Конструкции и проектирование электрических печей: Методические указания к проведению практических занятий

современных ДСП футеровку стен выполняют из плавленого магнезитового или магнезитохромитового кирпича с высокой теплопроводностью.

Определим удельные тепловые потери верхнего и нижнего участков стен в соответствии с зависимостью, Вт, м²:

q_ТЕПЛ = (Т_ВН–Т_В)/(                       (1)

то есть

q^В_ТЕПЛ = (Т_ВН–Т_В)/(d ^’_М-Х/l_М-Х+1/a_КОНВ)                       (2)

q^Н_ТЕПЛ = (Т_ВН–Т_В)/( d^’’_М-Х/l_М-Х+1/a_КОНВ)                     (3)

где Т_ВН — температура внутренней поверхности футеровки, принимаем Т_ВН = 1873 К;

Т_В — температура окружающего воздуха, принимаем Т_В = 293 К;

d ^’_М-Х= m₂^расч.; d^’’_М-Х = m₁^расч.;

l_М-Х — коэффициент теплопроводности магнезитохромитового кирпича (таблица 1).

l_М-Х = 4,1-0,0016×Т_СР, Вт/(м×К)                                  (4)

где Т_СР = (Т_ВН+Т_К) / 2;

 Т_К — температура кожуха печи. Принимаем при наличии тепловой изоляции Т_К = 363¸453 К, а при наличии только огнеупорной кладки Т_К = 573¸673 К. Принимаем Т_К^верх = 623 К, Т_К^нижн = 573 °С.

Вычисляем l_М-Х^верх, l_М-Х^нижн, a_КОНВ — коэффициент конвективной теплоотдачи, Вт/м²К, для приближенных расчетов можно принять:

a_КОНВ = 10+0,06×Т_К                                                (5)

Вычисляем, a_КОНВ^верх = 10+0,06 Т_К^верх; a_КОНВ^нижн = 10+0,06×Т_К^нижн.

Таблица 1 – Теплофизические характеристики основных огнеупорных и изоляционных материалов

Материал	l,Вт/(м×К)	СР, Дж/(кг×К)	r, кг/м3.	Температура применения, Т, К
Шамот	0,7+0,00064×ТСР	865+0,210×Т	1800¸2000	1573
Шамот класса А	0,88+0,00023×ТСР	865+0,210×Т	1800¸1900	1623
Магнезито – хромит	4,1+0,0016×ТСР	920	2800¸2900	1773
Периклазо – шпинелит	4,17+0,0011×ТСР	920	3100¸3150	1873
Магнезит	6,28+0,0027×ТСР	1050+0,145×Т	2600¸2800	1853
Диатомит молотый	0,091+0,00028×ТСР	920	400¸500	1173
Асбестовый картон	0,157+0,00014×ТСР	835	1000¸1250	723
Шамот легковесный ШЛБ – 1,3	0,465+0,00038×ТСР	960	1300	1573

Полученные значения q_ТЕПЛ^верх и q_ТЕПЛ^нижн сравниваются с удельными тепловыми потоками с поверхности кожуха при Т = 573 К и Т= 623 К, приведенными в таблице 2. Если расхождение не превышает 10%, принятые значения можно считать верными и пересчета не требуется. Если расхождение велико, необходимо задаваться другими значениями t_К и провести пересчет.

Таблица 2 – Коэффициенты суммарной теплоотдачи излучением и конвекцией и удельный тепловой поток в окружающую среду с температурой 293 К.

Температура поверхности Т, К	Коэффициент теплоотдачи a,		Удельный тепловой поток q
	ккал/м2×г×с	Вт/м×с	ккал/м2×г	кВт/м2
313	9,1	10,55	182	0,211
323	9,8	11,35	294	0,340
333	10,4	12,10	416	0,482
343	11,0	12,75	550	0,638
353	11,5	13,35	690	0,800
363	12,1	14,00	847	0,980
373	12,6	14,60	1010	1,170
393	13,6	15,80	1360	1,580
413	14,5	16,80	1740	2,020
433	15,5	18,00	2170	2,520
453	16,6	19,25	2660	3,080
473	17,6	20,40	3170	3,680
523	20,3	23,50	4670	5,420
573	22,8	26,40	6380	7,400
623	26,7	31,00	8820	10,200

Определим общую поверхность стен ДСП (в соответствии с геометрическими параметрами ДСП, рассчитанными на практическом занятии 2).

Условно примем, что толщину m₁ имеют стены на высоту конической части стены h_К, а m₂ — имеют стены на высоту цилиндрической части стены (h_СТ–h_К), тогда:

F_Ц = D_{К.ПЯТ.СВ}×p×(h_СТ–h_К),                                       (6)

F_К = (D_{К.ПЯТ.СВ}+D_К.ОТК)/2×p×h_К;                                (7)

Определяем потери тепла теплопроводностью стенками ДСП:

Q_Ц = q_ТЕПЛ^верх×F_Ц,                                                    (8)

Q_К = q_ТЕПЛ^нижн×F_К                                                    (9)

Общие потери тепла стенками ДСП составят:

Q_СТ = Q_Ц+Q_К                                                           (10)

2 Определение тепловых потерь через свод ДСП:

Для футеровки свода предполагается использовать магнезитохромитовый кирпич. Толщины сводов ДСП приведены в таблице 1 (см.практическое занятие №2), они соизмеримы с толщиной конической части стенок, поэтому можно принять температуру наружной поверхности свода t₂ = 300¸400 °С, температуру внутренней поверхности свода принимаем равной t_ВН = 1000 °С.

а) Используя зависимость (1), определяем удельные тепловые потери теплопроводимостью через свод ДСП, причем,

a_КОНВ = 1,3×a_0.КОНВ.                                           (11)

где a₀ = 10+0,06×Т_К [3].

Толщина футеровки свода d_СВ = 0,75×d_СВ [2];

б) Площадь наружной поверхности свода определяется следующим образом:

S_СВ = p×(Н_СВ²+D_СВ²) / 2 =p [0,15²×D²_{К.ПЯТ.СВ}+D²_{К.ПЯТ.СВ}] / 2;

в) Определяем потери тепла теплопроводностью через свод ДСП

Q_СВ = q_СВ×S_СВ                                               (12)

3 Определение тепловых потерь через подину ДСП:

Рабочая часть подины выполняется из трех- пяти слоев магнезитового кирпича на ребро (3¸5х115 = 345¸575 мм) и магнезитовой набивки толщиной 125¸250 мм (магнезитовый порошок + жидкое стекло).

Для упрощения расчета коэффициент теплопроводности набивки принимаем таким же, как для магнезитового кирпича. Из таблицы 1 принимаем lм = 6,28–0,0027×t_СР. Теплоизоляционная часть футеровки подины состоит из четырех слоев легковесового шамота, положенного на «плашку» (4×65 = 260), затем 50¸80 мм шамотная диатомитовая засыпка и 10¸20 мм – асбест.

Из таблицы 1:

l_ШАМ = 0,88+0,00023×Т_СР                                                 (13)

l_{ДИАТ.МОЛ} = 0,091+0,00028×Т_СР                            (14)

l_АСБ = 0,157+0,00014×Т_СР                                                    (15)

Для определения удельных потерь принимаем температуру внутренней поверхности футеровки подины, равной Т_ВН = 873 К.

По рекомендации авторов задаемся температурой кожуха печи при наличии тепловой изоляции Т_К = 363¸453 К. Принимаем Т_К = 423 К.

Задаемся также температурами, на границах раздела слоев футеровки в соответствии с температурами применения данных огнеупоров, приведенных в таблице 1.

Принимаем:                   Т_М-Ш = 1473 К;

Т_Ш-ДИАТ = 1073 К;

Т_{ДИАТ-АСБ} = 673 К.

При этих условиях, рассчитав по зависимостям (13) —(15) l_ШАМ, l_{ДИАТ.МОЛ,}, l_АСБ, определяем удельные тепловые потери q_под по зависимости (1), при этом учитываем, что коэффициент теплоотдачи к конвекцией обращенной вниз поверхности a_КОНВ = 0,7×a_0.КОНВ = 0,7×(10+0,006×t_К).

Сравним рассчитанное значение q_ПОД c удельным тепловым потоком с поверхности при Т= 423 К, приведенным в таблице 2. Если расхождение не превышает 10% — расчеты верны, если более