Ниже приведен пример расчета камерной печи с выкатным подом для отжига слябов после горячей прокатки.
Исходные данные:
годовой объем производства Ргод = 30000 т;
годовой фонд рабочего времени Тгод= 6000 ч;
размеры нагреваемых слябов, м: длина l=4,85, ширина b = 1,1, толщина S= 0,145;
масса сляба М = 6 т;
качество металла — низколегированная марганцовистая сталь;
начальная температура металла 20°С (холодный посад);
режим термообработки: а) нагрев слябов при посадке в холодную печь до 750°С со скоростью 35—40°С/ч; б) выдержка при 750°С продолжительностью 8 ч; в) охлаждение слябов в печи подсосом наружного воздуха с 750 до 150°С; г) выдержки при 150°С продолжительностью 5 ч;
топливо — природный газ с теплотой сгорания Qр н=35 МДж/м3.
Таблица 1. Расчет теплообмена в рабочем пространстве печи в период нагрева
П.п | Наименование, единица измерения | Обозначение | Расчетные участки | Примечания, расчетные формулы | |||
Температура металла в печи, ![]() |
![]() ![]() | ||||||
Температура металла по участкам, ![]() |
![]() ![]() ![]() | Принимаем | |||||
Температура продуктов сгорания, ![]() |
![]() ![]() ![]() | Принимаем | |||||
Эффективная длина пути луча, м | l | ![]() | h=a=0,1 | ||||
Коэффициент расхода воздуха в продуктах сгорания | ![]() | 1,1 | Принимаем | ||||
Поправочный коэффициент для природного газа | ![]() | 0,9 | |||||
Приведенная толщина слоя продуктов сгорания | 0,16 | ![]() | |||||
Степень черноты продуктов сгорания | ![]() | 0,153 | 0,14 | 0,13 | 0,13 | ||
Отношение высоты прокладки к ширине сляба a/b | 0,1/1,1=0,091 | ||||||
Отношение длины слябп к его ширине l/b | 4,85/1,1=4,4 | ||||||
Коэффициент взаимного облучения кладки | ![]() | 0,035 | |||||
Угловой коэффициент излучения кладки на металл ![]() | 0,482 | ![]() | |||||
Коэффициенты: M A B | 0,9 0,149 0,601 | 0,896 0,135 0,613 | 0,895 0,126 0,621 | 0,895 0,126 0,621 |
![]() | ||
Удельный тепловой поток излучением на металл, Вт/м2 | ![]() | ||||||
Коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2 К): Излучением к металлу конвекцией |
![]() ![]() | 7,6 | 25,6 | 66,3 | Принимаем | ||
Вид теплообмена | Теплообмен излучением и конвекцией соизмерим | Преобладает теплообмен излучением | |||||
Условный коэффициент теплоотдачи конвекцией в единицах коэффициента излучнием, Вт/(м2 К4) | ![]() | 0,532 | 0,362 | ||||
Приведенный коэффициент излучения, Вт/(м2 К4) | ![]() | 2,04 | 1,88 | 1,78 | 1,78 | ||
Приведенный коэффициент излучения с учетом конвекции, Вт/(м2 К4) | ![]() | 2,35 | 2,1 |
|
Таблицы 2. Расчет нагрева металла.
П.п | Наименование, единица измерения | Обозначение | Расчетные участки | Примечания, расчетные формулы | |||
Расчетная схема нагревания металла | Двусторонний нагрев в среде с постоянной температурой | ||||||
Расчетная толщина сляба, м | Sрасч | 0,145/2=0,0725 | Двусторонний нагрев сляба | ||||
Коэффициент теплопроводности металла при средней температуре на участке, Вт/(м К) | ![]() | 37,6 | 34,8 | 31,6 | |||
Число Старка | Sk | 0,0081 | 0,0171 | 0,0286 | 0,0437 | ||
Число Био | Bi | 0,0247 | 0,027 | 0,0292 | 0,0321 | ||
Числовое значение соотношения для определения области «тонких» тел | 0,103 | 0,168 | 0,249 | 0,356 | |||
Методика расчета нагрева металла | С раздельным учетом излучения и конвекции | По закону излучения | Табл. 1, п. 16 | ||||
Формула для расчета продолжительности нагрева | ![]() | ||||||
Средняя теплоемкость металла на участке кДж/(кг К) | см | 0,51 | 0,552 | 0,639 | 0,903 | ||
Плотность металла, кг/м3 | ![]() | ||||||
Относительная температура металла: В начале участка В конце | ![]() | 0,482 0,86 | 0,672 0,968 | ![]() | |||
Отношение Bi/Sk: В начале участка В конце | 4,75 2,06 | 2,23 1,16 | |||||
Температурный фактор: В начале участка В конце | Ф | 0,115 0,48 | 0,29 0,91 | ||||
Температурный фактор, К-3 : В начале участка В конце | ![]() | 0,118 0,18 | 0,098 0,16 | ||||
Продолжительность нагрева, ч: По участкам Общая по печи | ![]() | 6,37 19,3 | 6,07 19,3 | 2,64 19,3 | 4,2 19,3 | Табл. 2, п. 8 | |
Средняя скорость нагрева, ![]() | ![]() | (750-20)/19,3=38 | По заданию 35-40 ![]() |
|
Таблица 3. Статьи теплового баланса периода нагрева.
П.п | Наименование, единица измерения | Обозначение | Вычисляемая величина | Примечания, расчетные формулы |
Приход тепла | ||||
Химическое тепло топлива, кВт | Qх | ![]() | ||
Угар металла, % | a | 0,35 | Принимаем | |
Тепло экзотермических реакций окисления железа, кВт | Qэкз | ![]() | ||
Расход тепла | ||||
Расход тепла на нагрев металла:
Температура металла, ![]() |
![]() ![]() ![]() ![]() ![]() |
0,665
19,3
![]() | ||
Тепло уносимое уходящими продуктами сгорания:
Тепмература продутков сгорания, ![]() |
![]() ![]() ![]() |
12,5
![]() |
Принимаем
![]() | |
Потери тепла теплопроводностью через кладку:
Температура внутренней повернхности кладки, ![]() |
![]() ![]() ![]() | Шамот кл. Б (232) и диатомит Д-500 (116) Шамотный легковес ШЛ-1,3 (300) Шамот кл. А (348) и диатомит Д-500 (232) 0,58 0,87 0,32 90,5 62,0 62,0 52,5 53,9 | Принимаем усредненное значение за период нагрева | |
Потери тепла на нагрев опорных устройств, кВт | ![]() | ![]() | Масса опорных устройств (прокладок) Gоп =9,4 т; остальные данные см. табл. 3 п. 4 | |
Тепло аккумулированное кладкой:
Конечная температура внутренней поверхности кладки, ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() |
![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() |
![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() |
![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() | |
Неучтенные тепловые потери, кВт | ![]() | ![]() | ||
Уравнение теплового баланса | ![]() | |||
Расход газа на печь, м3/ч | ![]() | |||
Химическое тепло топлива, кВт | ![]() | ![]() | Табл. 3, п. 1 | |
Тепло, уносимое уходящими продуктами сгорания, кВт | ![]() | ![]() | Табл. 3, п. 5 |
|
Таблица 4. Тепловой баланс периода нагрева.
Приход тепла | Расход тепла | ||||
Наименование | кВт | % | Наименование | кВт | % |
1. Химическое тепло топлива | 98,3 | 1.Нагрев металла | 42,4 | ||
2.Тепло окисления металла | 1,7 | 2. Тепло, уносимое продуктами сгорания | 35,1 | ||
3. Потери тепла теплопроводностью через кладку | 5,3 | ||||
4. Потери тепла на нагрев опорных устройств | 2,8 | ||||
5. Тепло, аккумулированное кладкой и каркасом печи | 8,5 | ||||
6. Неучтенные потери | 5,9 | ||||
Итого | Итого |
Таблица 5. Статьи теплового баланса периода выдержки
П.п | Наименование, единица измерения | Обозначение | Вычисляемая величина | Примечания расчетные формулы |
Приход тепла | ||||
Химическое тепло топлива, кВт | ![]() | ![]() | ||
Угар металла, % | а | 0,1 | Принимаем | |
Тепло экзотермических реакций окисления железа, кВт | ![]() | ![]() | ||
Расход тепла | ||||
Температура уходящих продуктов сгорания, оС | ![]() | Принимаем | ||
Потери тепла с уходящими продуктами сгорания, кВт | ![]() | ![]() | Табл. 3, п. 5 | |
Тепловые потери через кладку теплопроводностью, кВт | ![]() | Табл. 3, п. 6 | ||
Неучтенные тепловые потери, кВт | ![]() | ![]() | ||
Уравнение теплового баланса | ![]() | |||
Расход газа на печь, м3/ч | ![]() | 17,8 | ||
Химическое тепло топлива, кВт | ![]() | ![]() | Табл. 5, п. 1 | |
Потери тепла с уходящими продуктами сгорания, кВт | ![]() | ![]() | Табл. 5, п. 5 |
Таблица 6. Тепловой баланс периода выдержки.
Приход тепла | Расход тепла | ||||
Наименование | кВт | % | Наименование | кВт | % |
1. Химическое тепло топлива | 86,1 | 1. Тепло, уносимое продуктами сгорания | 30,8 | ||
2. Тепло окисления металла | 13,9 | 2. Потери тепла теплопроводностью через кладку | 62,7 | ||
3. Неучтенные потери | 6,5 | ||||
Итого | Итого |
Таблица 7. Расчет числа и характеристик печей.
П.п | Наименование, единица измерения | Обозначения | Вычисляемая величина | Примечания, расчетные формулы |
Годовая производительность отделения, т | ![]() | Исходные данные | ||
Годовой фонд рабочего времени, ч | ![]() | Исходные данные | ||
Часовая производительность отделения, т/ч | ![]() | 30000/6000=5 | ||
Полный производственный цикл работы печи, ч | ![]() | 19,3+8+8,3+5+4=44,6 | Табл. 4 | |
Часовая производительность печи, т/ч | P | 144/44,6=3,23 | ||
Число печей, шт | N | ![]() | ![]() | |
Максимальная тепловая мощность печи (период нагрева), МВт | ![]() | 2,33 | Табл. 3, п. 12 | |
Минимальная тепловая мощность (период выдержки), МВт | ![]() | 0,173 | Табл. 5, п. 10 | |
Пределы регулирования | K | ![]() | ![]() | |
Удельный расход тепла, кДж/кг | q | ![]() |
Задаемся обшей продолжительностью загрузки и разгрузки печи . Принимаем укладку садки на поду в четыре стопы: две по длине и две по ширине печи. В стопе 6 слябов, уложенных на 6 прокладок (из блюмов) толщиной a = 0,1 м; схема рабочего пространства печи с садкой приведена на рис. 11.3.
Тогда длина рабочего пространства печи L = 2l+2 . 0,2 + 0,4=2 . 4,85 + 2 . 0,2+0,4.10,5 м, где 0,2 м - зазор между торцевой стенкой и стопой, 0,4 м —зазор между стопами. Ширина рабочего пространства печи B=2b + 2 . 0,65+1,0=2 . 1,1+2 . 0,6+1,0=4,5 м, где 0.65 м-зазор между боковой стеной и стопой, 1,0 м —зазор между стопами. Высота рабочего пространства печи Н = 6S + 6a + 0,23 = 6 • 0,145 + 6 . 0,1+0.23=1,7 м, где 0,23 м –зазор между сводом и стопой. Садка печи G = 6 4M=
= 144 т.
Изменением температуры продуктов сгорания и кладки задаемся (см. рис.).
Расчет теплообмена в рабочем пространстве печи в период нагрева приведен в табл.1, а расчет нагрева металла — в табл.2.
Статьи теплового баланса печи и расчет расхода топлива в период нагрева даны в табл.3, а тепловой баланс периода нагрева — в табл. 4.
Статьи теплового баланса печи и расчет расхода топлива в период выдержки приведены в табл. 5, а тепловой баланс периода выдержки — в табл.6.
Расчет необходимого числа и характеристик печей представлен в табл.7.
Следует учитывать, что расчет дает нам средний расход топлива за период нагрева в то время как текущий расход топлива сильно меняется с течением времени и особенно велик в начальный период нагрева. Поэтому для более правильного определения тепловой мощности почти необходимо составить тепловой баланс и определить расход топлива на I расчетном участке.