Проект толкательной печи для нагрева заготовок под прокатку (125х125х12000мм) из низколегированной стали производительностью 80 т/ч (стр. 3 из 4)
По номограммам находим степень черноты газов в сварочной
зоне (tг=1250 оС):
εСО2 = 0,122; εН2О = 0,21; β = 1,07;
тогда
εг = 0,122 + 1,07 . 0,21 = 0,347.
Так как при средней температуре металла
t = (450+450+1200+1000)/4=775 оC
теплоёмкость низколегированной стали λ= 26,8 Вт/(м*К), а коэффициент температуропроводности α=2,1*10-2 м2/ч, тогда:
Теперь по номограмме находим критерий Фурье, Fo=4.5
Время нагрева в сварочной зоне :
Определяем температуру в центре металла в конце сварочной зоны. По номограмме при значениях Bi=0.69 и Fo=4.2 находим θцент=0,08
Тогда:
Определение времени томления металла
Допустимый перепад температур в конце нагрева Δt кон =15 оC
Степень выравнивания температур δвыр=Δtкон/Δtнач= 15/14= 1,1
При коэффициенте несимметричности, равном μ=0,55, критерий Fo для томильной зоны согласно номограмме равен Fo =0.4
При средней температуре металла в томильной зоне:
λ= 26,8 Вт/(м*К), а коэффициент температуропроводности α=2,1*10-2 м2/ч. Время томления:
Полное время пребывания металла в печи равно:
ч5. Расчёт основных размеров печи
Для обеспечения производительности 80 т/ч в печи должно одновременно находится следующие количество металла:
Масса одной заготовки :
g =bδlρ=0.125*0.125*12*7800=1.463 т.
Число заготовок одновременно находящихся в печи:
штПри двухрядном расположении заготовок общая длинна печи:
L = 3*l* n+2*0.25 = 36,5 м.
ширина В =5.57 м, площадь пода F = B L =5.57*36.5=203.3 м2
Высоты отдельных зон печи оставляем теми же, что и были приняты при ориентировочном расчёте.
Длину печи разбиваем на зоны пропорционально времени нагрева:
Длина методической зоны:
Длинна сварочной зоны:
мДлинна томильной зоны:
Напряжение пода печи:
6.Расчет рабочего пространства печи
Ширина печи будет равна:
.Высота печи:
Томильной зоны – 2,75м;
методической зоны – 2,06м;
сварочной зоны – 3,1м.
Длина печи:
методическая зона – 12м;
сварочная зона – 26 м;
томильная зона – 12м.
Количество заготовок, одновременно находящихся в печи:
Свод печи выполняем подвесного типа из каолина толщиной 300 мм. Стены печи
Имеют толщину 460 мм, причём слой шамота составляет 345 мм и слой тепловой изоляции ( диатомитовы кирпич) 115мм.
Под томильной зоны выполняем трёхслойным: тальковый кирпич 230 мм, шамот 230 мм, и тепловая изоляция (диатомитовый кирпич) 115мм.
7. Тепловой баланс
Приход тепла:
1. Химическое тепло (тепло от горения топлива):
.
2. Тепло, вносимое подогретым воздухом (физическое тепло):
3. Тепло экзотермических реакций (принимаем, что угар металла
составляет 1%):
Расход тепла:
1. Тепло затраченное на нагрев металла:
= 
кВтПри средней по массе и времени нагрева температуре:
t = 0.5*
= 581.3 oC.теплоёмкость металла равна см =0,591 кДж/(кг*К).
Тепло уносимое уходящими дымовыми газами:
3. Потери тепла теплопроводностью через кладку. Потерями тепла через под в данном примере пренебрегаем. Рассчитываем только потери тепла через свод и стены печи.
Потери тепла через свод.
Площадь свода принимаем равной площади пода 203,3 м2 толщина свода 0,3 м, материал каолин. Принимаем температуру внутренней поверхности свода равной средней по длине печи температуре газов.
Средней температуре продуктов сгорания по длине печи – tвн. = tг.ср.=1150оС, если принять температуру окружающей среды tокр=0оС, то температуру поверхности однослойного свода можно принять равной 100оС.
Средняя по толщине температура свода:
При этой температуре согласно приложению теплопроводность каолина:
= 
Потери тепла через стены. Стены печи состоят из слоя шамота толщиной Sш = 0.345 м и слоя диатомита толщиной Sд =0.115 м.
Площадь стен:
Методической зоны Fм =2Lмhм=2*7.68*2.06=32.38 м2;
Сварочной зоны Fсв =2Lсвhсв =2*26.615*3.1 = 165 м2;
Томильной зоны Fт =2Lтhт = 2*2.81*2.27= 12.76 м2;
Торцов печи Fторц= 5.57*1.0+5.57*2.0 = 16.71 м2.
Полная площадь стен :
F ст = 32.38+165+12.76+16.71= 226.85 м2.
Для вычисления коэффициентов теплопроводности, зависящих от температуры, необходимо найти среднее значение температуры слоёв.
Средняя температура слоя шамота:
Средняя температура слоя диатомита:
Здесь t` - температура на границе раздела слоёв, oC
- температура наружной поверхности стен, которую можно принять равной 100 oC.Коэффициент теплопроводности шамота:
Коэффициент теплопроводности диатомита:
В стационарном режиме:
Подставляя значение коэффициентов теплопроводности:
Решение этого уравнения даёт t` = 755.3 oC.
Окончательно коэффициент теплопроводности шамота:
коэффициент теплопроводности диатомита:
Количество тепла, теряемое теплопроводностью через стены:
Общее количество тепла, теряемое теплопроводностью через кладку:
Потери тепла с охлаждающей водой, по практическим данным, принимаем равным 11% от тепла, вносимого топливом и воздухом:
0.11 В(35430+4001) = В4338 кВт.
Неучтённые потери принимаем равными 12% от той же величины:
Qнеучт= 0.12 В(35430+4001) = В4732 кВт .
Уравнение теплового баланса:
Результаты расчётов приведены в таблице
Удельный расход тепла на нагрев 1 кг металла:
8. Выбор горелок
В многозонных методических печах подводимая тепловая мощность ( а следовательно, и расход топлива) распределяется следующим образом : в сварочной зоне 60 - 70% от тепловой мощности всей печи, в томильной зоне 30-40%
Распределяя расход топлива по зонам пропорционально тепловой мощности получим:
В *0.7 = 1.2*0.7 =0.84
Подбираем инжекционную горелку для сжигания 0,053 м3/с природного газа с теплотой сгорания 35,4 МДж/м3. Давление газа перед горелкой 120 кН/м2
Для сжигания высоко калорийных газов предназначены инжекционные горелки типа В и ВП
Для осуществления равномерного нагрева свода принимаем шахматное расположение горелок на своде с шагом по длине печи S = 3.25 м.