Расчет трехзонной методической печи с шагающим подом

метки: Методический, Температура, Шагать, Металл, Поверхность, Материал, Тепло, Сварочный

Печь с шагающим подом — методическая печь, в которой перемещение заготовок происходит путём циклического поступательно-возвратного шагания пода. Эти печи обладают рядом преимуществ перед толкательными печами:

• а) заготовки не трутся о подину и друг о друга и не получают механических повреждений;
• б) при ремонтах печь легко освобождается от заготовок;
• в) в печи легко варьируется односторонний и трёхсторонний нагрев заготовок; печь горение топливо рекуператор

г) первоначально образовавшаяся окалина не осыпается и защищает заготовки от дальнейшего окисления, что снижает угар стали до 1 %;

• д) пониженный расход топлива за счёт отсутствия глиссажных труб.

Принцип работы печи следующий

Заготовки подаются внешним рольгангом к торцу посада и заталкиваются на подину с помощью торцевого толкателя. Далее заготовки проходят по печи с помощью специального механизма шагания, расположенного под подиной. Вся подина равномерно разделена на чётное количество подвижных и нечётное количество неподвижных балок. Подсосы холодного воздуха в печь через щели между подвижными и неподвижными балками исключены за счёт использования водяных затворов. В конце печи каждая нагретая заготовка при очередном цикле шагания попадает на склиз (лекальная наклонная плоскость) и через торец выдачи выскакивает на рольганг прокатного стана. В ПШП очень удобным оказалось использование плоского свода с установленными в своде плоскопламенными горелками. Главное то, что в печи с такой конфигурацией легко можно осуществить многозонный режим нагрева. Недостаток сводового отопления в том, что половина длины печи со стороны посада находится под разрежением, а это вызывает подсосы воздуха через смотровые окна. Кроме этого, недостаточно отрегулированные плоскопламенные горелки могут вызвать местный перегрев металла. Продукты горения образуются в зоне факела, прилегающего к своду, опускаются до металла и далее проходят вдоль печи. Дым удаляется из печи через свод в районе торца посада и направляется в рекуператор для подогрева воздуха горения. Удаление шлака (окалины) производится вручную через смотровые окна в сварочной и томильной зонах. В процессе шагания отдельные заготовки могут кантоваться и тем самым разбивать подину. Заправка (восстановление) подины также производится через смотровые окна вручную. Удельный расход условного топлива в ПШП 60-70 кг у.т./т металла.

Для снижения расхода топлива в ПШП можно предложить следующее:

Работы: «Разработка технологического процесса прокатки сортовой ...

... разливки сортовых заготовок и сортопрокатного производства; выбрать технологическую схему производства сортовых профиле ... прокатки и технико-экономических показателей работы стана 780 ПАО "ЧМК"; проанализировать ... доменной плавке, осуществляемой в доменных печах, происходит избирательное восстановление железа из ... "ЧМК", а также разработать варианты по его реконструкции; привести схему прокатки ...

• а) оптимизация температурного режима нагрева заготовок по минимуму расхода топлива при заданных температуре поверхности и перепаду температур в конце нагрева. Чем больше зон регулирования в печи, тем больший эффект можно получить;
• б) обеспечение повышенной газоплотности смотровых окон и торцевого окна посада путём установки соответствующей арматуры. Это даст возможность поднять давление дыма в печи и исключит подсос холодного воздуха;
• в) перевод печи с чисто противоточного режима на прямо-противоточный, что позволит выровнять давление по всей длине печи и исключит подсосы воздуха;
• г) точно также как и для толкательных печей: применение более совершенных огнеупорных и теплоизоляционных материалов, а также интенсификация теплообмена;
• д) комбинирование сводового отопления с торцевым и боковым отоплением, что позволит выровнять давление по длине печи и уменьшить выбивание дыма;
• е) установка системы перегородок для интенсификации лучистого и конвективного теплообмена, повышения равномерности нагрева по длине заготовок в зоне выдачи;
• ж) удлинение неотапливаемой части печи со снижением температуры наружной поверхности стен до ~40 °С за счет оптимизации толщины футеровки.

Тепловой режим и отопление печей. Тепловой и температурный режимы проходных нагревательных печей неизменны во времени. Однако температура по длине печи может быть неизменна, но может и значительно меняться. Чем выше температура в печи, в которую попадает холодный металл, тем быстрее растёт температура поверхности металла. Если нагревается тело, массивное в тепловом отношении, то резкое повышение температуры поверхности может вызвать возникновение чрезмерного температурного перепада. Поэтому массивный металл нагревают сравнительно медленно, постепенно, до тех пор, пока он не приобретёт необходимых пластических свойств, т.е. до 500 С. Этим и вызвано использование методического температурного режима работы печей. Для нагрева металла, который по своим размерам и свойствам ближе к тонкому телу, чем к массивному (например, слябы), созданы печи, работающие по режиму, занимающему промежуточное положение между камерным и методическим. Чтобы обеспечить общий подъём температурного уровня, в печи выполняют две сварочные зоны, в каждой из которых происходит сжигание топлива. При нагреве металла тонкого в тепловом отношении используют камерный режим, при котором поддерживается практически одинаковая температура по всему рабочему пространству. Обеспечение того или иного температурного режима работы печей достигается выбором метода отопления и соответствующего расположения горелочных устройств и дымоотводящих каналов. Для обеспечения камерного режима необходимо горелки (форсунки) и дымоотборные каналы равномерно распределить по длине рабочего пространства.

Существует торцевое и сводовое отопление печей. При торцевом отоплении характер изменения температуры по длине печи определяет число и назначение её зон. Металл поступает в зону наиболее низких температур и, продвигаясь на встречу дымовым газам, температура которых всё повышается, постепенно нагревается. Методические печи по числу зон нагрева металла могут быть двух-, трёх- и многозонными с односторонним и двусторонним нагревом металла. Рассмотрим назначение зон на примере трёхзонной печи.

Конструкция и работа кольцевой печи

... РАБОТА КОЛЬЦЕВОЙ ПЕЧИ Кольцевая печь предназначена для нагрева трубных заготовок, диаметром перед прошивкой их в толстостенную гильзу на прошивном стане. Температура нагрева металла в кольцевой печи составляет 1110-12500С. Кольцевая печь ... или пирометра, устанавливаемых в каждой из зон. Регулирование температуры осуществляется при помощи регуляторов температуры, которые изменяют подачу топлива с ...

Методическая зона — первая (по ходу металла), с изменяющейся по длине температурой. В этой зоне металл постепенно подогревается до поступления в зону высоких температур (сварочную).

Во избежание возникновения чрезмерных термических напряжений часто необходим медленный нагрев металла в интервале температур от 0 до 500 ^о С. Вместе с тем методическая зона представляет собой противоточный теплообменник. Находящиеся в состоянии теплообмена дымовые газы и металл двигаются навстречу друг другу. Металл нагревается дымовыми газами, т.е. утилизирует тепло дымовых газов, отходящих из зоны высоких температур. Общее падение температуры дымовых газов в методической зоне весьма значительно. Обычно в зоне высоких температур методических печей температура газов держится на уровне 1300 — 1400 ^о С , в конце же методической зоны она находится в пределах 850 — 1100 ^о С. Методическая зона значительно увеличивает коэффициент использования тепла, который достигает 40 — 45 %, тогда как в камерных печах он составляет 18 — 20 %.

Зона высоких температур или сварочная — вторая по ходу металла. В этой зоне осуществляется быстрый нагрев поверхности заготовки до конечной температуры. Температура нагрева металла в методических печах обычно составляет 1150 — 1250 ^о С. Для интенсивного нагрева поверхности металла до этих температур в сварочной зоне необходимо обеспечивать температуру на 150 — 250 ^о С выше, т.е. температура газов в сварочной зоне должна быть 1300 — 1400 ^о С .

Томильная зона (зона выдержки) — третья по ходу металла. Она служит для выравнивания температур по сечению металла.

В сварочной зоне до высоких температур нагревается только поверхность металла. В результате создаётся большой перепад температур по сечению металла, недопустимый по технологическим требованиям. Температуру в томильной зоне поддерживают всего на 30 — 50 ^о С выше необходимой температуры нагрева металла. Подобный трёхступенчатый режим нагрева необходим в тех случаях, когда нагревают заготовки, в которых может возникнуть значительный перепад температур по толщине (более 200 ^о С на 1 м толщины металла).

Такие печи (с тремя зонами) называют трёхзонными методическими печами. В последнее время в связи с развитием и возникновением новых процессов в технологии прокатки возникли новые требования, предъявляемые к нагревательным печам. Широкое развитие получают процессы непрерывной прокатки, когда заготовка проходит неоднократное последовательное обжатие без промежуточных подогревов. Этот процесс тем эффективнее, чем длиннее прокатываемые заготовки. Это объясняется тем, что с увеличением длины заготовки сокращается количество отходов металла. Длина заготовки достигает 10-12 м. Однако увеличение длины заготовки требует соответствующего увеличения ширины нагревательной печи, что вместе с необходимостью высокого нагрева заготовки примерно до 1250ъС создает большие трудности при эксплуатации печи, так как при столь значительной ширине печи крайне затруднено удаление окалины. Применение в этих случаях методических печей с участками монолитного пода практически исключено. Поэтому оптимальной конструкцией можно считать методическую печь с шагающим подом. Применение таких печей одно время ограничивалось их низкой герметичностью, так как холодный воздух подсасывал через проемы в нижней части печи, предусмотренные для элементов механизма шагающего пода.

Дуговая электросталеплавильная печь

... и точно регулировать температуру металла; более полно, чем других печах раскислять металл, получая его ... требования, что и при других сталеплавильных процессах: известь не должна содержать ... сортамента. дуговых печей Общее описание дуговой электропечи Дуговая печь состоит из рабочего пространства (собственно печи) с ... печи, после их расплавления в печи образуется слой металла и шлака. Плавление и нагрев ...

В современных конструкциях применяют водяные затворы, что позволило устранить этот недостаток и сделать печь весьма перспективной. Как было отмечено, наряду с печами, оборудованными шагающим подом, применяют печи с роликовым подом. Однако необходимо преодолеть ряд трудностей прежде, чем такие печи получают массовое применение. Весьма перспективным является метод бесконечной прокатки, для обеспечения которой осуществляют стыковую сварку отдельных заготовок в горячем состоянии в одну непрерывную полосу. Такой метод прокатки позволяет повысить скорость прокатки, производительность стана, применить более легкое прокатное оборудование, но требует полной синхронности в работе прокатных, сварочных и печных организмов. Применение методических печей при бесконечной прокатке ограничивается трудностями, обусловленными удалением окалины, а применение секционных печей — еще и их большей длиной. После сварки целесообразно применять индукционный нагрев, однако в этом случае требуется совершенно прямая заготовка. Чем длиннее заготовка, тем более вероятна возможность ее искривления. Это ограничивает пока увеличение длины заготовки свыше 12 м. При нагреве слябов, полученных методом непрерывной разливки стали, к печам предъявляется ряд дополнительных требований, главными из которых являются следующие:

• а) для максимального использования преимуществ, вытекающих из принципа непрерывности производства, желательно, чтобы печь была приспособлена для нагрева весьма длинных слябов. Известны случаи, когда длина нагреваемых слябов достигает 60 м, а длина применяемой роликовой печи 120 м;

• б) установки непрерывной разливки стали и прокатные станы работают в различном ритме, поэтому необходимо, чтобы в печах можно было нагревать как горячий, так и холодный металл;

• в) слябы, полученные на установках непрерывной разливки стали, имеют поверхность хорошего качества. Поэтому следует стремиться к тому, чтобы сделать минимальным окалинообразование и устранить возможность образования поверхностных дефектов при транспортировании металла через печь;

— г) при непрерывной разливке в формируемом слябе образуются подкорковые пузыри, которые, соединяясь с атмосферой, вызывают межкристаллическую коррозию. Для ликвидации вредного влияния внутреннего окалинообразования необходимо температуру нагрева металла повысить до 1300-1350ъ С.Для нагрева слябов, полученных методом непрерывной разливки, применяют обычно печи либо с роликовым подом, либо с шагающим.

Нагревательные печи могут быть печами периодического и постоянного действия. В печах периодического действия металл загружается в остуженную печь и затем постепенно нагревается вместе с печью. Такой метод нагрева, когда температура печи меняется во времени, применяют при нагреве крупных слитков, которые надо греть медленно во избежание возникновения чрезмерного температурного перепада. Такие печи часто применяют в кузнечном производстве. В черной металлургии на периодическом режиме работают нагревательные колодцы, особенно при нагреве холодных слитков легированной стали. Подавляющее большинство нагревательных печей сталепрокатных цехов является печами постоянного действия, т. е. в них температура остается неизменной во времени. Вместе с тем температура в пределах рабочего пространства таких печей может изменяться в соответствии с необходимостью создания целесообразного режима нагрева. Наряду с тепловым и температурным режимом для работы печей большое значение имеет режим давления в печи. Идеальным был бы такой режим давления в печи, при котором холодный воздух не попадал бы в печь, а дымовые газы не выбивались бы из печи. Если холодный воздух попадает в печь, то это приводит к излишнему расходу тепла и увеличивает угар металла.

Автоматизация процесса нагрева металла в печах сопротивления

... нагрев, нагрев металла под пластическую деформацию на промышленной и повышенных частотах. Рисунок. 1.2-Установка для индукционного нагрева. Заменив печи на установки индукционного нагрева, ... нагрева металла в печах 1. Время нагрева стальных заготовок в нагревательных печах до заданной температуры (или скорости нагрева) ... объекта автоматизации 1.1 Существующая технология нагрева металла в печах ...

Чрезмерное выбивание дымовых газов приводит к увеличению потерь тепла, пагубно влияет на арматуру печи и затрудняет ее обслуживание. Для обеспечения оптимального режима давления в нагревательных колодцах стремятся под крышей поддерживать небольшое избыточное давление. В проходных печах на уровне нагреваемых заготовок также стремятся поддерживать небольшое положительное давление, исключающее поднос воздуха в печь и большое выбивание дымовых газов.Однако обеспечить подобный режим давления практически не удается, так как по мере продвижения продуктов сгорания от горелок по рабочему пространству их скорость уменьшается и происходит переход динамического напора в статическое давление. Характер этого изменения и оказывает решающее влияние на распределение давления по печи в целом. Строительство печей с шагающим подом обходится на 15% дороже, чем пятизонных печей аналогичной производительности, однако печи с шагающим подом все шире применяют для нагрева металла перед сортовыми, толстолистовыми и другими станами. В настоящее время такие печи эксплуатируются в Японии, США, и других странах. Несколько печей этого типа с успехом работали в СССР. Преимущества этих печей перед печами толкательного типа, обусловленные методом транспортирования металла через печь, могут быть разделены на две группы:

• эксплуатационные;связанные с возможностью обеспечения значительно более высокой интенсивности нагрева металла. Эксплуатационные преимущества состоят в ликвидации проблемы уборки окалины из печи;
• возможности легко удалять металл из печи в случае остановок стана и ремонтов;
• возможности гибкого регулирования скорости перемещения металла через печь, что очень важно при частом изменении сортамента металла;
• уменьшении на 30% повреждений поверхности нагреваемых заготовок;
• значительном (до 0,3-0,5%) снижении угара металла за счет повышения скорости нагрева и отсутствии осыпания окалины. Наряду с этими эксплуатационными преимуществами применение шагающего пода позволяет обеспечить практически всесторонний нагрев металла. Это особенно сказывается при нагреве квадратных заготовок, прокатываемых на сортовых станах, и позволяет значительно увеличить интенсивность нагрева металла. В печах с шагающим подом поверхность нагрева квадратных заготовок увеличивается вдвое по сравнению с толкательными печами с нижним обогревом. Так, например, на одной из отечественных печей, обслуживающей мелкосортный стан и нагревающей мелкосортный стан и нагревающей заготовку 80Ч80 мм, продолжительность нагрева, отнесенная к толщине заготовки (в сантиметрах), составила 3-4 мин/см, тогда как в толкательных печах эта величина лежит в пределах 6-8 мин/см. эти цифры соответствуют напряжению активного пода 1200-1500 и 800-1000 кгс/(м ² *ч).
  20 стр., 9682 слов

  Производство металлов и их сплавов

  ... Магнитный железняк, Шпатовый железняк Для производства чугуна, кроме железных руд, требуются и другие материалы. К ним в первую ... газ ~98%CH4 Мазут ~4%S 4. Огнеупоры Основные CaO, MgO Для футеровки печей и агрегатов Кислые SiO2 Нейтральные SiO2+Al2O3 ... экономически целесообразно перерабатывать для извлечения содержащихся в них металлов. К железным рудам Эти руды содержат значительное количество ...

  Тепловой и температурный режимы печей с шагающим подом неизменны во времени, так как это проходные печи постоянного действия. Говоря о температурном режиме, следует заметить, что печи подобного типа могут работать как по камерному режиму, так и с переменной температурой по длине печи. как уже отмечалось, температурный режим печей зависит от характера их отопления, а также от распределения горелок и дымоотводов. В печах с шагающим подом применяют самое разнообразное расположение горелок: торцовое, боковое и сводовое. Наиболее часто пользуются комбинированным расположением горелок: торцовым и боковым или боковым и сводовым. При боковом отоплении ширина печи ограничивается 11-12 м. при большей ширине печи возможно возникновение неравномерности нагрева по длине заготовки (сляба).

  При сводовом отоплении заготовки греются достаточно равномерно, поэтому целесообразен такой метод отопления, когда нижний обогрев оборудован боковыми горелками, а в зонах верхнего обогрева использованы сводовые горелки. Продукты сгорания топлива отводят на стороне загрузки металла, и печи с шагающим подом работают обычно с переменной температурой по длине. В отличие от методических толкательных печей в печах с шагающим подом нагрев металла происходит во всех зонах, но интенсивность его в разных зонах может быть различной. Печи с шагающим подом выполняют как без нижнего обогрева, так и с нижним обогревом. При наличии нижнего обогрева конструкции шагающего пода делаются водоохлаждаемыми, в результате чего на нагреваемых заготовках образуются темные пятна. Чтобы исключить возникновение темных пятен, на трубы шагающих балок приваривают специальные стояки или подставки, промежутки между которыми заполняют теплоизоляцией. Кроме того, горизонтальные трубы шагающих балок, несущие металл, расположены не параллельно оси печи, и место контакта их со слябом при продвижении металла в печи постоянно меняется.

Конструкция печей

Рассмотрим под таких печей. Возможны следующие варианты конструктивного оформления идеи «шагания» пода:

под печи может состоять из трех частей в двух вариантах:

• неподвижного пода (у стен), шагающих и стационарных балок;
• неподвижного пода (у стен) и двух групп шагающих балок;

— под может не иметь элементов неподвижного пода и состоять из двух групп шагающих балок. При двух группах шагающих балок обеспечивается более высокий темп выдачи заготовок, но стоимость строительства печи возрастает. Щели между шагающими (или шагающими и стационарными) балками полностью перекрыты при помощи кожуха, погруженного в неподвижный водяной затвор. Водяные затворы смещены относительно щели между балками, а напротив щели предусмотрен короб для гидравлического удаления окалины. Устройство водяных затворов исключает попадание в печь воздуха из атмосферы. В некоторых случаях для футеровки балок применяют магнезитохромитовые кирпичи, что не дает пока вполне удовлетворительного результата. В отечественной промышленности эксплуатируются печи с шагающим подом без нижнего обогрева и создаются печи с нижним обогревом. В печах без нижнего обогрева приняты две зоны отопления при следующем распределении тепловых мощностей: первая зона нагрева 36% и вторая зона нагрева 64%. Эти печи оборудованы двухпроводными горелками и имеют весьма большие резервы по тепловой мощности. В подавляющем большинстве случаев печи могут работать с подачей топлива лишь во вторую зону нагрева. Горелки первой зоны нагрева включаются в том случае, если с целью увеличения производительности печи необходимо поднять температуру в этой зоне и в конце печи. напряжение активного пода в этих печах достигается 1300-1400 кгс/(м ² *ч), время пребывания заготовок размером 80 Ч80 мм в печи составляет 23-30 мин, удельный расход тепла 1800-2000 кДж/кг.Дымовые газы удаляются в дымосборник, расположенный у торца загрузки, а затем поступают в петлевой металлический рекуператор, расположенный ниже уровня пола цеха. Температура подогрева воздуха в рекуператоре около 300ъС.

1.2 Характеристика огнеупорных материалов, применяемых для кладки печи

Огнеупорные изделия применяют для строительства рабочего пространства и других элементов печей, работающих в условиях высоких температур и воздействия агрессивных сред — расплавов, окалины, газов.

Чтобы уменьшить потери теплоты, футеровку печи по толщине делают, как правило, комбинированной: рабочий слой выполняют из огнеупорных, наружный слой — из теплоизоляционных изделий. Различают формованные огнеупорные изделия в виде кирпичей, блоков, панелей и неформованные: порошки, набивные массы, смеси для изготовления огнеупорного бетона. Для тепловой изоляции металлургических печей применяются два вида изделий: 1) легковесные пористые огнеупорные кирпичи: шамот-легковес, динас-легковес, диатомитовый и другие; 2) изделия в виде плит, ваты, войлока, картона, изготовленные на основе керамического волокна в смеси со связующим материалом, так называемые волокнистые огнеупоры. Легковесные огнеупорные кирпичи обладают большой пористостью и поэтому меньшей плотностью и теплопроводностью, чем обычные огнеупорные кирпичи. Чем меньше плотность кирпича, тем лучше его теплоизоляционные свойства, но ниже максимальная рабочая температура.

Диатомитовый кирпич применяют только для наружного слоя тепловой изоляции стен и свода нагревательных печей.

Огнеупорными называют материалы, способные выдержать температуру выше 1580єC и противостоять физическому и химическому действию металла, шлака и газов в печах. Развитие огнеупорных материалов производства в нашей стране тесным образом связанно с металлургией, которая потребляет до 60% огнеупоров.

Физические свойства огнеупорных материалов состоят из:

Пористость.

Стойкость огнеупорных материалов во многом зависит от пористости, которая колеблется в широких приделах: от 1 в плавленых и до 80% в изоляционных огнеупорных материалах

Газопроницаемость

Так как в огнеупорных материалах есть сквозные поры, то при наличии разности давлений между печным пространством и окружающей атмосферой через них могут проходить газы.

С повышением температуры газопроницаемости огнеупоров понижается, так как вязкость газов с ростом температурю увеличивается. Газопроницаемость определяют стандартным методом.

Теплопроводность.

Теплопроводность огнеупоров должна быть низкой. Лишь в тех случаях, когда тепло передаётся через огнеупоры (в муфелях, рекуператорах), повышение теплопроводности желательно. Теплопроводность зависит от природы материала, его пористости и температуры. Кристаллические вещества более теплопроводны, чем аморфные. С повышением температуры теплопроводность огнеупоров возрастает. Исключение составляют магнезит и форстерит. Увеличение прироста приводит к снижению теплопроводности.

Зависимость коэффициента теплопроводности л от температуры представлена формулой

л _t =л₀ +bT,

где л ₀ — коэффициент теплопроводности при нормальных условиях, Вт/(м•К);

• b — коэффициент;
• T — фактическая температура, K.

Теплоёмкость.

Теплоёмкость огнеупоров имеет существенное значение при выборе материалов для регенераторов и печей периодического действия.

Рабочие свойства огнеупорных материалов состоят из:

Огнеупорность.

Свойства материалов сохранять механическую прочность при высоких температурах без нагрузки называется огнеупорностью. Огнеупорность — одно из основных свойств, которое определяет возможность использования огнеупоров в определённых температурных условиях и зависит от химического состава и наличия примесей..

Термостойкость.

Способность огнеупорных материалов выдерживать без разрушения резкие колебания температур называется термостойкостью. Термостойкость характеризуется числом теплосмен, т.е. нагревов и последующих резких охлаждений изделия в воде или на воздухе. При охлаждении в воде изделие нагревают до 850є С, а затем охлаждают в проточной воде (одна теплосмена).

Испытание заканчивается после потери более 20% массы (вследствие скалывания от термических напряжений).

Механическая прочность.

Огнеупоры должны обладать хорошей механической прочностью, так как при службе в печах они подвергаются сжатию и механическому истиранию. В условиях службы фактическая нагрузка на огнеупоры колеблется от нескольких единиц до 30 Н/см ² (3,06 кгс/см² ) и почти никогда не превышает 80 Н/см² (8,16кгс/см² )Механическая прочность, огнеупоров на сжатие колеблется в широких пределах, существенно зависит от температуры и характеризуется температурой начала деформации при нагрузке 20 Н/см² (2кгс/см² ).Температура начала деформации динаса при нагрузке 20 Н/см² близка к его огнеупорности, что показывает хорошую строительную прочность динаса при высоких температурах.

Шлакоустойчивость.

Шлакоустойчивость огнеупоров, т. е. из способности противостоять разъедающему действию шлаков, зависит от химического состава шлака, пористости материала и температуры. Шлак, попавший на огнеупор, реагирует не только с его поверхностью, но и проникает по трещинам внутрь материала. Поэтому для кладки элементов плавильных печей требуются огнеупоры с низкой пористостью. Наличие плавней в огнеупорах снижает их шлакоустойчивость. Устойчивы к действию шлаков огнеупоры, поверхность которых не смачивается жидким шлаком, как например углеродистых изделий.

Огнеупоры изготавливают в виде нормального кирпича и фасонных изделий. Формы и размеры стандартизированы.В процессе производства (сушки, обжига) изделия могут деформироваться. Отклонение от стандартных размеров усложняет кладку, которая становится менее плотной. Поэтому стандартными и техническими условиями ограничены отклонения от заданных размеров. Постоянство объема огнеупорных материалов. Сохранение пространства объема является положительным свойством огнеупоров, так как в этом случае в кладке не возникает дополнительных напряжений и ослаблении, которые могут привести к нарушению строительной прочности, особенно сводов и арок. Многие огнеупоры во время службы в печах изменяют свой объем в результате термического расширения, усадки, деформации при нагрузке. Дополнительный рост или усадку огнеупоров вычисляют по формуле:

Где V ₀ — первоначальный объем;

V ₁ — объем после нагрева.

В некоторых огнеупорах (магнезитовых и хромомагнезитовых) процессы изменения объема (за исключением деформации при нагрузке) обратимы, т.е. после охлаждения нагретых изделий объем их остаётся таким же, как и до нагревания. В динасовых и шамотных огнеупорах наряду с обратимыми процессами идут и необратимые, в результате чего динас после службы в печах увеличивается в объеме, а шамот уменьшается. Хранение и транспортирование огнеупоров. Огнеупоры следует хранить в крытых складах с ровными деревянными или твёрдо утрамбованными земляными полами. При хранении огнеупоров на открытом воздухе механическая прочность их снижается в результате попадания из атмосферы влаги. Например, после одного года хранения на открытом воздухе сопротивление сжатию шамота и магнезита снижается на 30%, динаса — на 35%. На складах огнеупоры хранят в штабелях высотой не более 1,8 м с проходами между ними не менее 0,6 м, причём штабели укладываются в зависимости от вида изделий, марок, сортов и классов Наиболее ответственной частью футеровки проходных нагревательных печей являются участки монолитного пода, футеровка элементов шагающего пода, т.е. все элементы футеровки, подвергающиеся воздействию окалины при достаточно высокой температуре (1200 — 1250 ^о С), при которой окалина может активно взаимодействовать с огнеупорными материалами. В силу этого верхние слои таких участков футеровки печи обычно выполняют из хромомагнезита, магнезитохромита и талькового кирпича — материалов, не взаимодействующих с окалиной. Подину обычно выполняют трёхслойной: из хромомагнезита (или другого окалиностойкого материала); шамота класса Б; диатомитового кирпича.

Своды печей выполняют арочными и подвесными. В качестве огнеупорного материала чаще всего используют шамот класса А и каолиновый кирпич.

Стены печей выкладывают в низкотемпературных зонах двухслойными (шамот класса Б и диатомит), в высокотемпературных зонах трёхслойными (шамот класса А или каолин, шамот класса Б, диатомит).

Шамотные огнеупорные изделия изготовляются из огнеупорных глин или алюмосиликатов с различными хим. свойствами и огнеупорностью. Наибольшее применение нашли шамотные изделия с содержанием глинозема 30-40%..

Динасовые изделия изготавливают из кремнеземного сырья, кристаллических кварцитов (96-98% SiO2)..

Из перечисленных материалов изготавливают кирпичи и фасонные детали. На базе динаса и шамота изготавливают легковесы (меньше мех. прочность и теплопроводность), добавляя в кирпичи угольную крошку или опилки, которые при обжиге выгорают.

Для этой печи принимаем, что свод печи выполнен из шамотного класса А толщиной 300 мм. Стены имеют толщину 460 мм, причем слой шамота составляет 345мм и слой тепловой изоляции (диатомит) 115 мм. Под печи двухслойный: высокоглиноземистый кирпич толщиной 230 мм и диатомитовый слой толщиной 115 мм.

2. РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ

2.1 Расчет горения топлива

Расчет рабочего топлива

х ^р = х^с , (1)

где: Х ^Р — содержание какого-либо элемента в рабочей массе топлива, %;

Х ^С — то же в сухой массе, %;

W — содержание влаги, г/м ³ .

Природный газ:

СН ₄ = 98,5 = 94,56%

С ₂ Н₆ =0,6 =0,58%

С ₃ Н₈ = 0,1 = 0,09%

СО ₂ = 0,1 = 0,09%

N ₂ = 0,7 = 0,67%

H2O = 100 — 96 = 4%

У = 100%

Коксовый газ:

Н ₂ = 57,5 = 55,2%

СН ₄ = 23,2 = 22,27%

СО = 8,6 = 8,26%

СО ₂ = 2,4 = 2,3%

N ₂ = 6,1 = 5,86%

H2O = 100 — 93,89 = 6,11%

У = 100%

Определяем низшую теплоту сгорания каждого газа:

Природный газ:

(2)

Где — низшая теплота сгорания газообразного топлива, кДж/м ³ ;

• объемные доли соответствующих компонентов в газе;
• тепловые эффекты реакций горения, кДж/м ³ .

Q _р ^пг = 0,985

• 35830 + 0,006
• 63786 + 0,001
• 91280 = 35766,55 кДж/м³

Коксовый газ:

Q _р ^кг = 0,232

• 35830 + 0,575
• 10789 + 0,086
• 12627 = 15602,16 кДж/м³

Определяем долю низкокалорийного топлива в смеси:

а ^дг = , (3)

где: а — доля низкокалорийного газа в смеси;

• соответственно низшие теплоты сгорания смеси низкокалорийного коксового и высококалорийного природного газов;
• тепловые эффекты реакций горения, кДж/м ³ .

а ^дг =

Определяем долю высококалорийного топлива в смеси:

а ^пг =1-а, (4)

где: а ^пг — доля высококалорийного топлива в смеси

а ^пг = 1 — 0,48 = 0,52%

Определяем состав смешанного газа:

х ^см =х^пг ·а^пг +х^кг ·а^кг , (5)

где: х ^см — содержание газа в смеси,%

х ^пг — содержание в природном газе, %

х ^кг — содержание в коксовом газе, %

СН ₄ = 22,27

• 0,48 + 94,56
• 0,52 = 59,86%

С ₃ Н₈ = 0 + 0,09

• 0,52 = 0,05%

СО ₂ = 2,3

• 0,48 + 0,09
• 0,52 = 1,15%

N ₂ = 5,86

• 0,48 + 0,67
• 0,52 = 3,16%

Н ₂ = 55,2

• 0,48 + 0 = 26,5%

С ₂ Н₆ = 0 + 0,58

• 0,52 = 0,3%

СО = 8,26

• 0,48 + 0 = 3,96%

H2O = 6,11

• 0,48 + 4
• 0,52 =5,01%

У = 100%

Расчет горения топлива на 100 м ³ , получившиеся результаты представлены в таблице 1:

Таблица 1 — Расход воздуха, состав и количество продуктов сгорания смеси

Участвуют в горении	Образуются продукты горения
Топливо	Воздух,м 3	СО 2	Н 2 О	О 2	N 2	Всего
Ком-ты	Кол-во	О 2	N 2	Всего
СН 4	59,86	119,72	512,57	648,82	59,86	119,72
С 2 Н6	0,3	1,05			0,6	0,9
С3H8	0,05	0,25			0,15	0,2
CO	3,96	1,98			3,96
CO2	1,15
H2	26,5	13,25				26,5
N2	3,16							3,16
Н 2 О	5,01					5,01		512,57 на воздухе 3,16
Всего при n=1м 3		136,25	512,57	648,82	64,57	152,33	27,25	515,73	732,63
%	100	21	79	100	8,81	20,79	3,72	70,39	100
при n=1,2м 3		163,5	615,08	778,58	64,57	152.33	32,7	618,87	863,02
%	100	21	79	100	7,48	17,65	3,79	71,71	100

Невязка баланса не превышает 5%, поэтому пересчет не требуется

Составляем материальный баланс:

(6)

Где, компонент топлива, кг

• количество компонентов, м ³

• молекулярная масса компонентов

СН ₄ = 59,86

• 16 / 22,4 = 42,76 кг

С ₃ Н₈ = 0,05

• 44 / 22,4 = 0,09 кг

СО ₂ = 1,15

• 44 / 22,4 = 2,26 кг

N ₂ = 3,16

• 28 / 22,4 = 3,95 кг

Н ₂ = 26,5

• 2 / 22,4 = 2,37 кг

С ₂ Н₆ = 0,3

• 28 / 22,4 = 0,4 кг

СО = 3,96

• 32 / 22,4 = 4,95 кг

Н ₂ О = 5,01

• 18 / 22,4 = 4,02 кг

Воздух:

О ₂ = 136,25

• 32 / 22,4 = 194,64 кг

N ₂ = 512,57

• 28 / 22,4 = 640,71 кг

Всего поступило:= 896,15 кг

Получено:

СО ₂ = 64,57

• 44 / 22,4 = 126,83 кг

Н ₂ О = 152,33

• 18 / 22,4 = 122,41 кг

О ₂ = 27,25

• 32 / 22,4 = 38,93 кг

N ₂ = 515,73

• 28 / 22,4 = 644,66 кг

Всего: 932,83 кг

Невязка баланса не превышает 5% поэтому пересчет не требуется.

Определяем начальную энтальпию продуктов сгорания:

(7)

Где — начальная энтальпия продуктов сгорания, кДж/м ³ ;

• низшая теплота сгорания, МДж/м ³ ;

, — объем воздуха и дыма, м ³ ;

• энтальпия воздуха, кДж/м ³ при

I ₀ = = 3522,32 кДж/м³

Определяем энтальпию продуктов сгорания, задаваясь такими температурами t ₁ и t₂ , причем t₂ — t₁ = 100°С, которые позволяют получить неравенство

СО ₂ =0,0748; Н₂ О =0,1765; О₂ =0,0379; N₂ =0,7171

t=2100 ⁰ C

СО ₂ = 5186,81; Н₂ О=4121,79; О₂ = 3314,85; N₂ =3131,96

i ₁ = 0,0748·5186,81+0,1765·4121,79+0,0379·3314,85+0,7171·3131,96= 3487,03кДж/м³

I= 3487,03 кДж

t=2200 ⁰ C

СО ₂ = 5464,2; Н₂ О=4358,83; О₂ = 3487,44; N₂ =3295,84

i ₂ = 0,0748·5464,2+0,1765·4358,83+0,0379·3487,44+0,7171·3295,84= 3673,68кДж/м³

I= 3673,68 кДж/м ³

I ₁ < I₀ < I₂

3487,03 < 3522,32 <3673,68

Определяем калориметрическую температуру горения:

t _к =t₁ +·100; (8)

t = 2100 +

• 100 = 2118,91 ⁰ C

Принимаем пирометрический коэффициент равным находим действительную температуру газов:

(9)

t=0,85·2118,91=1807,07 ⁰ C -действительная

2.2 Расчет времени нагрева металла

Предварительное определение размеров печи при трехрядном расположении слитка в печи. Температуру уходящих газов из печи принимаем равной 1050 ⁰ С , средняя температура в томильной зоне на 50⁰ С выше температуры нагрева металла, т.е 1250 + 50 = 1300⁰ С по [4]:

В=2L+3а, (10)

где: а=0,2 — зазоры между слябами и стенками печи

L=3000 мм = 3 м

В=3·3+4·0,2 = 9,8 м

В печах с плоскопламенными горелками ,свод выполняется непрофилированным, и по всей длине печи можно принять высоту свода Н=1,0 м. Длину печи найдем после расчета времени нагрева металла.

Время нагрева металла в печи с плоскопламенными горелками рассчитываем по формуле:

t=, (11)

где: q — средний в пределах зоны результирующий поток на металл, Вт/м ² ;

q=, (12)

(здесь: q _нач, q_кон — результирующий поток на металл в начале и в конце рассматриваемой зоны, Вт/м² );

• S — расчетная толщина металла, м; принимаем S=2,5м

С — средняя в интервале температур (t _нач — t_кон ),теплоемкость металла, кДж/(кг/г);

Р — плотность металла, кг/м ³ ;

t _кон =0,5(t_кон ^тем + t_кон ^центр )

• средняя по сечению температура металла в конце зоны, ⁰ С;

t _нач =0,5(t_нач ^пов + t_нач ^центр )

• то же, в начале зоны, ⁰ С

Результирующий поток на металл для печи с плоcкопламенными горелками находим по формуле:

g _м = , (13)

где: С _пр — приведенный коэффициент излучения системы, Вт/(м² ·К);

(14)

С _о — 5,7 Вт/(м² ·К);

Е _ф ^‘ _, Т_ф ^‘ — степень черноты и температура газов в зоне горения;

Е _ф, Т_ф — то же, в зоне теплообмена;

Q _ф.конв ^к — конвективный тепловой поток от факела на кладку, Вт/м² ;

Е _м , Е_к — степень черноты металла и кладки соответственно

Температуру кладки Т _к , находим по выражению:

(15)

где: Q _ф ^к — лучистый тепловой поток от факела на кладку, Вт/м²

(16)

Принимаем по [4], что температура зоны горения по всей длине печи равна действительной температуре горения топлива:

t _{д =} ?_пир

• t_к = (0,8 0,85)·t_к (17)

где: ? _пир — пирометрический коэффициент

В данном случае:

t _q =t_ф =0,85

• 2118,91 = 1807,07⁰ С

Температуру газов в зоне теплообмена принимаем равной:

t _ф ^« = (t_ф ^‘ + t^пов _мет ) / 2 (18)

Из выражения следует, что температура зоны теплообмена меняется по длине печи.

Температуру центра изделия находим по формуле:

t ^цент = t^пов — , (19)

где: t ^пов — температура поверхности металла в рассматриваемом сечении печи, ⁰ С

q — результирующий поток на металл в том же сечении, Вт/м ²

• коэффициент теплопроводности металла в том же сечении, Вт/(м·К)

Принимаем по [4], что проектируемая печь имеет три тепловые зоны: методическую, сварочную и томильную и , что в конце методической зоны температура поверхности металла равна 600 ⁰ С, а в конце сварочной 1200⁰ С.

Расчет времени нагрева металла в методической зоне

Температура в зоне теплообмена в начале методической зоны:

t _ф.нач ^« == 903,53⁰ С,

в конце методической зоны:

t _ф.кон ^« = = 1153,53⁰ С

Парциальные давления СО ₂ и Н₂ О в продуктах сгорания:

P _{C О2} = 7,48 кН/м²

Р _Н2О = 17,65 кН/м²

Для рассматриваемого случая слой газов в зонах горения и теплообмена принимаем плоскопараллельными бесконечной протяженности. В этом случае эффективная длина луча определяется по формуле:

S _эф = 1,8 Н (20)

Толщина зоны горения принимается равной Н ^« = 0,1 м. Толщина зоны теплообмена с учетом толщины металла д равна:

Н ^« = Н — Н^‘ — д (21)

Н ^« = 1- 0,1 — 0,25 = 0,65 м

Тогда:

S _эф’ = 1,8

• 1= 1,8 м

S _эф» =1,8

• 0,65= 1,17 м

Для зоны горения:

P _{C О2}

• S_эф’ = 7,48

• 1,8 = 13,46 кН/м

Р _Н2О

• S_эф’ = 17,65

• 1,8 = 31,77 кН/м

по [4] при t = 1807,07 ⁰ С находим:

Е _СО2 = 0,14 Е^‘ _Н2О = 0,07 в = 1

Е _1807,07 = 0,14 + 1

• 0,07 = 0,21

Поскольку найденные значения степеней черноты очень малы (из-за малой толщины слоя), принимаем, что Е ^‘ _ф = 0. Это означает, что теплообмен между зоной горения и поверхностью кладки происходит только за счет конвекции.

Для зоны теплообмена:

P _{C О2}

• S» _эф = 7,48

• 1,17 = 8,75 кН/м ;

Р _Н2О

• S» _эф = 17,65

• 1,17 = 20,65 кН/м

По графикам находим в начале методической зоны (t ^« _ф =800⁰ С)

Е _СО2 = 0,09 Е_Н2О = 0,19 в = 1,12

Е ^‘ _ф.нач = 0,09 + 1,12

• 0,19 = 0,3

В конце методической зоны (t ^« _ф =1200⁰ С)

Е _СО2 = 0,09 Е_Н2О = 0,16 в = 1,12

Е ^« _ф.нач = 0,09 + 1,12

• 0,16 = 0,27

Тепловой поток излучением на кладку в начале методической зоны:

22667,04 Вт/м ² (22)

Тепловой поток излучением на кладку в конце методической зоны:

72451,87 Вт/м ² (23)

Принимая коэффициент теплоотдачи конвекцией от факела к кладке равным ^конв =100 Вт/(м² ·К), найдем конвективный тепловой поток . Для этого ориентировочно задаем температуры кладки:

t _к = (t^‘ _ф +t^« _ф )/2 (24)

В начале методической зоны:

t _к = = 1303,53 ⁰ С(25)

= 100

• (1807,07 — 1303,53) = 50354 Вт/м ² (26)

По формуле находим температуру кладки:

Т _к = = 1025,85К (752,85⁰ С) (27)

При расчете принято, что Е _м = Е_к = 0,8

Поскольку получено большое расхождение между принятым и рассчитанным значениями t _к , принимаем новое значение температуры, равное среднеарифметическому из двух:

t _к = = 1051,76⁰ С

= 100

• (1807,07 — 1051,76) = 75531 Вт/м ²

Т _к = = 1099,39 К (826,39⁰ С)

По формуле находим результирующий поток на металл в начале методической зоны. Для этого по уточненному значению t _к находим:

= 100

• (1807,07 — 826,39) = 98068 Вт/м ²

По формуле:

С _пр = (28)

С _пр = = 4,02 Вт/(м² ·К⁴ )

и учитывая, что Е ^‘ _ф = 0

q _м ^нач ==

= 48047,81 Вт/м ² (29)

В конце методической зоны:

t _к = =1503,53⁰ С

= 100

• (1807,07 — 1503,53) = 30354 Вт/м ²

Т _к == 1174,92К (901,92⁰ С)

Уточняем температуру кладки, задаваясь значением:

t _к = = 1202,72⁰ С

= 100

• (1807,07 — 1202,72) = 60435 Вт/м ²

Т _к = = 1235,2 К (962,2⁰ С)

Теперь:

= 100

• (1807,07 — 962,2) = 84487 Вт/м ²

С _пр = = 4,79 Вт/(м²

• К⁴ )

q _м ^кон == 76521,04 Вт/м²

Средний по длине методической зоны результирующий тепловой поток на металл:

q = = 25884,75 Вт/м ²

Находим температуру центра сляба в конце методической зоны:

t _центр = = 255,37⁰ C

Здесь =39,1 Вт/(м

• К) — коэффициент теплопроводности среднеуглеродистой стали при t = 500 ⁰ C;

S = 0,25 — расчетная толщина сляба

В печи с шагающим подом изделия лежат на поду с зазором , который принимаем равным толщине сляба, т.е. . По таблице находим коэффициент несимметричности нагрева м=0,55 и

S=м·д (30)

S= 0,55·0,25=0,138 м

Средняя температура металла:

в конце зоны:

= 377,68 ⁰ С;

в начале зоны:

= 0 ⁰ С

по длине зоны:

= 188,84 ⁰ С

Находим для среднеуглеродистой стали по приложению:

= 48,2 Вт/(м

• К) С _188,84 = 0,506 кДж/(кг

• К)

Находим время нагрева металла в методической зоне:

= 7947,01с (2,21ч)

Рассчитываем время нагрева металла в сварочной зоне. Поскольку началом сварочной зоны является конец методической, то из предыдущего расчета заимствуем:

Е ^« _ф = 0,27 t^« _ф = 1153,53⁰ С t_м = 500⁰ С

t _к = 962,2⁰ C q = 76521,04 Вт/м²

В конце сварочной зоны:

t _м ^кон = 1303,53⁰ С

t _м ^кон = = 1555,3⁰ С

По графикам при t ^« _ф = 1555,3⁰ С

Р _СО2

• S^« _эф = 10,8 кН/мР_Н2О

• S^« _эф = 21,1 кН/м

находим:

Е _СО2 = 0,07 Е_Н2О = 0,11 в = 1,09

Е ^« _ф = 0,07 + 1,09

• 0,11 = 0,19

Задаваясь значением t _к = 1450⁰ С, находим:

= 100

• (1807,07 — 1450) = 35707 Вт/м ² ;

= 121009,17 Вт/м ²

Т _к = = 1677,03К (1404,03⁰ С)

Уточняем температуру кладки:

t _к = = 1427,01⁰ С

Тогда:

= 100

• (1807,07 — 1427,01) = 38006 Вт/м ²

Т _к = = 1624,21К (1351,21⁰ С)

По уточненному значению Т _к находим:

= 100

• (1807,07 — 1351,21) = 45586 Вт/м ²

С _пр = = 5,54 Вт/(м²

• К⁴ )

q _св ^кон = =227820,77 Вт/м²

Средний по длине сварочной зоны результирующий тепловой поток на металл:

= 60519,89 Вт/м ²

Температура центра сляба в конце сварочной зоны:

t _центра = = 772,46⁰ С

Средние температуры металла:

в начале сварочной зоны:

= 0,5

• (500 + 255,37) = 377,68 ⁰ С

в конце сварочной зоны:

= 0,5

• (1303,53 + 772,46) = 1038 ⁰ С

по длине сварочной зоны:

= 0,25

• (500 + 255,37 + 1303,53 + 772,46) = 707,84 ⁰ С

По приложению находим:

= 32,5 Вт/(м

• К)

С _707,84 = 0,645 кДж/(кг

• К)

Время нагрева металла в сварочной зоне:

= 7575,12с (2,10ч) (31)

Расчет времени томления металла

Перепал температур по сечению металла:

в начале томильной зоны:

1303,53 — 772,46 = 531,07 ⁰ С (32)

в конце зоны:

= 50 ⁰ С

Степень выравнивания температуры:

; (33)

= 0,094

По графику находим F ₀ = 0,7

При средней температуре металла:

= 0,25

• (1303,53 + 772,46 + 1303,53 + 1038) = 1104,38 ⁰ С

Находим по [4] коэффициент температуропроводности среднеуглеродистой стали:

м ² /ч

Тогда время томления металла:

_т = F₀

• (34)

_т = 0,7

• 0,67ч

Общее время нагрева слябов:

= _м + _св + _т

= 2,24 + 2,10 + 0,67 = 5,01ч

2.3 Расчет основных размеров печи

Для обеспечения производительности 250 т/ч в печи должно одновременно находиться следующее количество металла:

(35)

Где G — количество металла, т;

• Р — производительность печи, т/час;
• полное время пребывания металла в печи, час.

Масса одного сляба

g = в

• д
• l
• с; (36)

g = 1,5

• 0,25
• 3
• 7,8 = 8,77 т

Число слябов, одновременно находящихся в печи:

• n = Q/q; (37)

n = 1503 / 8,77= 171,38 шт.

С учетом зазоров между слябами (а = 0,25м) длина печи при двухрядном расположении слябов:

• L = ; (38)

L = = 299,91м

Ширина печи В = 9м

Площадь пода:

F = B

• L; (39)

F = 9

• 299,91 = 2699,19м ²

Высоту всех зон над уровнем пода оставляем прежней Н = 1. Длину печи разбиваем на зоны пропорционально времени нагрева.

Длина методической зоны:

L _м = L·;

L _м = 299,91·= 134,09м

Длина сварочной зоны:

L _св = L·;

L _св = 299,91·= 125,71м

Длина томильной зоны:

L _т = L·;

L _т = 299,91·= 40,11м

Напряжение пода:

• р = Р/F; (40)

р = =111,14 кг/(м ²

• ч)

Принимаем, что свод печи выполнен из шамотного класса А толщиной 300 мм. Стены имеют толщину 460 мм, причем слой шамота составляет 345мм и слой тепловой изоляции (диатомит) 115 мм. Под печи двухслойный: высокоглиноземистый кирпич толщиной 230 мм и диатомитовый слой толщиной 115 мм.

2.4 Тепловой баланс печи

Поскольку распределение топлива по зонам печи с плоскопламенными горелками неизвестно, составим позонные балансы, определяя расход топлива для каждой зоны отдельно. При составлении балансов принимаем некоторые упрощения:

• пренебрегаем переносом тепла излучением из зоны в зону;
• переносом тепла в зоне горения, так как размеры зоны горения малы (Н ^‘ = 0,1 м) и температура зоны горения принята одинаковой по всей длине печи (t^‘ _ф =1807,07⁰ С);
• будем опускать статьи расхода тепла, не превыщающий 5% от всего расхода.

Томильная зона

А. Приход

Тепло горения топлива

Q _хим = В·Q_н ^р (41)

где: В _т — расход топлива в томильной зоне, м³ /с

Q _хим ^т = В_т 33800 кВт

Окислением металла пренебрегаем.

Б. Расход

Тепло, затраченное на нагрев металла:

Q _пол ^т = Р_см ·= 1440 кВт

Q _ух ^т = Вт

• V_q

• н_q = Вт 24129,36 кВт

Потери тепла теплопроводностью через футеровку.

Свод. Температура внутренней поверхности t _к = 1300⁰ С. Принимаем по [4] температуру окружающей среды t₀ = 30⁰ С, температуру наружной поверхности 100⁰ С. Площадь свода (с учетом толщины стен):

F _т = ВL_т = = 397,89 м²

Толщина свода S = 0,25 м

Средняя температура по толщине шамотного свода:

= 700 ⁰ С

При этой температуре теплопроводность шамота класса А:

_ш = 0,835 + 0,00058

• 700 = 1,04 Вт/(м
• К)

Потери тепла через свод:

q = (42)

где: R _н = — тепловое сопротивление при переходе от источника тепла к внутренней поверхности стены, м²

• град/Вт.

Принимаем R _н = 0 и считаем, что температура источника равна температуре внутренней поверхности кладки.

R _ст — тепловое сопротивление многослойной стенки

R ₀ = — тепловое сопротивление при переходе от наружной поверхности стен в окружающую среду.

Коэффициент теплоотдачи конвекцией , рассчитываем по формуле:

= 10 + 0,06·t _нар (43)

Q _св ^т = = 1550,06 кВт

Стены: Температуру внутренней поверхности стен принимаем 1300 ⁰ С, температуру наружной поверхности 60⁰ С. Стены состоят из слоя шамота S_шам = 0,345 м и диатомита S_q = 0,115 м.

С учетом толщины футеровки поверхность стен равна:

Торцевой: (9 + 2

• 0,46)
• (1 + 0,25) = 12,4 м ²

Боковой: 2

• (40,11 + 0,46)
• (1 + 0,25) = 101,42 м ²

Общая поверхность стен: F _кар = 12,4 + 101,42 = 113,82 м²

Для вычисления коэффициентов теплопроводности, зависящих от температуры, находим среднее значение температуры слоев.

Средняя температура слоя шамота:

⁰ С;

слоя диатомита:

⁰ С,

где: — температура на границе раздела слоев, ⁰ С.

Коэффициенты теплопроводности материалов:

_ш = 0,835 + 0,00058·_ш Вт/(м

• К)

_q = 0,145 + 0,00314

• Вт/(м
• К)

При стационарном режиме:

(44)

Представляя значения коэффициентов теплопроводности, получаем:

Решая это уравнение получаем t ^‘ = 807⁰ С

Тогда:

t _ш = = 1018,5⁰ C

t= = 453,5 ⁰ С

_ш = 0,835 + 0,00058

• 1018,5 = 1,425 Вт/(м
• К)

= 1,145 + 0, 00314

• 453,5 = 0,287 Вт/(м
• К)

Потери тепла через стены:

Q _ст ^т = = 187,36 кВт

Общее количество тепла, теряемое теплопроводностью через кладку:

Q _тепл = 1550,06 + 187,36 = 1737,42 кВт

Неучтенные потери принимаем равными 10% от тепла горения топлива: