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

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.

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