Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!

Расчет внешнего теплообмена в рабочем пространстве печи

⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 3Следующая ⇒

Ширина рабочего пространства:

где n – число рядов заготовок

– расстояние между рядами заготовок или между торцами заготовок и боковыми стенками печи, м

l – длина заготовки, м

Средняя высота рабочего пространства печи принимаем:

в сварочной зоне: h_св = 2 м

в методической зоне: h_мет = 1,5 м

Площадь пода печи:

где L_св, L_мет– соответственно длины сварочной и методической зон, м

Внутренняя поверхность стен и свода в сварочной и методической зонах

Суммарная поверхность кладки и металла, окружающих газовый объем

Объем заполняемого газом рабочего пространства в сварочной и методической зонах:

Средняя эффективная длина луча в сварочной и методической зонах:

Парциальное давление газов:

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ЧГУ КП 280102.000.000 ПЗ

Степень черноты газов εи ε в сварочной и методической зонах определяем по приложениям 5 и 6.

ε₌_0,12;

ε₌ _0,14;

ε₌ _0,12;

ε_{= 0,14;}

Температуру газов в сварочной зоне считаем постоянной, предварительно её можно принять на 50 выше температуры поверхности металла в конце нагрева.

Температура газов в сварочной зоне:

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ЧГУ КП 280102.000.000 ПЗ

Средняя температура газов в методической зоне:

где температура уходящих газов ().

Степень черноты газов продуктов сгорания для сварочной и методической зоны в сварочной и методической зоны

где - поправочный коэффициент, учитывающий совместное действие CO₂ и Н₂О (определяем по приложению 7).

Угловой коэффициент излучения кладки на металл в сварочной и методической

зонах

Общая степень черноты системы газ-кладка-металл:

в сварочной зоне:

в методической зоне:

где степень черноты металла ε_м=0,8

Приведенный коэффициент излучения от газов и кладки металла:

, Вт/м² ·К⁴

, Вт/м² ·К⁴

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ЧГУ КП 280102.000.000 ПЗ

Среднее значение приведенного коэффициента излучения:

, Вт/м² ·К⁴

Расчет нагрева металла

Среднемассовая конечная температура заготовки

где ∆t₃ –конечный перепад температур в заготовке

Удельный тепловой поток к поверхности металла в конце нагрева

где – коэффициент теплопроводности металла при

Для облегчения расчёта нагрева металла для жаропрочной стали построим зависимость теплосодержания i (рис. 2) и коэффициента теплопроводности λ (рис.3) от температуры.

Температура,

Рис.2. Зависимость λ = f(t)

Температура,

Рис.3. Зависимость i = f(t)

Определяем из рис. 2:

2S – полная толщина металла, м

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ЧГУ КП 280102.000.000 ПЗ

Расчетная температура газов в сварочной зоне:

Коэффициент использования химической энергии топлива (КИТ) в сварочной зоне:

где – количество тепла, уносимого уходящими газами из сварочной зоны

где – энтальпия продуктов сгорания, соответствующая температуре ,определяемая по рис.1.

– количество тепла излучаемого из сварочной зоны в методическую

где q_изл- удельный тепловой поток излучения (q_изл = 100 кВт/м²)

F_св-мет- площадь поперечного сечения рабочего пространства на границе сварочной и методической зон

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ЧГУ КП 280102.000.000 ПЗ

М_общ – общая тепловая мощность печи

где b – удельный расход тепла (для предварительного расчета принимаем

b = 2500 кДж/кг)

G – производительность печи, кг/ч

Коэффициент использования химической энергии топлива в печи:

где Q_ух– количество тепла уносимое уходящими газами из печи

где i_ух– энтальпия продуктов сгорания, соответствующая t_ух, определяемая по рис.1.

Изменение теплосодержания металла в печи

где i₀, i₃- теплосодержание металла, соответствующее начальной t₀ и конечной t_мз температурам

Изменение теплосодержания металла вместе с образовавшейся окалиной

где - угар металла,( =2%)

с_ок- теплоемкость окалины, С_ок = 1 кДж/(кг К)

m - коэффициент, учитывающий сколько окалины Fe₃O₄ (кг) образуется от окисления 1 кг железа (m= 1,38)

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ЧГУ КП 280102.000.000 ПЗ

Приращение теплосодержания металла в методической зоне

Приращение теплосодержания в сварочной зоне

Нагрев металла в методической зоне (участок Ι)

Удельный тепловой поток в начале зоны

Удельный тепловой поток в конце зоны

где Т_м1- средняя температура металла в конце методической зоны, соответствующая его теплосодержанию:

, найденная по графику на рис.3:

λ- коэффициент теплопроводности металла, найденный по графику на рис.:2, соответствующий температуре

Уравнение для решается методом последовательных приближений. В первом приближении находим , полагая . Затем, подставив полученное значение , получаем уточнённое . Окончательное значение определяется после подстановки в уравнение .

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ЧГУ КП 280102.000.000 ПЗ

Температура поверхности металла в конце зоны:

Перепад температур по сечению металла в конце зоны:

Температура оси металла в конце зоны:

Средний тепловой поток в методической зоне:

Время нагрева металла в методической зоне:

где - коэффициент формы (для пластины )

ρ – плотность металла, кг/м³; ρ = 7800 кг/м³

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ЧГУ КП 280102.000.000 ПЗ

Участок сварочной зоны с монолитным подом (участок ΙΙ”)

Время нагрева металла на участке сварочной зоны с монолитным подом

где – длина монолитного пода ()

Теплоемкость металла:

Коэффициент теплопроводности:

где λ – коэффициент теплопроводности, найденный по графику на рис.3, соответствующий :

Критерий Фурье

Коэффициент теплоотдачи α в конце нагрева:

Критерий Био:

С помощью критериев Фурье и Био по Приложению 9 определяется величина

Перепад температур в начале участка:

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ЧГУ.КП.140104.000000.ПЗ

Удельный тепловой поток в начале участка:

Температура поверхности металла при переходе на монолитный под:

Среднемассовая температура металла:

Температура на оси заготовки:

Участок сварочной зоны с двухсторонним обогревом (участок ΙΙ’)

Средний тепловой поток на участке

Теплосодержание металла в конце участка , соответствующее температуре определяем по рис.2.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ЧГУ КП 280102.000.000 ПЗ

Приращение теплосодержания на участке:

Время нагрева на участке

, час

Общее время нагрева:

Удельная продолжительность нагрева:

Расчет основных размеров

Емкость печи

Длина активного пода

Длина методической зоны

Длина сварочной зоны с монолитным подом:

Длина сварочной зоны с двухсторонним обогревом:

Площадь активного пода:

Площадь полезного пода:

Напряженность активного пода:

Напряженность полезного пода:

После определения основных размеров выбираем и вычерчиваем профиль рабочего пространства печи. Если печь имеет значительную длину, то сварочную зону разбиваем на несколько поддон. Расстояние между опорными трубами составляет 1000 мм. Смотровые и рабочие окна располагаются симметрично с обеих сторон печи. Смотровые окна располагаются в методической зоне и на участке сварочной зоны с двухсторонним обогревом. Рабочие окна располагаются на участке сварочной зоны с монолитным подом. В сварочной зоне на участке с двухсторонним обогревом располагается 34 смотровых окон, а на участке с монолитным подом – 14 рабочих окон. Количество окон выбирается в зависимости от расстояния между осями окон, которое принимается для рабочих окон 1250 мм, для смотровых окон – 1700 мм.

Общая площадь окон в сварочной зоне:

в методической зоне располагается 2 смотровых окна. Расстояние между осями 1,8 м.Общая площадь окон в методической зоне:

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ЧГУ КП 280102.000.000 ПЗ

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ЧГУ КП 280102.000.000 ПЗ

Размеры торцевых окон посада и выдачи:

– высота окна, м

Тепловой баланс печи

Приход тепла

1.Тепло горения топлива:

где В – расход топлива, кг/с

2.Тепло, внесенное подогретым воздухом и газом:

3.Тепло, выделившееся при окислении железа:

Расход тепла

1.Полезное тепло на нагрев металла:

2.Потери тепла с уходящими газами:

3.Потери тепла теплопроводностью:

где – средняя температура внутренней поверхности кладки, ^оС;

– температура окружающего воздуха, ^оС;

и – соответственно толщина огнеупорной кладки и изоляции, м;

и – соответственно коэффициенты теплопроводности огнеупорной кладки и изоляции, Вт/м·К;

– коэффициенты конвективной теплоотдачи от стенок и окружающего воздуха,

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ЧГУ КП 280102.000.000 ПЗ

;

– площадь поверхности кладки, м².

Потери тепла теплопроводностью определяются как сумма потерь свода и стен сварочной и методической зон:

где и - потери тепла теплопроводностью через стены и свод в методической зоне;

и - потери тепла теплопроводностью через стены и свод в сварочной зоне;

1,2 – коэффициент, учитывающий повышение потерь тепла через швы кладки.

Средняя температура внутренней поверхности кладки определяется следующим образом.

Сварочная зона:

Безразмерные температуры:

Средняя температура внутренней поверхности кладки:

Методическая зона:

Средняя температура поверхности металла:

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ЧГУ КП 280102.000.000 ПЗ

Средняя температура газов в методической зоне:

Безразмерные температуры:

Средняя температура внутренней поверхности кладки:

Тепловые потери через свод в сварочной зоне.

Температура на границе слоев огнеупора и изоляции:

Средняя температура слоя огнеупора:

Средняя температура слоя изоляции:

Коэффициенты теплопроводности динаса:

Коэффициенты теплопроводности изоляции:

Потери тепла теплопроводностью :

Температура на границе слоев огнеупора изоляции не должна превышать максимально допустимого значения для материала изоляции в 1200 ºС:

Правильность принятых средних температур слоев: ºС

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ЧГУ КП 280102.000.000 ПЗ

Расхождение между принятыми значениями средних температур и подсчитанным по формулам больше 20%.Произведем перерасчет, приняв в качестве исходных значения температур, подсчитанных по формулам.