Расчет методической трехзонной печи

     V0₂=(α-1) ∙VO₂=0.1∙0.983=0.098(м³_O2/м³_смесь)

     Общий объем продуктов сгорания:

     V_Д.Г.= ΣV_iД.Г.=6,57 (м³/м³_смесь)

     Объемные  доли продуктов сгорания при нормальных условиях:

     rRO₂= VRO₂/ V_Д.Г=6.6%

     rH₂O= VН₂О/ V_Д.Г =29.5%

 

Расчет  теплообмена и нагрева металла по зонам

t,⁰C

t₀

t_ух

τ,мин

τ_мет

τ_св

τ_том

t_ц

t_пов

t_г

Трехступенчатый режим нагрева металла: tг-температура продуктов сгорания; tпов,tц- температуры поверхности и середины металла

    Определим ширину рабочего пространства печи:

    

    Где n – число рядов заготовки

    L – длина заготовки

    B=2∙5+3∙0.3=10.9м

    Методическая  зона

    Примем  высоты в методической зоне:

    h_в=0,9м

    h_н=0,9м

Определим средний  угловой коэффициент излучения  кладки на металл и эффективную длину:_{lэф=3,6*B*hi/2*hi+2*B= 3,6*10,9*0,9/+2*(0,9+10,9)=1,5 м}

Φ_кл.=F_м/F_кл=L_дл/(2*h_i+B)=5/(2*0.9+10.9)=0.394

Парциальные давления РСО₂ и РН₂О:

P_i=r_i ∙ P_смесь = r_i%/100∙10² КПа, тогда

РСО₂=6,6КПа, а

РН₂О=29,5КПа

l_эф∙ РСО₂=1.5∙6.6=9.9 КПа∙м

l_эф∙ РН₂О=1, 5∙29, 5=44, 25 КПа∙м

С помощью этих данных определяем по графику степень черноты газа и водяных паров:

Начальные: ε_СО2^мет. = 0,11; ε_Н2О^мет. = 0,235

Конечные:  ε_СО2^мет. = 0,08; ε_Н2О^мет. = 0,18.

Коэффициент β, учитывающий  несколько большее излучение  водяных паров в смеси по сравнению  с СО₂, равен β=1,12

Перерасчет степени  черноты для методической зоны с  коэффициентом β:

ε_н = ε_СО2 + ε_Н2О·β=0,11+0,235∙1,12=0,373

ε_к = ε_СО2 + ε_Н2О·β=0,08+0,181,12=0,285

Примем следующие  значения температур

T_{пов. мет(.теор)}=600°С

Т_{сер. мет.(теор)}=500°С

Т^св_газ=1340°С

Т _ух.газ.=900°С

Определим поток  тепла, падающий на поверхность металла:

Рассчитаем коэффициент  излучения системы газ-кладка-металл для методической зоны.

_{Cгкм=С0·εмет·εг·φкм·(1-εг)+1/ φкм·(1-εг)+[ εмет+ εг·(1-εг)+ ε}

где Со- коэффициент лучеиспускания АЧТ =5,67 Вт/(м²·К⁴);

ε_{ме -} степень черноты металла;

ε_г - степень черноты газа.

=0,8

Рассчитаем  плотность теплового потока в  системе. Согласно теории лучистого  теплообмена в системе ГКМ, она  рассчитывается:

Определим лучистый коэффициент теплоотдачи на входе  и на выходе из зоны:

Найдем действительные температуры поверхности и середины металла в конце методической зоны:

Вычислим число  Био:

Определим число  Фурье Fo = 1.1

По Bi и Fo используя номограмму, находим

Используя графики, определяем температурный критерий для поверхности и середины пластины:

 

Реальные температуры  поверхности и середины металла:

Из таблицы заданных теплотехнических свойств определяется коэффициент теплопроводности λ, теплоемкость с, плотность ρ,

λ = 19 Вт/(м°С);

с = 630 Дж/(кг°С);

ρ = 8310 кг/м³

Определяем коэффициент температуропроводности:

Число Фурье: F₀ =1,1; тогда τ = F₀· (S/2)²/ а =3·0,15²/3,36·10^-6=6819,66 сек = 113,66 мин 

Сварочная зона.

Примем среднюю  высоту сварочной зоны равной:

Определим средний  угловой коэффициент излучения  кладки на металл и эффекивную длину:

l_эф∙ РСО₂=2,71∙6.6=17,88 КПа∙м

l_эф∙ РН₂О=2,71∙29, 5=79,95 КПа∙м

С помощью этих данных определяем по графику степень черноты  газа и водяных паров:

ε_СО2^мет. = 0,0975; ε_Н2О^мет. = 0,23

Коэффициент β, учитывающий  несколько большее излучение  водяных паров в смеси по сравнению  с СО₂, равен β=1,115

Перерасчет степени  черноты для методической зоны с  коэффициентом β:

ε_г = ε_СО2 + ε_Н2О·β=0,0975+1,115·0,23=0,362

Т_{пов кон}=1240°С

Рассчитаем коэффициент  излучения системы газ-кладка-металл для сварочной зоны.

где Со- коэффициент лучеиспускания АЧТ =5,67 Вт/(м²·К⁴);

ε_{ме -} степень черноты металла;

ε_г - степень черноты газа.

=0,8

Рассчитаем плотность  теплового потока в системе.

Средний лучистый коэффициент  теплоотдачи сварочной зоны:

Найдем температуру  середины металла в конце сварочной  зоны

Вычислим число  Био

Определим число  Фурье 

По Bi и F_o используя номограмму, находим

Находим  конечную температуру середины слитка:

Теплофизические свойства заготовки при данной температуре:

ρ = 8040/м³;

λ = 25 Вт/(м·°С);

с =700 Дж/(кг·°С).

По этим данным найдем коэффициент температуропроводности сварочной зоны:

Число Фурье: F₀ = 1; тогда  τ_св. = F₀· (S/2)²/ а=1·0,15²/4,44·10^-6=5065,2 сек=84,42 мин.

Томильная зона.

     Примем  для томильной зоны

Теплофизические свойства заготовки:

ρ = 8040 кг/м³;

λ = 25 Вт/(м·°С);

с = 700 Дж/(кг·°С).

По этим данным найдем коэффициент температуропроводности томильной зоны:

Число Фурье определяем по нанограмме отношения

  F₀ = 0,7; тогда τ_том. = F₀· (S/2)²/ а=0,7·0,15²/4,44·10^-6= 3547 сек = 59мин

Основные  размеры печи

По заданной производительности печи определим  длину активного пода:

L_а = (Р·τ)/(S · L_дл. · ρ_ме(i) · n),

     где,

n - нарядность укладки

Р - производительность печи

τ  - время

ρ –плотность металла

L_а = 200000· (1,89+1,41+0,98)/(0,3· 5 · 8040 · 2)= 32,2 м

Определим длину полезного пода:

L_n= L_a/к₃,

где к₃ = 0,98 – коэффициент, учитывающий длину заготовки.

Тогда L_n^. = 32,2/0,98=32,8

L_мет=32,8·1,89/4,81=12,9м

L_свар=32,8·1,41/4,81=11,7м

L_том=32,8·0,98/4,81=8,2м

Напряжение  активного пода:

H_a=P/F_a=200000/386.4=517,6 кг/(м²·Час)

где F_a – площадь активного пода F_a=L_a*l*n=32.2·6·2=386.4м².

Напряжение  габаритного пода:

Н_г=P/F_г=200000/373,9=534,9 кг/(м²·Час)

где F_г –поверхность габаритного пода F_г=L_г·В =34,3·10,9=373,9 м².

L_г-длина габаритного пода = L_n+L_н.р.=32,8+1,5=34,3м.

L_н.р-  длина нерабочего участка 

Список литературы

1. Степанцова Л. Г. Расчет нагревательных печей: Учебное пособие для курсового и дипломного проектирования. – Челябинск: ЧПИ, 1989 год 44с
2. М.О. Тарасенко Указания к расчету методических печей. Харьков, 2004 год НТУ 44с
3. Теплотехнические расчеты промышленных печей. Мастрюков Б.С. Изд-во «Металлургия» 1972год 368 с