Расчет четырехзонной методической печи

Расчет четырехзонной методической печи

1. Исходные данные:

·  Материал: Сталь 45:

Таблица 1.

Плотность ρ, кг/м3	Модуль упругости Е, мПа	Модуль сдвига G, мПа	σВ, мПа	σt, мПа
7850	200000	74000	450-650	300

·  Толщина: H=0,25 м;

·  Длинна: L=5,5 м;

·  Ширина: B=1,3м;

·  Температура нагрева заготовок: ;

·  Конечный перепад температур по сечению: .

·  Слябы располагаются в 1 ряд;

·  Слябы располагаются вплотную друг к другую;

·  Топливо – природный газ;

2. Задание распределения температуры продуктов сгорания по длине печи и определение основных размеров печи.

2.1 Задание распределения температуры продуктов сгорания по длине печи.

Для определения технологических ограничений по нагреву, определяем массивность тела:

, здесь           S - прогреваемая толщина;

 [Вт/м²]- приблизительный коэффициент теплоотдачи для среднеуглеродистых сталей;

[Вт/м³] - приблизительный коэффициент теплопроводности для среднеуглеродистых сталей.

, где               =0.55 - коэффициент несимметричности, для металла расположенного на водоохлаждаемых трубах.  

, следовательно тело массивно.

Предварительные расчеты показали, что тело массивно, а следовательно форсированный нагрев вызывает опасные термические напряжения. Поэтому выбираем замедленный режим нагрева металла (использование противоточной методической зоны).

Находим максимально допустимый перепад температур по сечению, до появления опасных термических напряжений:

Из решения уравнения теплопроводности и уравнения Гука принимаем приближенную формулу:

, здесь      [мПа]- временное сопротивление на разрыв;

 - коэффициент поперечной деформации, коэффициент Пуассона;

Е [мПа]– модуль упругости (Гука);

 - линейное расширение;

К=1.5 – коэффициент для пластины;

C

Т.к. основным значением методической зоны является медленный нагрев металла до пластического состояния, то конечная температура центра сляба в методической зоне должна быть приблизительно 400-500⁰С. Принимаем, тогда максимальная температура поверхности (по предварительным расчетам) 600 - 650⁰С, принимаем  

Принимая во внимания предварительные расчеты и рекомендации [1], задаем распределение температуры продуктов сгорания по длине печи:

Температура уходящих газов: 900⁰С (по рекомендациям, более высокая температура не желательна из-за холодного посада, во избежание опасных термических напряжений);

Температура в 1-ой сварочной зоны: 1350⁰С (по рекомендации на 100-150⁰ выше конечной температуры нагрева металла);

Температура во 2-ой сварочной зоне: 1400⁰С;

Томильная зона: 1300⁰С (по рекомендации на 30-50⁰ выше конечной температуры нагрева металла);

2.2 Определение основных размеров печи.

Основные размеры печи берём из чертежа: Приложение [1].

Ширина печи: b=6,148 [м];

Длинна печи: l=30,629 [м];

L_м=4,715 [м];

L_св1=7,404 [м];

L_св2=5.25 [м];

L_т=7,32 [м];

Таблица 2.

	hmax, [м]	hпережима, [м]	hср, [м]
Методическая зона	1,5	0,8	1,3
1-ая сварочная зона	3,17	1,08	2,8
2-ая сварочная зона	2,9	0,8	2,4
Томильная зона	1,5	-	1,3

Окна подачи и выдачи слябов:0.73[м];

Здесь принято упрощение: зоны печи в виде параллелепипеда с высотой .

Площадь пода: ;

3. Расчет времени нагрева металла.

3.1 Расчетная схема нагрева металла.

Таблица 3.

Тип печи	Режим нагрева	Зона нагрева
		Методическая	Сварочные	Томильная
Толкательная	Трехзонный	Односторонний нагрев в среде с линейно возрастающей  температурой при ее равномерном (холодный посад).	Двухсторонний нагрев в среде с постоянной температурой при её параболическом начальном распределении.	Двухсторонний нагрев в среде с постоянной температурой при ее параболическом начальном распределении.

3.2 Нахождение  по зонам.

Находим степень развития кладки  (на ед. длинны печи):

, где F_к  и F_м – излучающие поверхности кладки и металла;

 (формула учитывает, что в печи 1ряд слябов );

Находим угловой коэффициент излучения кладки на металл:

Методическая зона: ;

1-ая сварочная зона: ;

2-ая сварочная зона: ;

Томильная зона: ;

Определим эффективную длину пути:

 (здесь учитывается упрощение, что зоны печи в виде параллелепипеда);

 - коэффициент;

, м;

Методическая зона:

1-ая сварочная зона:

2-ая сварочная зона:

Томильная зона:

3.3 Определение времени нагрева металла в методической зоне.

Излучение газа рассматривается как излучение несветящегося пламени. Двухатомные газы практически не излучают и прозрачны для теплового излучения. В продуктах сгорания и других печных атмосферах наибольшее значение имеет излучение трехатомных газов: двуокиси углерода СО₂ и водяного пара Н₂О.

Г.У. II рода ( т.к.).