Расчет температурных и тепловых режимов, основных размеров, теплового баланса и расхода топлива для трехзонной методической печи с шагающим подом для нагрева под прокатку стальных заготовок, страница 7

м.

Общее время пребывания заготовок в печи

t_S = t_м + t_св  + t_т = 0,531+0,445+0,367 =1,343 ч.

Общая длина печи

L = L_м + L_св + L_т = 8,875+7,426+6,136 =22,438 м.

Длина сварочной зоны от длины всей печи составляет

 %, что удовлетворят условиям [2] L_св%= 30¸40 %.

Длина томильной зоны от длины всей печи составляет

 %, что удовлетворят условиям [2] L_т%= 25¸30 %.

На рис.3 представлена расчетная схема трехзонной методической печи.

9. Тепловой баланс и расход топлива.

Поскольку печь непрерывного действия, тепловой баланс составляется на 1ч работы ее.

Приходные статьи теплового баланса:

1. Теплота, выделяемая при сжигании топлива,

Q_топл = Q_н^Р×В =37340×B  кДж/ч, где   В - расход топлива в единицу времени.

2. Теплота экзотермических реакций (примем угарn=1,5%, теплоту сгорания железа 5650 кДж/кг)

Q_экз= 5650×G×n =5650×50000×0,015=4,238×10⁶ кДж/ч,

где   G – производительность печи, G=50000 кг/ч.

Расходные статьи теплового баланса.

1. Теплота, расходуемая на нагрев металла,

Q_м=G×С_м(t_м.кон-t_м.нач)=50000×0,68×(1140-20)=38,08×10⁶ кДж/ч, где   t_м.кон – средняя температура заготовки в конце нагрева, t_м.кон=1140 ^оС;

t_м.нач – начальная температура металла, t_м.нач=20 ^оС;

С_м – средняя теплоемкость металла за весь период нагрева, С_м=0,68 кДж/(кг×^оС) при t=(1140+20)/2=580^оС.

2. Теплота, теряемая через кладку:

2.1. потери в методической зоне печи

     – через свод (считая, что температура внутренней поверхности свода равна температуре печи)

, где   F_св =В×L_мет=8,9×8,875=79,99 м² – площадь свода;

S_св =0,345 м – принятая толщина свода выполненного из шамота;

t_печ – средняя температура печи в методической зоне, t_печ=1000^оС;

t_в – температура наружного воздуха, t_в=20^оС;

a_в – коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности свода к воздуху, принимаемый равным a_в =20 Вт/(м²×^оС);

Принимаем температуру внутренней поверхности шамота t_ш1=t_печ=1000^оС, а наружной поверхности t_ш2=135^оС. Тогда средняя температура шамота определяется как

^оС.

Коэффициент теплопроводности шамота

l_ш=0,7+3,8×10^-4×t_ш=0,7+3,8×10^-4×567,5=0,9156 Вт/(м×^оС).

Потери через свод составят

кДж/ч, при этом плотность теплового потока через свод q_св=Q_св/F=2295,4 Вт/м² и наружная температура шамота

^оС.

Расхождение составляет

%, что составляет менее 2%.

     – через стены (считая, что кладка стен выполнена двухслойной: шамот 345 мм, диатомит 115 мм)

, где   F_ст=30,65м² – площадь боковых и торцевых стен методической зоны;

S_ш=0,345 м – толщина слоя шамота;

S_из=0,115 м – толщина слоя изоляции (диатомита);

Примем температуру шамота внутри t_ш1=1000^оС, снаружи t_ш2=680^оС; температуру диатомита t_д1=680^оС,t_д2=66^оС. Тогда средние температуры будут

^оС;

^оС.

Теплопроводность шамота и диатомита

l_ш=0,7+3,8×10^-4×t_ш=0,7+3,8×10^-4×840=1,0192 Вт/(м×^оС);

l_д=0,12+1,5×10^-4×t_д=0,12+1,5×10^-4×373=0,1762 Вт/(м×^оС).

Тогда потери через стены

кДж/ч, при этом плотность теплового потока q_ст=942,5 Вт/м².

Расчетные температуры шамота и диатомита определяются как

^оС;

 ^оС.

Расхождение соответственно составляет

%,

%,

что составляет менее 2%.

Аналогичным образом находим тепловые потери через свод и стенки в сварочной и томильной зоне.

2.2. потери в сварочной зоне печи:

       – через свод

кДж/ч;

– через стены

кДж/ч.

2.3. потери в томильной зоне печи:

– через свод

кДж/ч;

      – через стены

кДж/ч.

Полные потери через кладку

Q_кл=(0,661+0,104+0,686+0,112+0,551+0,102)×10⁶=2,217×10⁶ кДж/ч.

3. Потери теплоты с уходящими газами

Q_ух =С_ух×t_ух×V_ух ×В=1,48×800×11,959×B=14159,5×В кДж/ч, где   С_ух  – теплоемкость уходящих газов;

кДж/м³×^оС.

V_ух – объем прдуктов горения при сжигании единицы топлива (1 м³) с избытком воздуха a=1,1.

4. Неучтенные потери (механическая и химическая неполнота горения, потери через неплотности и отверстия в кладке) принимаем равными 15%  от прихода теплоты, связанного со сжиганием топлива,