Расчет горения топлива. Расчет времени нагрева садки в печи стана 150, страница 2

Выполняем подстановку

Зона 1:

= 1,975 ккал/(м²×ч×К⁴) (2,29 Вт/(м²×К⁴)).

Находим

Зона 2:

 ккал/(м²×ч×К⁴) (2,56Вт/(м²×К⁴)).

Находим

 ккал/(м²×ч×К⁴) (2,49Вт/(м²×К⁴)).

К дальнейшему расчету теплообмена принимаем

 ккал/(м²×ч×К⁴) (2,34Вт/(м²×К⁴));

 ккал/(м²×ч×К⁴) (2,49Вт/(м²×К⁴)).

 = .

Оценка коэффициента теплоотдачи.

Для каждой из зон печи рассчитываем лучистую составляющую теплообмена в системе серых тел.

Зона 1.

Расчетная формула имеет вид

   (3.1.7) [1, стр.49]

где – абсолютная средняя температура газов в зоне 1 печи, К; 

– то же, но по отношению к поверхности металла.

Для выбора температур  и  используется температурный график нагрева садки в 1-й зоне печи, рис.1.

Имеем

Вариант1:                       

Вариант2:                       

Для 1-й зоны записываем

Вариант 1:             

= 82,7 ккал/(м²×ч×К) (96,12Вт/(м²×К)).

Вариант 2:             

= 118,43 ккал/(м²×ч×К) (137,4Вт/(м²×К)).

Зона 2 :

= 251 ккал/(м²×ч×К) (291,73Вт/(м²×К)).

Зона 2 :

 

= 294,7 ккал/(м²×ч×К) (342,4Вт/(м²×К)).

В первом приближении конвективную составляющую теплоотдачи прини-маем на уровне 10% от составляющей лучистой.

Имеем

Вариант 1:a_К1 = 8,27 ккал/(м²×ч×К) (9,61Вт/(м²×К));

Вариант 2:a_К1 = 11,84 ккал/(м²×ч×К) (13,7Вт/(м²×К));

a_К2 = 25,1 ккал/(м²×ч×К) (29,2Вт/(м²×К));

a_К3 = 29,5 ккал/(м²×ч×К) (34,3Вт/(м²×К)).

Находим эффективные значения коэффициентов теплоотдачи.

Вариант 1:a_эфф1 = 82,7 + 8,27 = 91 ккал/(м²×ч×К) (105,7Вт/(м²×К));

Вариант 2:a_эфф1 = 118,43 + 11,84 = 130,27 ккал/(м²×ч×К) (151,12 Вт/(м²×К));

a_эфф2 = 251 + 25,1 = 276 ккал/(м²×ч×К) (320,8Вт/(м²×К));

a_эфф3 = 294,7 + 29,5 = 324,2 ккал/(м²×ч×К) (376,7Вт/(м²×К)).

Расчет времени нагрева садки.

Выбираем значения (средние) теплофизических характеристик для стали 70К во всех зонах рабочего пространства нагревательной печи. С этой целью для всех зон печи находим среднюю по объему и длине зоны температуру блюма.

1-я зона печи стана 150

Средняя температура поверхности заготовки :

Вариант 1 :                                     

Вариант 2 :                                    

Средняя температура центра заготовки :

Вариант 1:                                     

Вариант 2:                                      

Средняя температура заготовки :

Вариант1 :                                       = 435°С.

Вариант2 :                                       = 742°С.

2-я зона печи стана 150

Вариант1 :                                     

Вариант2 :                                     

Вариант1 :                                      =995°С.

Вариант2 :                                      =1012,5°С.

3-я зона печи стана 150

= 1163,75°С.

По значениям температур ,  и производим выбор теплофизичес-ких свойств металла, прил.IХ [1, стр.363].

Для 1-й зоны печи имеем

Вариант 1:

Теплопроводность: = 34,4 ккал/(м×ч×К) (39,97 Вт/(м×К));

Теплоемкость :           = 0,130 ккал/(кг×К) (0,543 кДж/(кг×К));

Температуропроводность : = 0,031 м²/ч.

Вариант 2:

Теплопроводность: = 22,8 ккал/(м×ч×К) (26,47 Вт/(м×К));

Теплоемкость : = 0,15 ккал/(кг×К) (0,65 кДж/(кг×К));

Температуропроводность : = 0,015 м²/ч.

Для 2-й зоны печи имеем

Вариант 1:

 = 23,1 ккал/(м×ч×К) (26,84 Вт/(м×К));

 = 0,15 ккал/(кг×К) (0,628 кДж/(кг×К));

 = 0,020 м²/ч.

Вариант 2:

 = 22,9 ккал/(м×ч×К) (26,67 Вт/(м×К));

 = 0,164 ккал/(кг×К) (0,691 кДж/(кг×К));

 = 0,020 м²/ч.

Для 3-й зоны печи имеем

 = 24,5 ккал/(м×ч×К) (28,47 Вт/(м×К));

 = 0,155 ккал/(кг×К) (0,649 кДж/(кг×К));

 = 0,021 м²/ч.

Для всех зон рабочего пространства печи определяем величину числа Bi

по формуле 3.5.1 [1, стр.61].

Вариант1:

Вариант2:

Вариант1:

Вариант2:

Находим время пребывания садки в зонах рабочего пространства печи.

Для 1-й зоны запишем

Рассчитываем величину безразмерной относительной температуры