СО2
|
Н2О
|
N2
|
О2
|
Сумма
|
9,06
|
17,42
|
71,75
|
1,77
|
100%
|
2. Температурный режим нагрева металла
Зададимся температурным графиком t = f(τ).
ºС - начальная температура металла,
ºС - температура уходящих газов,
ºС - температура газов в сварочной зоне,
ºС - температура газов в томильной зоне
ºС - конечная температура поверхности металла,
ºС - конечный перепад температур по сечению слитка,
-
температура поверхности металла,
-
температура середины металла.
3.
Нагрев металла
.1
Методическая зона
.1.1
Расчет коэффициента теплоотдачи в методической зоне
Парциальное
давление поглощающих компонентов смеси:
, кПа
.
, кПа
.
Ширина
рабочего пространства печи:
, м
где:
l = 5000 мм - длина
заготовки,
n = 2 - число
рядов заготовок в печи;
.
Эффективная
длина луча:
, м
где:
hм = 1 м - высота рабочего пространства печи в
методической зоне;
.
Степень
черноты газов при t = 800 ºС:
,
;
,
.
Интегральный
коэффициент излучения:
,
.
Угловой
коэффициент излучения кладки на металл:
,
.
Приведённый
коэффициент излучения от продуктов сгорания на металл с учётом тепла,
отражённого от кладки печи на металл:
,
где:
-
коэффициент теплового излучения материала,
-
коэффициент излучения абсолютно черного тела;
.
Удельный
тепловой поток:
,
где:
К -
температура уходящих газов,
К -
температура поверхности металла;
.
Коэффициент
теплоотдачи в начале методической зоны:
,
.
Степень
черноты газов при t = 1300 ºС:
;
.
Интегральный
коэффициент излучения:
,
.
Приведённый
коэффициент излучения от продуктов сгорания на металл с учётом тепла,
отражённого от кладки печи на металл:
,
Удельный
тепловой поток:
,
.
Коэффициент
теплоотдачи в конце методической зоны:
,
.
Средний
коэффициент теплоотдачи:
,
.
.1.2
Нагрев металла в методической зоне
Средняя
температура газов в зоне:
, ºС
ºС.
Средняя
температура металла в зоне:
, ºС
где:
, ºС
k1 = 1 для пластины;
ºС;
ºС;
ºС.
Коэффициент
теплопроводности материала:
.
Коэффициент
температуропроводности:
,
где:
,
;
.
Число
Био:
,
.
Безразмерная
температура на поверхности:
,
.
Число
Фурье:
.
Безразмерная
температура в центре:
.
Температурные
критерии:
,
.
Безразмерные
температуры:
,
;
,
;
,
;
,
.
Уточненные
температуры на поверхности и в центре металла:
, ºС
ºС.
, ºС
ºС.
Полученные
значения температур незначительно отличаются от принятых.
Время
нагрева в методической зоне:
, с
.
.2
Сварочная зона
.2.1
Расчет коэффициента теплоотдачи в сварочной зоне
Эффективная
длина луча:
, м
где:
hсв = 2,6 м - высота рабочего пространства печи в
сварочной зоне;
.
Степень
черноты газов при t = 1300 ºС:
,
;
,
.
Интегральный
коэффициент излучения:
,
.
Угловой
коэффициент излучения кладки на металл:
,
.
Приведённый
коэффициент излучения от продуктов сгорания на металл с учётом тепла,
отражённого от кладки печи на металл:
,
.
Удельный
тепловой поток:
,
.
Коэффициент
теплоотдачи в начале сварочной зоны:
Удельный
тепловой поток:
,
.
Коэффициент
теплоотдачи в конце сварочной зоны:
,
.
Средний
коэффициент теплоотдачи:
,
.
.2.2
Нагрев металла в сварочной зоне
Средняя
температура газов в зоне:
ºС.
Средняя
температура металла в зоне:
, ºС
где:
, ºС
k1 = 1 для пластины;
ºС;
ºС;
ºС.
Коэффициент
теплопроводности материала:
.
Коэффициент
температуропроводности:
,
где:
,
;
.
Число
Био:
,
.
Безразмерная
температура на поверхности:
,
.
Число
Фурье:
.
Безразмерная
температура в центре:
.
Температурные
критерии:
,
.
Безразмерные
температуры:
,
;
,
;
,
;
,
.
Уточненные
температуры на поверхности и в центре металла:
, ºС
ºС.
, ºС
ºС.
Полученные
значения температур незначительно отличаются от принятых.
Время
нагрева в сварочной зоне:
, с
.
3.3
Томильная зона
.3.1
Нагрев металла в томильной зоне
Время
нагрева металла в томильной зоне при tпов = const можно рассчитать с помощью графика Fo = f(Δtкон/Δtнач), где Δtкон и Δtнач -
перепады температур по сечению металла в начале и в конце томильной зоны.
Коэффициент,
учитывающий неравномерность обогрева в сварочной зоне:
.
Перепад
температур по сечению металла в начале томильной зоны:
ºС.
Перепад
температур по сечению металла в конце томильной зоны:
ºС.
Число
Фурье:
.
Коэффициент
теплопроводности материала (при t =1150 ºС) :
.
Коэффициент
температуропроводности:
,
где:
,
;
.
Время
нагрева в томильной зоне:
, с
.
.
Длина печи и напряжение пода
Длина
зон печи:
, м
где:
Р
- производительность печи,
τ1 -
продолжительность нагрева в зоне,
ρi -
плотность металла при средней температуре в каждой зоне;
;
;
.
Длина
активного пода:
, м
.
Длина
полезного пода:
, м
где:
кз
= 0,75 - коэффициент заполнения полезной длины;
.
Длина
габаритного пода печи:
, м
где:
Lнр = 1,5 м - длина неработающего участка;
.
Напряжение
активного пода:
,
где:
, м2
;
.
5.
Тепловой баланс печи
.1
Расход тепла
.1.1
Потери тепла через кладку печи
.1.1.1
Потери тепла через кладку печи в методической зоне
Коэффициент
диафрагмирования:
,
.
Температура
внутренней поверхности кладки:
, ºС
ºС.
Толщина
огнеупорного слоя (табл. 5.1 [1]):
Коэффициент
теплопроводности огнеупорного материала (шамот класса Б):
.
Толщина
изоляционного слоя (табл. 5.1 [1]):
Коэффициент
теплопроводности изоляционного материала (шамот легковес ШЛБ-0,4):
.
Суммарное
термическое сопротивление слоев:
.
Удельный
тепловой поток через кладку:
.
Температура
наружной поверхности кладки:
ºС.
Площадь
теплоотдающей поверхности стен в зоне:
Площадь
теплоотдачи поверхности свода:
.
Потери
тепла через кладку и свод печи в методической зоне:
.
.1.1.2
Потери тепла через кладку печи в сварочной зоне
Коэффициент
диафрагмирования:
,
.
Температура
внутренней поверхности кладки:
, ºС
ºС.
Толщина
огнеупорного слоя (табл. 5.1 [1]):
Коэффициент
теплопроводности огнеупорного материала (шамот класса А):
.
Толщина
изоляционного слоя (табл. 5.1 [1]):
Коэффициент
теплопроводности изоляционного материала (шамот легковес ШЛБ-0,4):
.
Суммарное
термическое сопротивление слоев:
.
Удельный
тепловой поток через кладку:
.
Температура
наружной поверхности кладки:
ºС.
Площадь
теплоотдающей поверхности стен в зоне:
Площадь
теплоотдачи поверхности свода:
.
Потери
тепла через кладку и свод печи в сварочной зоне:
.
.1.1.3
Потери тепла через кладку печи в томильной зоне
Коэффициент
диафрагмирования:
,
.
Температура
внутренней поверхности кладки:
, ºС
ºС.
Толщина
огнеупорного слоя (табл. 5.1 [1]):
Коэффициент
теплопроводности огнеупорного материала (шамот класса А):
.
Толщина
изоляционного слоя (табл. 5.1 [1]):
Коэффициент
теплопроводности изоляционного материала (шамот легковес ШЛБ-0,4):
.
Суммарное
термическое сопротивление слоев:
.
Удельный
тепловой поток через кладку:
.
Температура
наружной поверхности кладки:
ºС.
Площадь
теплоотдающей поверхности стен в зоне:
Площадь
теплоотдачи поверхности свода:
.
Потери
тепла через кладку и свод печи в томильной зоне:
.
.1.2.1
Потери тепла излучением через открытые окна
в
методической зоне
Потери
через окно загрузки:
Площадь
окна загрузки:
Потери:
, кВт
где:
-
коэффициент диафрагмирования (рис. 3.7 [1]),
- доля
времени по истечении которого окно закрыто;
.
Потери
через смотровые окна:
Количество
смотровых окон:
,
.
Размер
окон:
.
Площадь
смотровых окон:
.
Потери:
, кВт
где:
-
коэффициент диафрагмирования (рис. 3.7 [1]),
- доля
времени по истечении которого окно закрыто;
.
.1.2.2
Потери тепла излучением через открытые окна в сварочной зоне
Потери
через смотровые окна:
Количество
смотровых окон:
,
.
Размер
окон:
.
Площадь
смотровых окон:
.
Потери:
, кВт
где:
-
коэффициент диафрагмирования (рис. 3.7 [1]),
- доля
времени по истечении которого окно закрыто;
.
.1.2.3
Потери тепла излучением через открытые окна в томильной зоне
Потери
через окно выгрузки:
Площадь
окна выгрузки:
Потери:
, кВт
где:
-
коэффициент диафрагмирования (рис. 3.7 [1]),
- доля
времени по истечении которого окно закрыто;
.
Потери
через смотровые окна:
Количество
смотровых окон:
,
.
Размер
окна:
.
Площадь
смотрового окна:
.
Потери:
, кВт
где:
-
коэффициент диафрагмирования (рис. 3.7 [1]),
- доля
времени по истечении которого окно закрыто;
.
.1.2.4
Суммарные потери тепла излучением через открытые окна
.
.1.3.1
Потери тепла с охлаждающей водой в методической зоне
где:
-удельный
тепловой поток через стенку охлаждаемого элемента (рис. 5.3 [1]).
Площадь
поверхности глиссажных труб:
где:
-
диаметр труб,
-
количество труб;
;
.
.1.3.2
Потери тепла с охлаждающей водой в сварочной зоне
Удельный
тепловой поток через стенку охлаждаемого элемента (рис. 5.3 [1]):
.
Площадь
поверхности глиссажных труб
где:
-
диаметр труб,
-
количество труб;
.
Количество
сдвоенных поперечных труб:
,
Площадь
поверхности сдвоенных поперечных труб:
.
Полные
потери с охлаждающей водой:
.
.1.4
Тепло, затраченное на нагрев металла
где:
-
начальная и конечная теплоемкости металла:
,
;
.
.1.5
Неучтенные потери тепла
.2
Расход топлива
Уравнение
теплового баланса:
,
где:
-
химическое тепло топлива,
-
физическое тепло топлива,
-
физическое тепло воздуха,
- тепло
экзотермической реакции окисления железа,
- тепло
уносимое с дымовыми газами;
где:
,
- объем
продуктов сгорания,
-
действительный расход воздуха,
-
энтальпия подогретого воздуха,
-
энтальпия уходящих газов,
- энтальпия
подогретого топлива;
.
.3
Приход тепла
.3.1
Химическое тепло топлива
.
.3.2
Физическое тепло подогретого топлива
.
.3.3
Физическое тепло воздуха
.
5.3.4
Тепло экзотермических реакций
.
.4
Тепло, уносимое продуктами сгорания
.
Таблица
3. Приходные и расходные статьи баланса