

Стан оснащен следящими и управляющими системами ЭВМ, а также локальными системами автоматического регулирования и управления технологическими агрегатами и механизмами на отдельных участках прокатного стана. Системы обеспечивают безопасную работу и безопасную остановку оборудования при аварийных ситуациях.

2. Техническая характеристика нагревательной печи

Самая главная задача каждой печи - соответствующим образом приспосабливаться к переменным условиям ввиду:

- возможной задержки на прокатном стане вследствие замены валков

- различной температуры выгрузки заготовок

По этим причинам для обеспечения этой цели для каждой печи должны выполняться соответствующие температурные расчеты.

Нагревательная печь предназначена для нагрева заготовок до температуры прокатки. Тип печи - методическая, с шагающим водоохлаждаемым подом и с кантовкой заготовок в зоне подогрева, с боковым нагревом, боковой разгрузкой и выдачей заготовок.

Режим работы - непрерывный.

Размеры при загрузке:

Длина заготовок: 10000-12000 (мм)50 (мм)

Номинальные размеры заготовок:

- 125х125х12000 (мм) вес 1472 (кг)

- 163х163х12000 (мм) вес 2503 (кг)

Допустимое отклонение для заготовок:

Прямолинейность

- макс. отклонение 50 (мм) для заготовок длиной 12 (м)

- макс. местное отклонение 10 (мм) на 1 м.

Расположение при загрузке:

Заготовки при загрузке должны быть отцентрированы по оси печи.

Температура заготовок:

- при выдаче 1050-1200 (С)

- неравномерность нагрева заготовки по длине и сечению не более 20С.В номинальных условиях система управления температурой печи обеспечивает повторный нагрев сляба при номинальной температуре на выходе с равномерностью температуры в 10С в поперечном сечении и 50С между передней и задней частью.

Размеры печи:

- внутренняя длина печи - 20280 мм

- полезная длина печи - 19400 мм

- внутренняя ширина печи - 12800 мм

- расстояния между осями загрузки и выгрузки - 19900 мм

- габаритная длина - 25000 мм

- габаритная ширина - 14140 мм

- ширина снаружи - 13410 мм

- высота туннеля над линией прокатки - 1300 мм

- высота зоны нагрева над линией прокатки - 2000 мм

- высота зоны выдержки над линией прокатки - 2000 мм

Механизм перемещения заготовок - водоохлаждаемый под с кантовкой заготовок.

- количество шагабщих подов -3

- ширина подов - 1000,1200,1000 мм

- количество неподвижных подов - 4

- подъем (вертикальный ход) шагающих подов - 220 мм (+100, -120)

- продольное (горизонтальный ход) перемещение подов -250 мм

- межосевое расстояние -3900 мм

Цикл шага с загрузкой и выдачей - 45с

Загрузка в печь:

- с рольганга принимается шагающим подом

Выгрузка из печи:

- механизм безударной выдачи

Максимальная тепловая мощность печи - 32 Гккал/ч

Число зон автоматического регулирования теплового режима - 5.

Вид топлива - природный газ:

Номинальная теплота сгорания - 8000 Ккал/м

Давление газа перед горелкой - 4 КПа

Давление воздуха перед горелкой - 3,5-4 КПа

Температура подогрева воздуха до 530

Тип сжигательных устройств: горелки боковые длиннофакельные

Количество горелок всего - 18

Способ подачи воздуха к сжигательным устройствам:

- при помощи вентиляторов

Способ удаления уходящих из рабочего пространства печи продуктов сгорания:

- дымососом через экономайзер в дымовую трубу

Утилизация тепла продуктов сгорания:

- рекуператор

- экономайзер

Способ охлаждения элементов печи - водяное

Максимальный расход газа - 4000 м

Раскладка заготовок - однорядная

Полная садка печи при шаге 250 мм -70 шт., и длине заготовки 10700 мм

Максимальная производительность печи - 50т/ч.

3. Сжигание топлива в печи

В качестве топлива используется природный газ с теплотой сгорания

Нагрев металла осуществляется:

- в первой зоне, предварительного нагрева, боковыми длиннофакельными горелками типа

GR 16-4 шт.

- во второй зоне, высокотемпературной выдержки, боковыми длиннофакельными горелками типа GR 22-6 шт.

- в третьей зоне, температурной компенсации, фронтальными длиннофакельными горелками типа GR 8-2 шт.

- в четвертой зоне, температурной компенсации, фронтальными длиннофакельными горелками типа GR 8-4 шт.

- в пятой зоне, температурной компенсации, фронтальными длиннофакельными горелками типа GR 8-2 шт.

Сжигание топлива производится при соотношении «газ-воздух» равным от 1:8 до 1:11.

Избыточное давление в печи можно поддерживать в диапазоне 2-5 Па.

Качество сжигания газа контролируется визуально по цвету и виду пламени следующим образом:

- расплывчатое бледно-зеленое пламя с зеленовато-желтыми прожилками свидетельствует

о нормальном сжигании газа.

- бесцветное прозрачное пламя свидетельствует о большом избытке воздуха

- пламя синего цвета, красного и густого зеленого цветов, а также пламя со следами копоти свидетельствует о недостатке воздуха.

Характеристика горелок и распределение тепловой мощности приведены в таблице 1.

Таблица 1. Характеристика горелок и распределение тепловой мощности по зонам нагревательной печи

Номер зоны	Количество горелок в зоне	Тип горелок	Единичная мощность горелки Гкал/ч	Максимальный расход на горелку, м	Тепловая мощность зоны, Гкал/ч	Максимальный расход на Зону м
				газ	воздух	номинальная	максимальная	газ	воздух
1	4	GR 16	2,4	300	3135	7,7	9,6	1200	12540
2	6	GR 22	3	383	4002	14,7	18,4	2300	24035
3	2	GR 8	2	95	993	1,2	1,5	190	1985
4	4	GR 8	4	92,5	967	2,4	3	370	3866
5	2	GR 8	2	95	993	1,2	1,5	190	1985
Всего	18					27,2	34	4250	44411

4. Нагрев заготовок в печи

Нагревательная методическая печь с шагающим водоохлаждаемым подом и кантовкой заготовок в зоне подогрева предназначена для нагрева непрерывно-литых и горячекатаных заготовок сечением 125х125 (мм), длиной 1000012000 (мм) и массой 1,211,48 (т).

Печь имеет пять зон регулирования теплового режима. Посад и выдача металла - боковые. Посад заготовок в нагревательную печь производится в соответствии с графиком производственного управления (ПрУ). Металл не соответствующий графику производства или не соответствующий требованиям технических условий, стандартов и контрактов в посад не задается. Назначение на прокатку отсортированного по химическому составу металла производится по заданию ПрУ и соответствующей аттестации ОТК. Посад заготовок в печь производится со склада заготовок. Заготовки со склада СПЦ электромостовым краном подаются на загрузочную решетку и далее на загрузочный рольганг печи. Для разделения плавок в печи между плавками оператором ПУ делается раздел в 2-3 холостых шага балок.

Транспортировка заготовок в печи осуществляется посредством шагающего водоохлаждаемого пода.

Выдача заготовок из печи производится механизмом безударной выдачи.

Температурный режим в печи в зависимости от марки стали и профиля приведен в таблице 2.

Минимальное время нагрева заготовок до конечной температуры - 60 минут.

Длительность нагрева заготовок, предназначенных для производства катанки для металлокорда и проволоки РМЛ, должна быть не более 3 часов. При длительности нагрева свыше 3-ех часов, но не более 5-ти часов - заготовки выдаются на возврат и бракуются.

При продолжительности нагрева металла свыше 3-ех часов следует снижать температуру по зонам печи. Снижение (повышение) температуры печи производится со скоростью не более 30/ч.

Перед пуском стана после длительного простоя (более 3-ех часов) необходимо прогреть металл в течение 30 минут, установив заданные температурные режимы по зонам печи.

Для уменьшения окалинообразования и обезуглероживания поверхности металла при длительной остановке стана, при необходимости, 15-16 заготовок из зон 3,4,5 выдается на возврат с последующим отшагиванием печи на это же количество шагов назад. Возможные нарушения технологии нагрева изложены в таблице 3.

Перед загрузкой металла в печь температура по зонам доводится до рабочей в соответствие с таблицей 2.

При длительных остановках стана (свыше одних суток) необходимо:

- полностью выгрузить металл из печи с выдачей всех заготовок в прокат или на возврат

- снизить температуру в печи до температур дежурного газа (900-1000) для чего потушить все горелки 1-2 зон, а горелки зон 3-5 оставить включенными в дежурном режиме.

Распределение и регулирование газа и воздуха по зонам печи и горелкам производится автоматически, в зависимости от заданной температуры (таблица 2).

Воздух для горелки подается подогретым в рекуператоре до температуры не выше 530.

Таблица 2. Температурный режим нагрева заготовок в зависимости от профиля

Профиль, мм	Марка стали	Шаг раскладки заготовок, мм	Время нагрева, мин	Температура по зонам печи
				1	2	3
Ш 5,5-7,5	70К-80К	70	100-120 120-140	920-970 920-970	1145-1215 1140-1190	1165-1215 1150-1200
Ш 8,0-12,5	70К-80К		80-100 100-120	990-1100 920-970	1180-1230 1165-1215	1145-1240 1165-1215

Примечание:

1. Сжигание топлива в зонах печи при контролировании обезуглероженного слоя, проводят при следующем отношении расхода газа к расходу воздуха.

1 зона: 1,9-11,0

2 зона: 1,9

3,4,5 зона: 1,5,5.

2. При снижении производительности стана на профилях Ш 3,0-12,0 мм на 50% от нормативной допускается снижение нижнего предела на 30С.

3. При простоях стана более 20 минут допускается отключение 1 зоны.

4. Время нагрева указанное в таблице 2 является факультативным значением.

Таблица 3. Перечень важных нарушений условий нагрева и способы их устранения

Вид нарушения	Причина нарушения	Способы устрвнения
1. Температура заготовок ниже заданной	А) низкая температура по зонам Б) недостаточное время пребывания заготовок в печи	А) увеличить температуру по зонам не превышая верхних пределов Б) увеличить продолжительность время пребывания заготовок в печи
2. Температура заготовок выше заданной (перегрев), на заготовках есть капли окисленной окалины, а при прокатке появляется чешуйчатость	А) высокая температура по зонам б) длительное пребывание заготовок в печи при заданной температуре	А) снизить температуру по зонам печи. Б) вывести заготовки из зоны, где происходит окисление
3. Искривление заготовок в печи	Не отрегулирована работа горелок по зонам печи, что приводит к ассиметричности нагрева	Отрегулировать работу горелок по зонам печи
4. Заготовка нагревается неравномерно по зонам печи	Не отрегулирована работа горелок по зонам печи	Отрегулировать работу горелок по зонам печи

5. Расчет горения топлива

Исходные данные: природный газ, Уренгойское газовое месторождение, объемная доля компонентов входящих в состав газа: Коэффициент избытка воздуха .

5.1 Определение количества теоритически и действительно необходимого воздуха

Состав% соответствует составу в топлива. Дальнейший расчет ведем для 100 топлива. Тогда:

Полое сгорание метана характеризуется реакцией:

из которой следует, что для сжигания 1 кмоль требуется 2 кмоль . Объем 1 кмоль любого газа одинаков для всех газов и при нормальных условиях равен 22,4 . Тогда для сжигания требуется

.

Полное сгорание этана характеризуется реакцией: из которой следует, что для сжигания 1 кмоль требуется 3,5 кмоль . Тогда для сжигания требуется

.

Всего требуется кислорода: .

Воздух состоит из 21% и 79% . Азота больше чем кислорода в 79/21=3,762 раза, поэтому общее количество при умножаем на 3,762 и получаем:

Определяем теоретически необходимое количество воздуха ()

Затем проводим расчет действительно необходимого воздуха ()

Расчет при

Расчет . Умножаем числовое значение кислорода при на 1,05, т.е.

.

Расчет . Умножаем числовое значение азота при на 1,05, т.е.

Определяем действительно необходимое количество воздуха (,05)

Расчет сведен в таблицу 4.

Таблица 4. Расчет теоретически и действительно необходимого воздуха для сгорания 100 топлива

Состав топлива	Содержание	Химическая реакция горения			Всего воздуха
	97,88		195,76
	0,82		2,87
	0,21	// - //	___
	1,09	// - //	___
	100	Расчет при	198,63	747,25	945,88
		Расчет при	208,56	784,61	993,17
		%	21	79	100

Для сгорания 1 топлива требуется следующее количество воздуха:

5.2 Определение количества и состава продуктов сгорания

Определим количество отдельных составляющих в продуктах горения в топлива.

Расчет при

Расчет . Эти компоненты получаются исходя из химической реакции горения.

Определяем

Разберем химическую реакцию

При горении 1 кмоль образуется 1 кмоль . Объем 1 кмоль любого газа одинаков для всех газов и при нормальных условиях равен 22,4 . Тогда при сжигании образуется .

Учтя который содержится в топливе , получим в продуктах сгорания при , т.е.

Определяем

При полном сгорании 1 образуется 2 . Тогда при сжигании образуется .

При полном сгорании 1 образуется 3 . Тогда при сжигании образуется .

Получаем в продуктах сгорания при

Определяем кислород

При кислород в продуктах сгорания отсутствует.

Определяем кислород

Азот получается суммированием теоретически необходимого количества азота из воздуха и количество азота, которое содержится в топливе , т.е.

Определяем сколько всего образуется продуктов сгорания при .

Теперь определим количество продуктов сгорания при

Расчет при

Расчет .

Числовые значения этих компонентов остаются теми же, как были при , ,

Определяем кислород .

Кислород определяется действием вычитания. От кислорода при () отнимается кислород при (), т.е. .

Определяем кислород .

Азот получается суммированием теоретически необходимого количества азота при () и количества азота, которое содержится в топливе () т.е. .

Определяем сколько всего образуется продуктов сгорания при .

.

Расчет процентного содержания продуктов горения.

Расчет сведен в таблицу 5.

При горении 1 топлива образуется следующее количество продуктов сгорания:

Таблица 5. Расчет количества и состава продуктов сгорания при горении 100 топлива

Состав топлива	Содержание	Химические реакции горения					Всего воздуха
	97,88		97,88	195,76
	0,82		1,64	2,46
	0,21	- // -	0,21	- // -
	1,09	- // -	- // -	- // -
	100	Расчет при	99,73	198,22	- // -	748,34	1046,29
		Расчет при	99,73	198,22	9,93	785,7	1093,58
		%	9,12	18,13	0,91	71,84	100

5.3 Определяем температуру горения топлива

Определяем низшую теплоту сгорания топлива.

.

- теплота сгорания компонентов.

Определяем начальную энтальпию.

Определяем калориметрическую температуру горения.

Задаемся t.k=1900(Т.k=2173 К). Определяем энтальпию продуктов сгорания при t.k=1900.

Задаемся t.k=2000(Т.k=2273 К). Определяем энтальпию продуктов сгорания при

t.k=2000.

Соблюдается условие и

Калориметрическая температура горения определяется по формуле:

6. Расчет нагрева металла

Исходные данные: Сталь кордовая 80К сорбитизированная для металлокорда, бортовой проволоки и проволоки РМЛ. Химический состав стали по ЗТУ 840-03-01: C - 0,80-0,85%, Mn - 0,40-0,70%, Si - не больше 0,30%, Р - не больше 0,015%, S - не больше 0,015%, Cu - не больше 0,05%, Cr - не больше 0,05%, Ni - не больше 0,05%, Al - не больше 0,004%, N- не больше 0,005%, О- не больше 0,005%.

Температура посада металла в печь

6.1 Температура нагрева

Максимальная допустимая температура нагрева стали 1140.

Согласно температурному режиму нагрева заготовок под прокатку

.

Действительная температура, которую можно получить при сжигании топлива будет ниже, т.к. часть тепла введенного в печь выделяется в окружающее пространство.

Действительная температура печи определяется по формуле:

Где - пирометрический коэффициент при сжигании газообразного топлива, принимаем

6.2 Рациональный режим нагрева

Тепловая работа методической печи основана на противотоке - горючие газы движутся на встречу нагреваемому металлу, который из зоны низких температур передвигается в зону высоких температур, а дымовые газы, омывая металл, нагревают его, сами охлаждаются.

Данная печь имеет три тепловые зоны: методическую, сварочную, томильную.

В конце методической зоны температура металла равна , в конце сварочной зоны .

В методической зоне металл постепенно подогревается до поступления в зону высоких температур - сварочную зону. Постепенный нагрев металла в методической зоне представляет собой противоточный теплообменник, обеспечивающий безопасный режим нагрева. Движущиеся навстречу перемещению металла дымовые газы отдают ему тепло, весьма значительно охлаждаясь в пределах методической зоны. Обычно в конце методической зоны температуру печи поддерживают 750-1000. Наличие методической зоны увеличивает коэффициент использования топлива.

Нагрев в промышленных печах не является симметричным, что учитывается введением расчетной толщины заготовки, определяется по формуле. В методической зоне происходит четырехсторонний нагрев заготовки. Тогда нагреваемая толщина металла:

Где - геометрическая толщина тела

м

Разность температур между поверхностью и центром заготовки в конце методической зоны не должна превышать:



Полагаем, что в конце методической зоны температура металла равна .

Температура газов методической зоны в зоне теплообмена:

Температура газов в начале зоны:

Температура газов в конце зоны:

Сварочная зона - зона высоких температур. Назначение этой зоны в быстром нагреве поверхности заготовки до конечной температуры (обычно до 1000-1200). Для интенсивного нагрева поверхности металла до этих температур надо обеспечить температуру до 1200-1400.

Температура поверхности металла в конце сварочной зоны

Процесс быстрого нагрева металла ведут при температуре среды:

В сварочной зоне происходит односторонний нагрев с укладкой заготовки с зазором по монолитному поду. Тогда нагреваемая толщина м металла:

По таблице находим коэффициент несимметричности нагрева

Томильная зона (зона выдержки) служит для выравнивания температуры по сечению металла. В сварочной зоне до высоких температур нагревается только поверхность металла, а температура середины значительно отстает от температуры поверхности металла. По этой причине создается большой перепад температур по сечению металла. С таким перепадом металл поступает в томильную зону, где температура на 50-70 выше необходимой температуры нагрева металла. Поэтому в томильной зоне температура поверхности не изменяется и поддерживается на достигнутом в сварочной зоне уровне.

При нагреве металла перед прокаткой по технологическим соображениям перепад температур по сечению изделия:

Тогда ,

Температура газов в томильной зоне поддерживается .

6.3 Продолжительность нагрева

В рабочем пространстве пламенных промышленных печей тепло нагреваемому изделию передается излучением и конвекцией. Доля радиационного теплообмена составляет от 60 до 100%, доля конвективного теплообмена может составлять 30-40%.

В инженерных расчетах принимают, что радиационный и конвективный теплообмен не оказывают влияния друг на друга, а их тепловые эффекты суммируются. Для удобства расчетные формулы обоих видов теплообмена представляют в одинаковой форме.

Мы в расчетах будем использовать формулу конвективного теплообмена. Тогда величину плотности теплового потока определяют как:

.

Где - суммарный коэффициент теплоотдачи,

- коэффициент теплоотдачи конвекцией, .Для расчета теплообмена в печах обычного типа можно принять , в печах скоростного нагрева

- коэффициент теплоотдачи излучением, , определяется по формуле:

- формула В.Н. Тимоффеева-А.С. Невского

Расчет радиационного теплообмена в пламенных печах представляет собой сложную задачу, связанную с наличием значительных неравномерностей температурного поля в газовом объеме, горением топлива и т.п. В инженерных расчетах радиоактивного теплообмена рабочее пространство пламенной печи представляют в виде расчетной схемы рис. 4. В пределах тепловоспринимающей поверхности металла -4, адиабатной кладки -1 и изотермического объема продуктов сгорания -3 - температуры и радиационные характеристики принимают неизменными.

При расчете распространения тепла внутри металла, находящегося в тепловом взаимодействии с окружающей средой, воспользуемся методом Фурье, в связи с его простой наглядностью и достаточной универсальностью. Случай расчета методической и сварочной зоны описывается задачей теплопроводности с граничными условиями III рода. Для практического использования решения удобнее всего применять известные графические зависимости между критериями:

Где - относительная избыточная температура

- критерий Био, - относительное время (критерий Фурье),

- относительная длина, X=0 - соответствует центру заготовки,

X=1 - соответствует поверхности заготовки. Эти графики известны под названием номограмм Д.В. Будрина. Случай расчета томильной зоны () - описывается задачей теплопроводности с граничными условиями I рода и может быть представлена в виде взаимосвязи температурного критерия и критерия Фурье:

Имеет место однорядное расположение металла. Принимаем толщину зоны горения В=0,1 м. Тогда внутренняя ширина печи . Принимаем внутреннюю высоту свода Н=2 м, тогда .

Методическая зона.

Находим парциальные давления излучающих газов.

 кПа

кПа

Эффективная длина луча в газовом слое для зоны теплообмена:

Произведение парциальных давлений и на эффективную длину луча для зоны теплообмена.

Нахожу степень черноты объема продуктов сгорания по формуле.

Находим степень черноты для зоны теплообмена в начале зоны при

Находим степень черноты для зоны теплообмена в конце зоны при

Степень развития кладки.

Численное значение приблизительно равно отношению внутренней поверхности печи

к поверхности металла, воспринимающего тепловое излучение



Приведенная степень черноты системы.

Где - степень черноты металла

Приведенная степень черноты системы в начале зоны теплообмена.

Приведенная степень черноты системы в конце зоны теплообмена.

Значение коэффициента радиационного теплообмена.

Где - константа излучения черного тела.

- коэффициент конвективной теплоотдачи

Значение коэффициента радиационно-конвективного теплообмена



Определяем среднюю температуру газов в зоне теплообмена.

Средняя температура металла методической зоны.

Коэффициент теплопроводности

Коэффициент температуропроводности

Определяем критерий Био.

Относительная избыточная температура для поверхности.

Определяем критерий Фурье по номограммам Д.В. Будрина.

Время нагрева заготовки в методической зоне:

Относительная избыточная температура для центра заготовки.

Температура центра заготовки в конце методической зоны.

Определяем температуру кладки в начале и конце зоны.

Плотность результатирующего теплового потока.

Определяем среднюю температуру газов в зоне теплообмена.

Средняя температура металла сварочной зоны.

Коэффициент теплопроводности

Коэффициент температуропроводности

Определяем критерий Био.

Относительная избыточная температура для поверхности.



Определяем критерий Фурье по номограммам Д.В. Будрина.

Время нагрева заготовки в сварочной зоне:

Относительная избыточная температура для центра заготовки.

Температура центра заготовки в конце сварочной зоны.

Определяем температуру кладки в конце зоны.

Плотность результатирующего теплового потока сварочной зоны.



Томильная зона.

Нормальная средняя температура металла томильной зоны.

Степень выравнивания температур

Определяем критерий Фурье по номограммам Д.В. Будрина.

Конечная средняя температура металла томильной зоны.

Средняя температура металла томильной зоны.



Коэффициент температуропроводности

Время нагрева заготовки в томильной зоне:

Общее время нагрева заготовки в печи

7. Определение габаритных размеров печи

Исходные данные: Емкость печи Е=65,7т (при максимальной производительности печи Р=50 т/ч), масса заготовки m=1,07т.

Расчетная производительность печи:

Число заготовок в печи:

Полная длина пода методической зоны

Полная длина пода сварочной и томильной зоны.

Составим пропорцию:

Находим количество заготовок в методической и сварочной вместе с томильной зонах

Тогда

Полная длина пода.

Полная длина пода сварочной зоны:

Полная длина пода томильной зоны:

Внутренняя длина печи -20280 (мм)

Внутренняя ширина печи -12800 (мм)

Расстояние между осями загрузки и выгрузки - 19900 (мм)

Список литературы

1. Стаскевич Н.Л., Северениц Г.Н., Вигдорич Д.Я. Справочник по газоснобжению и использованию газа.-Л: Недра, 1990

2. Материалы и элементы металлургических печей: Учеб.пособие. Г. Лисиенко, С.Н. Гущин, Г.В. Воронов, В.Б. Кутьин, Свердловск: изд-во Урал, 1989

3. Металлургическая теплотехника в 2-ух томах /учебник для вузов/ Кривандин В.А., Артюнов В.А., Мастрюков Б.С. и др. М: металлургия, 1986.

1. Металлургическая теплотехника. В 2-ух томах. Конструкция и работа печей: учебник для вузов /Кривандин В.А., Неведомская И.Н., Кобахидзе В.В. и др. - М: металлургия, 1986.

5. Теория, конструкции и расчет металлургических печей: учебник для техникумов. В 2-ух томах 2-е издание Мастрюков Б.С. расчеты металлургических печей. М: «Металлургия», 1986.

6. Методические указания к курсовой работе по теме «Расчет и проектирование нагревательных устройств» курса «Нагрев и нагревательные устройства». ГГТУ им. П.И. Сухого, кафедра «обработка металлов давлением», Гомель 1994.

Размещено на Allbest.ru