Предназначение методической печи и особенности ее конструкции. Расчет горения смеси коксового и доменного газов. Размеры рабочего пространства зон печи: методической, сварочной и томильной. Основные размеры методической печи, расчет теплового баланса.
Аннотация к работе
Министерство образования и науки РФ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Южно-Уральский государственный университет» Национальный исследовательский университетМетодическая печь состоит из рабочего пространства, где происходит сжигание топлива и нагрев металла, и ряда систем: отопления, транспортировки заготовок, охлаждения элементов печи, управления тепловым режимом и др. Рабочее пространство печи разбито на зоны: методическую зону, сварочную зону, томильную зону. Заготовки нагреваются постепенно (методично), сначала через неотапливаемую методическую зону (зону предварительного нагрева), где температура сравнительно низкая, затем через сварочные (нагревательные) зоны с высокой температурой, где происходит быстрый нагрев металла, и томильную зону, в которой осуществляется томление - выравнивание температур по сечению заготовки. Продукты сгорания движутся в печи навстречу движению металла, отдавая ему значительную часть тепла (в последнее время разрабатываются методические печи, в которых направление движения продуктов совпадает в некоторых зонах с направлением движения металла, однако они не получили широкого распространения).Рассчитаем горение смеси коксового и доменного газов по заданным составам. Газ CH4 C2H6 CO2 O2 CO H2S H2 N2 Влажность, г/м3 Определяем содержание водяного пара в газах: 1) коксовый ? H2O = = 4,2 % Считаем состав влажного газа: Рассчитываем по формуле: хвл = хсух·(1-Н2O/100) где хвл и хсух объемные доли компонента соответственно во влажном и сухом газе. Определим состав смешанного газа: хсм = хкокс·bkokc (1 - bkokc)·хдом где bkokc-доля коксового газа в смеси хкокс и хдом - объемные доли коксового и природного газа.Процесс нагрева металла в печах отличается значительной сложностью, так как всем печам свойственна неравномерность распределения температур и скоростей газов в рабочем пространстве, что приводит к неравномерности нагрева металла. В связи с этим существующие методики расчета печей основаны на идеализированных схемах: усредненные условия внешнего теплообмена, равномерное начальное распределение температур в изделии, равномерность температур в изделии, равномерность температур поверхности изделия в процессе нагрева, усредненные и постоянные значения теплофизических свойств нагреваемого материала. Процесс нагрева состоит из внешнего теплообмена, т.е. передачи тепла из рабочего пространства печи к поверхности металла, и внутреннего теплообмена, т.е. распространение тепла с поверхности внутрь металла. Полное время нагрева металла в печи находят как сумму времен нагрева в каждой из зон печи. Для расчета процесса нагрева в каждой зоне важно правильно установить граничные условия, после чего можно воспользоваться известными решениями дифференциального уравнения теплопроводности при соответствующих граничных условиях.Сталь (за исключением некоторых специальных марок) обладает упругими свойствами только до температуры 400-500? С, выше этой температуры переходит в пластическое состояние. Поэтому при симметричном двухстороннем обогреве можно принять температуру в середине металла в конце методической зоны равной 500? С. Таким образом, температуру поверхности заготовки в конце методической зоны следует принять: тпкон = 500 ?тдоп По начальной температуре газов в зоне печи и произведению lэф· РСО2 и lэф· РН2O, определяем по таблицам значение степени черноты слоя CO2 и Н2О, а также значение поправочного коэффициента ? к степени черноты водяного пара: Для t = 900? С: ?СО2 = 0,172 По конечной температуре газов в зоне печи и произведению lэф· РСО2 и lэф· РН2O, определяем по таблицам значение степени черноты слоя CO2 и Н2О, а также значение поправочного коэффициента ? к степени черноты водяного пара: печь методический сварочный томильныйВ сварочной зоне при ускоренном нагреве температура газов остается постоянной. Так как температура поверхности металла изменяется по ходу нагрева, то коэффициент теплоотдачи излучением будет также изменяться. Однако, приняв его средним постоянным за период нагрева, можно видеть, что нагрев описывается типовыми граничными условиями III рода при неравномерном распределении температуры в теле в начальный момент. В реальных условиях нагрева металла в печах обычно соблюдается условие Fo?0.3, т.е. процесс происходит в регулярном режиме. Теперь найдем произведение lэф· РСО2 и lэф· РН2O(парциальные давления газов в сварочной зоне, равны парциальному давлению газов в методической зоне): lэф· РСО2 = 0,27 атм*м lэф· PH2O = 0,62 атм*мВ томильной зоне помимо, выравнивания температур по сечению металла после предшествовавшего интенсивного нагрева в сварочной зоне происходит устранение неравномерности температурного поля металла, вызванным охлаждающим действием подовых труб. Во избежание дальнейшего перегрева следует снизить температуру греющей среды, ее поддерживают всего на 30?50?С выше необходимой конечной температуры нагрева металла.