Автор работы: Пользователь скрыл имя, 05 Января 2014 в 11:40, контрольная работа
Поскольку основным назначением методической зоны является медленный нагрев металла до состояния пластичности, то температура в центре металла при переходе из методической в сварочную зону должна быть порядка 400–500 оC.
Разность температур между поверхностью и серединой заготовки для методической зоны печей прокатного производства можно принять равной:
Δt=t(ПОВ)-t(Ц)=(700–800)·S
Вариант №8
1. Исходные данные
Производительность: Р=86 т/ч;
конечная температура нагрева tк=1240 оС;
высота сляба S=90 мм;
ширина сляба B=300 мм;
длина сляба L=2000 мм;
разность температур по сечению слоя в конце выдержки ∆t=60 oC.
2. Расчет нагрева металла и теплообмена в печи
2.1 Время нагрева металла
металл нагрев рекуператор печь
Температуру уходящих из печи дымовых газов принимаем равной tух=1050 оC; температуру печи в томильной зоне на 50 оC выше температуры нагрева металла, т.е. 1290 оC. Распределение температур по длине печи представлено на рис. 1.
Рис. 1 Распределение температур по длине печи
Поскольку основным назначением методической зоны является медленный нагрев металла до состояния пластичности, то температура в центре металла при переходе из методической в сварочную зону должна быть порядка 400–500 оC.
Разность
температур между поверхностью и
серединой заготовки для
Δt=t(ПОВ)-t(Ц)=(700–800)·S
где S – расчетная толщина изделия, м.
В рассматриваемом случае двухстороннего нагрева S=0,55×d=0,55×0,09=0,0495 м.
Δt=700·0,0495=34,65 оC.
Т.е. следует принять температуру поверхности металла в конце методической зоны равной 500 оC.
Определим ориентировочные размеры печи. При однорядном расположении заготовок ширина печи будет равна:
B=l+2∙a
где a=0,2 – зазоры между блюмами и стенками печи, м;
l – длина блюма, м.
B=2+2∙0,2=2,4 м.
В соответствии с рекомендациями высоту печи Н принимаем равной:
в методической зоне – 1,6 м,
в сварочной зоне – 2,8 м,
в томильной зоне – 1,65 м.
Находим степени развития кладки (на 1 м длины печи) по формуле:
где H – высота печи для различных зон, м.
Для методической зоны м.=(2·1,6+2,4)/2=2,8 м.
Для сварочной зоны св.=(2·2,8+2,4)/2=4 м.
Для томильной зоны т.=(2·1,65+2,4)/2=2,85 м.
методическая зона м;
сварочная зона м;
томильная зона м.
2.2 Определение времени нагрева металла в методической зоне
Находим
степень черноты дымовых газов
tг=0,5·(1300+1050)= 1175 оС.
Парциальные давления CO2 и H2O равны:
pCO2=10,4 кПа;
pH2O=16,5 кПа;
pCO2·Sэфм =10,4·1,728=17,97 кПа·м;
pH2O·Sэфм =16,5·1,728=28,51 кПа·м.
По номограммам на рис. 13-15 находим: εCO2=0,1; ε'H2O=0,15; β=1,06.
εгм=εCO2+ β·ε'H2O
εгм =0,1+1,06·0,15=0,26.
Степень черноты металла принимаем равной ε м=0,8.
Средний по длине методической зоны коэффициент теплоотдачи определяем по формуле:
где C0=5,7 Вт/(м2·K) – константа излучения абсолютно черного тела.
Вт/(м2·K).
Для среднеуглеродистой стали при средней по массе температуре металла:
.
По приложению IX [2] находим коэффициенты теплопроводности λ=46.9 Вт/(м·K) и температуропроводности а=11,1·10-6 м2/с.
Определяем температурный критерий q и критерий Bi по формулам:
qпов
qпов=
где S – прогреваемый слой, м.
По найденным значениям q и Bi по номограммам на рис. 22 [2] для поверхности пластины находим критерий Фурье F0=1,3. Тогда время нагрева металла в методической зоне печи равно:
с., 0,08 ч.
Находим температуру центра блюма в конце методической зоны. Согласно номограмме на рис. 24 [2] для центра пластины при F0=1,3 и Bi=0,212 температурный критерий qц=0,78. Теперь найдем температуру центра блюма в конце зоны:
tЦкон=tГ-qЦ·(tГ-tЦнач)
tЦкон=1175–0,8·(1175–20)=251 оC.
2.3 Определение времени нагрева металла в I сварочной зоне
Находим степень черноты дымовых газов ɛгсв при температуре tг=1300 оС.
Парциальные давления CO2 и H2O равны:
pCO2=10,4 кПа;
pH2O=16,5 кПа;
pCO2·Sэфм =10,4·2,33=24,23 кПа·м;
pH2O·Sэфм =16,5·2,33=38,45 кПа·м.
По номограммам на рис. 13-15 [2] находим: εCO2=0,12; ε'H2O=0,17; β=0,9.
εгсвI=εCO2+β·ε'H2O
εгсвI=0,12+0,9·0,17=0,273.
Приведенную степень черноты сварочной зоны находим по формуле:
Степень черноты металла принята равной ɛм=0,8.
.
Примем температуру металла в конце I сварочной зоны: tповкон=1000 оС.
Средний по длине методической зоны коэффициент теплоотдачи определяем по формуле:
Вт/(м2·K).
Находим среднюю по сечению температуру металла в начале I сварочной (в конце методической) зоны:
Находим температурный критерий для поверхности слябов по формуле:
qпов
qпов=
При средней температуре металла:
Согласно приложению IX [2] находим теплопроводность среднеуглеродистой стали λ=34.15 Вт/(м·K) и температуропроводность а=5,7·10-6 м2/с.
Отсюда по формуле:
При определении средней температуры металла в I сварочной зоне было принято что температура в центре сляба в конце зоны равна 850оС. Теперь по номограмме на рис. 22 находим критерий Фурье FO=2,3
Находим температуру центра блюма в конце сварочной зоны. Согласно номограмме рис. 24 [2] для центра пластины при F0=2,3 и Bi=0,5 температурный критерий qц=0,46. Теперь найдем температуру центра блюма в конце сварочной зоны по формуле:
tцкон=tГ-qц·(tГ-tцнач)
tцкон=1300–0,46·(1300–334)=
2.4 Определение времени нагрева металла во II сварочной зоне
Находим степень черноты дымовых газов ɛгсв при температуре tг=1350 оС.
Парциальные давления CO2 и H2O равны:
pCO2=10,4 кПа;
pH2O=16,5 кПа;
pCO2·Sэфм =10,4·1,76=18,3 кПа·м;
pH2O·Sэфм =16,5·1,76=29,04 кПа·м.
По номограммам на рис. 13-15 [2] находим: εCO2=0,1; ε'H2O=0,14; β=1.
εгсвII=εCO2+β·ε'H2O
εгсвII=0,1+1·0,14=0,24.
Приведенную степень черноты сварочной зоны находим по формуле:
Степень черноты металла принята равной ɛм=0,8.
.
Вт/(м2·K).
Находим среднюю по сечению температуру металла в начале II сварочной зоны:
Находим температурный критерий для поверхности слябов по формуле:
qпов
qпов=
При средней температуре металла:
Согласно приложению IX [2] находим теплопроводность среднеуглеродистой стали λ=27,6 Вт/(м·K) и температуропроводность а=5,56·10-6 м2/с.
Отсюда по формуле:
Теперь по номограмме на рис. 22 находим критерий Фурье FO=2,1. Время нагрева металла во II сварочной зоне равно:
Находим температуру центра блюма в конце II сварочной зоны. Согласно номограмме рис. 24 [2] для центра пластины при F0=2,1 и Bi=0,81 температурный критерий qц=0,37. Теперь найдем температуру центра сляба в конце сварочной зоны по формуле:
tцкон=tГ-qц·(tГ-tцнач)
tцкон=1350–0,37·(1350–903,76)=
2.5 Определение времени томления металла
Перепад температур по толщине металла в начале томильной зоны составляет Δtнач=1250–1184,9=65,11 оC. Допустимый перепад температур в конце нагрева составляет Δtкон=60 оC. Степень выравнивания температур равна:
δвыр=60/65,11=0,92.
При коэффициенте несимметричности нагрева, равном μ=0,55 критерий F0 для томильной зоны согласно номограмме на рис. 19 (кривая 3) [2] равен F0=0,4. При средней температуре металла в томильной зоне равной:
Согласно приложению IХ [2] находим теплопроводность среднеуглеродистой стали λ=29,6 Вт/(м·K) и коэффициент температуропроводности а=5,56·10-6 м2/с.
Тогда время томления металла равно:
Полное время пребывания металла в печи равно:
τ=τм+τсвI+τсвII+τт=286,97+988,
3. Определение основных размеров печи
Для обеспечения производительности 86 т/ч=23,89 кг/с, в печи одновременно должно находится следующее количество металла:
G=P·τ
G=23,89·2327,4=55599 кг.
Масса одной заготовки равна:
g=b·δ·l·ρ
где l=2 м – длина заготовки,
b=0,3 м – ширина заготовки,
δ=0,09 м – толщина заготовки,
ρ=7850 кг/м3 – плотность заготовки.
g=0,3·0,09·2·7850=423,9 кг.
Количество заготовок, одновременно находящихся в печи:
n=G/g
n=55599/423,9=131 штука.
При однорядном расположении заготовок общая длина печи равна:
L=b∙n
L=0,3∙131=39,3 м.
Площадь пода равна:
F=B·L
F=2,4·39,3=94,32 м2.
Высоты отдельных зон печи оставляем теми же, что были приняты при ориентировочном расчете. Длину печи разбиваем на зоны пропорционально времени нагрева металла в каждой зоне.
Длина методической зоны Lм= м.
Длина I сварочной зоны LсвI= м.
Длина II сварочной зоны LсвII= м.
Длина томильной зоны Lт= м.
4. Тепловой баланс
При проектировании печи за определением основных размеров следует конструктивная проработка деталей. Поскольку в данной работе такая проработка не проводится, некоторые статьи расхода тепла, не превышающие 5% от всего расхода, будем опускать.
4.1 Приход тепла
Тепло от горения топлива
Qхим=B·Qнр,
где B – расход топлива, м3/с, при нормальных условиях.
Qхим=20900·B кВт.
Тепло, вносимое подогретым воздухом