Расчет камерной печи с неподвижным подом

Газ: Коксо-доменный

Таблица 1. Состав продуктов сгорания

Влагосодержание принимаем dв=0;

Коэффициент расхода воздуха n=1,15;

Теоретически необходимое количество воздуха для полного сгорания газа:

Lo=0,0476·0,5·СО+0,5·Н2+2·СН4-O2]·(1+0,00124·dв)=

0,0476·[0,5·20,8+0,5·15,5+2·7,2-0,2]х(1+0.00124*0)=1,54 м3/ м3.

Действительное количество воздуха:

Lд = n Lo

Lд = 1,15·1,54 =1,771 м3/ м3

Процентный состав продуктов сгорания:

Плотность продуктов сгорания:

4. Размеры рабочего пространства печи

Длина рабочего пространства печи:

L=

Ширина рабочего пространства печи:

B=

Высота рабочего пространства печи в замке свода:

H= 1400 мм =1,4 м (принимается конструктивно).

-высота боковой стенки, принимается 1,2м

м

5. Расчет теплообмена

Определяем геометрические параметры излучения. Поверхность кладки:

Излучающая поверхность металла:

где n-количество заготовок в печи;

S- толщина нагреваемого материала, м;

- длина нагреваемого материала, м.

Объем рабочего пространства печи:

Объм металла:

Объем рабочего пространства, заполненного газом:

Эффективная толщина газового слоя:

Степень черноты газа:

где парциальные давления СО2 и Н2О в дымовых газах, Мн/м.

Приведенный коэффициент излучения “газ-кладка-металл”.

Принимаем

Приведеный коефициент излучения при

Таблтца2. Значения в зависимости от температуры газа

Приведенный коефициент излучения:

Угловые коефициенты определяются:

6. Расчет нагрева металла

Состав стали 45Х следующий:

С=0,40-0,50% Mn=0,50-0,80% Cr=0,8-1,1% Si=0,15-0,35%

Для расчетов принимаем такой состав:

С=0,45% Mn=0,7% Cr=1% Si=0,3%

Коефициент теплопроводности стали:

70-10С-16Mn-33,7Si=

коефициент теплопроводности стали при 0

70 - коефициент теплопроводности чистого железа, Вт/м град

Плотность стали:

7880-40С-16Mn-73Si=

Принимаем следующий режим нагрева: первый период - нагрев при постоянной температуре печи (); второй период - выравнивание температур при условии постоянства тнмпературы поверхности(). Нагрев - односторонний.

Первый период нагрева. Допустимая разность температур:

град.

Для стали 45Х:

Тепловое сопротивление нагреваемого металла:

Так как теапературные напряжения должны учитываться при нагреве стали до 500, то определяем:

Где берем из рис.1.

Допустимая температура печи при

Температуру печи в первом периоде нагрева принимаем несколько ниже допустимой: .

Разобьем первый период нагрева на два интервала по температуре поверхности: первый интервал - от до ; второй интервал - от до . Первый интервал. Начальный тепловой поток:

Где 1,1- коэфициент, учитывающий 10% на теплоотдачу конвекцией, так как температура дымовых газов выше 800 .

Тепловой поток в конце первого интервала:

Коэфициент теплоотдачи в начале нагрева:

Коэфициент теплоотдачи в конце первого интервала:

Среднее значение коэфициента теплопроводности:

Критерий Био:

Температурный критерий поверхности

Критерий Фурье Fo=4,1. температурный критерий центра Фц1=0,32.

Так как нагрев односторонний, то под температурой центра имеется ввиду температура нижней поверхности заготовки. Температура центра заготовки в конце первого интервала нагрева:

Уточняем значение коэффициента теплопроводности по приближенному значению , а затем соответственно уточняем рассчитанные выше величины:

Критерий Фурье Fo=3,9. Температурный критерий центра Фц1=0,35.

Перепад температур по сечению заготовки в конце первого интервала:

Средняя температура по сечению заготовки:

Расчетная теплоемкость в первом интервале:

Теплосодержание стали 45Х определяем по рис.2:

Среднее значение коэффициента температуропроводности в первом интервале:

Время нагрева в первом интервале:

Температура газа в начале нагрева:

Температура газа в конце первого интервала:

Температура кладки в начале нагрева

Где температура кладки в конце нагрева; определяется при расчете второго интервала ;

По опытным данным внутренняя поверхность кладки небольших камерных печей остывает за период выгрузки и загрузки материала на 100-150 град.

Второй интервал.

Расчет нагрева во втором интервале производиться так же, как и в первом. При расчете температурных критериев поверхности и центра и , а также расчетной теплоемкости вместо начальной средней температуры в первом интервале нужно брать среднюю температуру металла в конце первого интервала нагрева =671.

Таким образом

Тепловой поток в конце второго интервала:

Результаты расчета во втором интервале

=830 =425сек=0,11ч =1065 =950

Общее время нагрева в первом периоде:

ч

По данным расчета строим график( рис.1)

Второй период нагрева. Степень выравнивания температур:

Коэффициент выравнивания температур при для пластины .

Среднне значение коэффициента теплопроводности во втором периоде:

Средняя температура в конце второго и третьего интервалов:

Расчетная теплоемкость во втором периоде:

Среднее значение коэффициента температуропроводности:

Продолжительность выравнивания температур:

ч

Продолжительность выдержки при термообработке для завершения структурных превращений по литературным данным принимается равной примерно двойному времени выравнивания:

ч

Окончательно принимаем =1,11ч

Тепловой поток в конце выдержки:

Температура газа в конце выдержки

Температура печи в конце выдержки

Температура кладки в конце выдержки

Общее время нагрева под закалку:

Максимальная разность температур между поверхностью и центром:

Время возникновения максимума:

Емкость печи:

Производительность печи:

Напряженность пода печи:

7. Тепловой баланс печи

Расходные статьи теплового баланса. Расход тепла на нагрев металла:

Находим тепло, аккумулируванное кладкой печи. Футеровка печи состоит из шамота, причем толщина стен , свода .

Средняя температура внутренней поверхности кладки за первый период:

Средняя температура по сечению кладки:

Коэффициент теплопроводности шамота:

Теплоемкость шамота:

Тепло аккумулированное кладкой:

Размеры окна следующие: ширина b=1200мм, высота а=500мм, толщина кладки l=350мм.

Время посадки и выдачи принимаем по 7 мин ().

Потери тепла излучением при посадке:

Потери тепла излучением при выдаче:

Средняя температура уходящих газов:

Избыток воздуха в продуктах горения:

Теплосодержание дымовых газов при и ,

Потери тепла с уходящими газами:

Потери тепла теплопроводность через стены в первом периоде:

Принимаем

Потери тепла через стены во втором периоде:

Потери тепла через свод в первом периоде:

Потери тепла через свод во втором периоде:

Суммарные потери тепла теплопроводностью:

Общие потери тепла и расход тепла на аккумуляцию:

Приходные статьи теплового баланса. Химическое тепло топлива:

Физическое тепло воздуха при

Приравнивая приходные и расходные статьи теплового баланса, определяем среднечасовой расход топлива:

Таблица 3. Тепловой баланс камерной печи

Невязка баланса:

8. Тепловая мощность и расход топлива

Коэффициент использования топлива при

Усвоенная тепловая мощность:

Полезная тепловая мощность (средняя):

Мощность холостого хода (средняя):

Общая тепловая мощность:

=

Среднечасовой расход топлива:

Расход топлива на 1 т металла (средний):

Расход условного топлива:

КПД печи:

Для малых печей с тепловой мощностью 0,1-1 Мвт применяются игольчатые рекуператоры, обеспечивающие подогрев воздуха до 250-300С. Определяем эффективность установки такого рекуператора. Принимаем температуру подогрева воздуха в игольчатом рекуператоре 300С.

КИТ (средний):

Тепловая мощность печи (средняя): =

Расход топлива на 1 т металла:

Расход условного топлива:

КПД печи:

Таким образом, при условии подогрева воздуха, идущего на горение, до 300С, КИТ и КПД печи увеличиваются соответственно в 1,7 и 1,07 раза, а расход тепла уменьшается на 1 т в 1,06 раза.

9. Литература

1. Аверин С.И.,Гольдфарб Э.М., Кравцов А.Ф. и др. Расчеты нагревательных печей. - “Техника”, 1969-540с.

2. Китаев Б.И., Зобнин Б.Ф. и др. Теплотехнические расчёты металлургических печей. / Под общ. Ред. Телегина А.С. - М.: “Металлургия”, 1970 - 527с.

3. Расчёт нагревательных термических печей Справочнк. Под. Ред. Тымчака В.М. и Гусовского В.Л.. - М.: “Металлургия”, 1983. - 481с.

4. Справочник конструктора печей прокатного производства. Под ред. Тымчака В.М. “Металлургия”, 1970. - т.1. - 575с.

Размещено на Allbest.ru