Расчёт методической толкательной печи

Автор работы: Пользователь скрыл имя, 05 Января 2014 в 11:40, контрольная работа

Краткое описание

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

Вложенные файлы: 1 файл

выполнение1.docx

— 343.27 Кб (Скачать файл)

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 методической зоны печей прокатного производства можно принять равной:

 

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.

Определим эффективную длину луча по формуле:

 

 

 

методическая зона м;

сварочная зона   м;

томильная зона   м.

 

2.2 Определение времени нагрева металла в методической зоне

 

Находим степень черноты дымовых газов ɛгм при средней температуре

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.

 

εгмCO2+ β·ε'H2O

εгм =0,1+1,06·0,15=0,26.

Приведенная степень черноты рассматриваемой  системы равна:

 

 

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.

 

εгсвICO2+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:

 

=tпов-
·(tпов-tц)

=500-
·(500–251)=334 оC.

 

Находим температурный критерий для поверхности  слябов по формуле:

 

qпов

qпов=

.

 

При средней  температуре металла:

 

 оC.

 

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

 

=988,7 с.=0,27 ч.

 

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)=855,64 оC.

 

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.

 

εгсвIICO2+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:

 

=tпов-
·(tпов-tц)

=1000-
·(1000–855,64)=903,76 оC.

 

Находим температурный критерий для поверхности  слябов по формуле:

 

qпов

qпов=

.

 

При средней  температуре металла:

 

 оC.

 

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:

 

=925,45 с.=0,26 ч.

 

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)=1184,9 оC.

 

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:

 

оC.

 

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:

 

 

=176,28 с.=0,05 ч.

 

Полное  время пребывания металла в печи равно:

 

τ=τмсвIсвIIт=286,97+988,7+925,45+126,28=2327,4 с.= 0,66 ч.

 

 

 

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

 

Информация о работе Расчёт методической толкательной печи