Конструкция, методика расчёта толкательных методических печей

     Расчет  пламенной печи выполняется в  следующей последовательности:

     1) расчет горения топлива; 

     2) определение времени нагрева; 

     3) определение основных размеров  печи;

     4) составление теплового баланса, определение расхода топлива;

     5) расчет вспомогательного оборудования: рекуператоров, горелок и т.  п..  

     2.1 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; 2N₂.

     Принимая  содержание влаги в газах равным =30 г/м³ получим следующий состав влажных газов, %: доменный газ – 10,1 СО₂; 27,0 СО; 0,288 СН₄; 56,49 N₂; 3,59 Н₂О;2,532 Н₂; природный газ – 94,482 СН₄; 1,928 N₂; 3,59 Н₂О.

     Теплота сгорания газов  

        

       кДж/м³ МДж/м³;

       кДж/м³ МДж/м³.

 

     По  формуле  

      ,          

     находим состав смешанного газа, %: 4,63 СО ; 12,40 СО ; 51,21 СН ; 1,16 Н ; 27,02 N ; 3,58Н О .

     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:

     Газ:                                                  

                     

                       

                    

                          ^{______________________________}   

                        Всего                   8,007

                     Невязка          0,0166 кг

           ^{___________________________________}

     Всего                    0,9802

     Воздух

            ^{___________________________________}

     Итого          8,0236 

     Для определения калориметрической  температуры горения необходимо найти энтальпию продуктов сгорания  

       кДж/м³.  

     Здесь =602,05 кДж/м³ – энтальпия воздуха при =450^оС.

     При температуре  =2200^оС энтальпия продуктов сгорания равна  

       кДж/м³.                                                                                                                                

     При =2300^оС 

       кДж/м³.          

     По  формуле  находим 

                

      ^оС.     

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

      ^оС.         

     2.2 Время 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.распределение температур по длине печи представлено на рисунке 10. 

     

     Рисунок 10 – 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 1,65 м, в сварочной 2,8 м, в методической зоне 1,6 м.

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

     методической  зоны ;    

     сварочной зоны ;    

     томильной зоны .  

 

     Определим эффективную длину луча 

      ;         

     методическая  зона 

       м;        

     сварочная зона 

       м;       

     томильная зона 

       м;

 

     2.2.1 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 (0,452 ч). 

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

      ^оС. 

     2.2.2 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 (0,881 ч). 

     Определяем  температуру в центре сляба в  конце I сварочной зоны при значениях =0,934, =1,2, =0,53 

      ^оС. 

     2.2.3 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  

      ;