Расчет нагревательной печи - Дипломная работа

Аннотация



В данной работе рассчитывается печь с выкатным подом для нагрева заготовок перед молотом. Размеры заготовок из хромистой стали: ширина b=0,6 м, высота h=0,7 м, длина l=2,2 м.

Начальная температура заготовки , конечная температура поверхности . Перепад температур по сечению заготовки в конце нагрева ?tкон=50 0С.

Печь отапливается мазутом следующего состава: =84%; =10,95%; =0,2%; =0,2%; =2,5%; =2%; =0,15%.

печь нагрев металл температурный

1. Расчёт горения топлива



Находим расход кислорода на горение мазута заданного состава при коэффициенте расхода воздуха n=1,0 (м3/кг):









Определяем расход сухого воздуха n=1,1(м3/кг):





k=79/21=3,762





Находим объёмы компонентов продуктов сгорания (м3/кг):



;



;



;



;



;





Суммарный объём продуктов сгорания равен (м3/ кг):









Процентный состав продуктов сгорания:



;

;

;

;

;

;

;

;

;

.



Находим низшую теплоту сгорания мазута (кДж/кг):









Определим истинную энтальпию продуктов сгорания (кДж/м3):



;







Зададим температуру = 2000 0С

Определим энтальпию продуктов сгорания при температуре (0С) (кДж/м3):



;





Т.к. > , то зададим температуру = 1900

Определим энтальпию продуктов сгорания при температуре

;





Поскольку , то калориметрическая температура горения tк (0С)



;





Принимая пирометрический коэффициент равным ?пир=0,8 находим действительную температуру горения



Tдейств= ?пирtк

Tдейств= 0,8•1982,5=1586



2. Определение размеров печи



Принимаем расстояние между садкой и боковыми стенками, равным 0,5 м, садкой и сводом 1,0 м и садкой и торцевыми стенами 0,25 м. Тогда рабочее пространство имеет ширину B=1,6 м, высоту H=1,7 м и длину

L=2,7 м.

Принимаем, что выкатной под, стены и свод печи выполнены из шамота толщиной 150 мм и диатомитового кирпича толщиной 300 мм. Тогда наружные размеры печи будут равны: ширина B?=2,5 м, высота H?=2,15 м и длина L?=3,6 м.



3. Температурный режим и время нагрева металла



Холодное изделие загружается в холодную печь и нагревается вместе с ней. Изделие является достаточно массивным, поэтому примем, что температурный режим состоит из двух периодов: нагрева и выдержки. В период нагрева температура поверхности изделия повышается от до температура дымовых газов в печи tг меняется от 800 0С до



= 150=1250 150=14000С,



температура футеровки равна tк=0,5(tг tм).

Период нагрева разобьём на три интервала, в пределах которых температуру продуктов сгорания будем считать постоянной.

В период нагрева тепловая нагрузка печи (расход топлива) неизменна. В период выдержки тепловая нагрузка печи снижается так, что температура дымовых газов, металла и футеровки остаются неизменными.

Определяем площадь тепловоспринимающей поверхности металла



Fм=2bh 2lh bl=2·0,6·0,7 2·2,2·0,7 0,6·2,2=5,24 м2



Площадь внутренней поверхности рабочего пространства печи (за вычетом площади, занятой металлом)



м?



Степень развития кладки







Эффективная длина луча









4. Период нагрева



I интервал. Изменение температур поверхности металла, кладки и продуктов сгорания показано на рис. 1. Средние за интервал температуры равны







Парциальное давление излучающих компонентов продуктов сгорания







(сюда включено SO2)









Тогда







По графикам на рис. 13-15 при =975 0C находим







Учитывая наличие в продуктах сгорания мазута сажистых частиц, увеличиваем степень черноты продуктов сгорания в 2,5 раза ?г=2,5 ??г=2,5 •0,1=0,25 плотность потока результирующего излучения металла находим по формуле.







Принимая степень черноты металла равной ?м=0,8 и шамота ?к=0,6, находим значение комплексов







Теперь по формуле находим







Коэффициент теплоотдачи излучением в I интервале периода нагрева









Принимая значение коэффициента теплоотдачи равным ?конв=15 Вт/(м2·К), находим величину суммарного коэффициента теплоотдачи







Нагреваемое изделие является телом сложной формы, образованным пересечением трёх бесконечных пластин. Заготовку прямоугольного сечения с b/h ? 1,8 можно представить в виде эквивалентного цилиндра с диаметром







Так как нагрев изделия производится со всех сторон, то коэффициент несимметричности нагрева равен ?=0,5 и расчётная толщина







Критерий Био равен









Значение ?=39,2 Вт/(м·К) заимствовано из приложения IX при tм=310 °С. Температурный критерий равен







По номограмме находим значение критерия Фурье Fo1=0,46. Продолжительность I интервала периода нагрева









где ?=8,89·10-6 м2/с - коэффициент температуропроводности хромистой стали при tм=310 °C (ссылка).

Найдём температуру в середине заготовки в конце I интервала периода нагрева. Для этого по номограмме при значениях BiI=0,88 и FoI=0,46 находим . Тогда







Среднюю по массе температуру заготовки в конце I (в начале II) интервале периода нагрева находим по формуле







II интервал.