Реферат: Тепловые расчёты кольцевой печи с вращающимся подом
--PAGE_BREAK--2.ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 2.1.Повышение производитель-ности кольцевых печей колесо-прокатного производстваМ.П. Мирошнеченко,
А.С. Беленко, В.В. Булычев и
В.В. Требугов
Нижнеднепровский трубопрокатный завод им. К. Либкнехта и Институт
чёрной металлургии
В колесопрокатном цехе трубопрокатного завода им. К. Либкнехта предусмотрена последовательная схема нагрева колесных заготовок в двух кольцевых печах диам. 30 м [1]. Металл нагревают в печи 1 до <img width=«99» height=«27» src=«ref-2_1659878770-472.coolpic» v:shapes="_x0000_i1409"> и догревают до температуры прокатки в печи 2. Реализация температурного режима по зонам I-Vпечи 2 обеспечивает нагрев всего сортамента заготовок до необходимого температуры с перепадом по сечению <img width=«79» height=«27» src=«ref-2_1659879242-375.coolpic» v:shapes="_x0000_i1410"> за 3-3,5 ч (Рисунок 1). Производительность участка составляет 80-100 заготовок в час. Максималная часовая производительность колесопрокатной линии достигает 125 колёс, поэтому в периоды длительной интенсивной работы стана (более 1,5-2 ч) температурный перепад по сечению выдаваемой из печи 2 заготовки составляет <img width=«80» height=«27» src=«ref-2_1659879617-375.coolpic» v:shapes="_x0000_i1411">.
<img width=«502» height=«408» src=«ref-2_1659879992-23653.coolpic» v:shapes="_x0000_s1033">
Зоны печи
Рис.1. графики температурного режима нагрева заготовок в кольцевой печи 2: сплошная линия — при четырёхрядном посаде заготовок, штриховая — при пятирядном, цифры у кривых — номера термопар
Сокращение времени нагрева металла до 2,3-2,7 ч компенсируется интенсификацией теплообмена путём повышения температуры в зонах на <img width=«81» height=«27» src=«ref-2_1659903645-381.coolpic» v:shapes="_x0000_i1412"> для обеспечения заданного температурного перепада. При этом образуется трудноотделяемая окалина, которая вызывает необходимость дополнительной обточки колёс. Кроме этого, это сопряжено с увеличением расхода топлива.
Для исключения влияния указанных факторов на работу системы печи — стан и для повышения производительности кольцевых печей внедрена пятирядная схема посадки заготовок. Поскольку существует график изменения температуры металла при четырёхрядном посаде и длительности нагрева 3-3,5 ч обеспечивает необходимый нагрев заготовок то, то, учитывая неизменность теплофизических свойств нагреваемого металла, задача поиска распределения температур по длине печи сводилась к обеспечению постоянства температуры поверхности заготовок в сечении печи i
(
T
.) при четырех-(/=4) и пятирядном (/==5) посаде. Достаточным условием этого является равенство удельных тепловых потоков по зонам печи для различных схем заготовок.
Таблица 1
Параметры теплового режима
Параметры
Зоны печи
1
п
ш
IV
V
Коэ-т расхода воздуха в проду-ктах сгорания<img width=«28» height=«24» src=«ref-2_1659904026-198.coolpic» v:shapes="_x0000_i1413"> :
Печь 2……….
Печь 1……….
Температура печи <img width=«43» height=«25» src=«ref-2_1659904224-141.coolpic» v:shapes="_x0000_i1414">
1,05
2,54
1290<img width=«32» height=«19» src=«ref-2_1659904365-114.coolpic» v:shapes="_x0000_i1415">*
1,12
3,85
1290<img width=«32» height=«19» src=«ref-2_1659904365-114.coolpic» v:shapes="_x0000_i1416">
1,6
3,60
1280<img width=«32» height=«19» src=«ref-2_1659904365-114.coolpic» v:shapes="_x0000_i1417">
1,55
3,48
1245<img width=«33» height=«19» src=«ref-2_1659904707-115.coolpic» v:shapes="_x0000_i1418">
1,24
1,75
1185<img width=«32» height=«19» src=«ref-2_1659904822-114.coolpic» v:shapes="_x0000_i1419">
2……………
1290<img width=«32» height=«19» src=«ref-2_1659904365-114.coolpic» v:shapes="_x0000_i1420">
710<img width=«32» height=«19» src=«ref-2_1659904365-114.coolpic» v:shapes="_x0000_i1421">
1290<img width=«32» height=«19» src=«ref-2_1659904365-114.coolpic» v:shapes="_x0000_i1422">
710<img width=«32» height=«19» src=«ref-2_1659904365-114.coolpic» v:shapes="_x0000_i1423">
1280<img width=«32» height=«19» src=«ref-2_1659904365-114.coolpic» v:shapes="_x0000_i1424">
725<img width=«33» height=«19» src=«ref-2_1659904707-115.coolpic» v:shapes="_x0000_i1425">
1255<img width=«33» height=«19» src=«ref-2_1659904707-115.coolpic» v:shapes="_x0000_i1426">
725<img width=«33» height=«19» src=«ref-2_1659904707-115.coolpic» v:shapes="_x0000_i1427">
1205<img width=«32» height=«19» src=«ref-2_1659904822-114.coolpic» v:shapes="_x0000_i1428">
825<img width=«33» height=«19» src=«ref-2_1659904707-115.coolpic» v:shapes="_x0000_i1429">
1……………
Температура металла <img width=«57» height=«36» src=«ref-2_1659906080-321.coolpic» v:shapes="_x0000_i1430">:
Печь 2……….
Печь 1……….
710<img width=«32» height=«19» src=«ref-2_1659904365-114.coolpic» v:shapes="_x0000_i1431">
1260
650
710<img width=«32» height=«19» src=«ref-2_1659904365-114.coolpic» v:shapes="_x0000_i1432">
1230
650
725<img width=«33» height=«19» src=«ref-2_1659904707-115.coolpic» v:shapes="_x0000_i1433">
1200
630
725<img width=«33» height=«19» src=«ref-2_1659904707-115.coolpic» v:shapes="_x0000_i1434">
1150
600
825<img width=«33» height=«19» src=«ref-2_1659904707-115.coolpic» v:shapes="_x0000_i1435">
1020
520
В таблице приведены результаты расчётов температурного режима нагрева заготовок при четырёх- и пятирядном посаде, выполненные по методике [2]. В качестве расчётных значений приняты: степень черноты металла <img width=«68» height=«29» src=«ref-2_1659906974-320.coolpic» v:shapes="_x0000_i1436">; средний диаметр заготовки для заданного сортамента D=0,545 м, высота H=0,29 м; продольный шаг укладки <img width=«99» height=«29» src=«ref-2_1659907294-454.coolpic» v:shapes="_x0000_i1437"> при среднем диаметре печи <img width=«103» height=«32» src=«ref-2_1659907748-390.coolpic» v:shapes="_x0000_i1438">, ширине подины 4,23 м, высоте рабочего пространства h=1,63 м; поперечный шаг <img width=«105» height=«36» src=«ref-2_1659908138-500.coolpic» v:shapes="_x0000_i1439"> <img width=«103» height=«36» src=«ref-2_1659908638-491.coolpic» v:shapes="_x0000_i1440"> Величину коэффициентов расхода <img width=«32» height=«25» src=«ref-2_1659909129-224.coolpic» v:shapes="_x0000_i1441"> в продуктах сгорания по зонам определяется по результатам газового анализа, приведенную в таблице температуру металла — по данным опытных нагревов.
Полученные в период опытно-промышленных испытаний результаты показывают, что при реализации разработанного графика температурного режима на ряду с повышением производительности печи на 25% обеспечивается качественный нагрев металла ( температурный перепад по сечению заготовки <img width=«79» height=«27» src=«ref-2_1659879242-375.coolpic» v:shapes="_x0000_i1442"> ) удельный расход топлива снижается на 6,8-7,1 кг у. т/т.
продолжение
--PAGE_BREAK--Выводы
1. Пятирядная схема посада заготовок, внедрённая на кольцевых печах колесопрокатного цеха трубопрокатного завода им. К. Либкнехта, позволяют стабильно поддерживать часовую производительность печей и колесопрокатной линии на уровне 125 заготовок, снизиться удельный расход топлива на 6,8-7,1 кг у. т./т.
2. График температурного режима печей обеспечивает качественный нагрев металла при пятирядном посаде заготовок без образования трудноотделимой окалины, то есть не приводит к дополнительной обточке колёс.
3. Экономический эффект от увеличения объёма производства, полученного в результате роста производительности колесопрокатной линии, составляет 27,2 тыс. руб. в год.
Библиографический список
1. Бородин А.Г., Гольдбан Т.Е., Булычев В.В., Трегубов.—Сталь, 1983, №6 c.88-90.
2. Расчёт нагревательных и термических печей: Справочник / Под ред. Тымчака В.М. и Гусовского В.Л. М.: Металлургия 1983. 480 с
2.2.Экономичные режимы рабо-ты кольцевых печей осепрока-тного стана 250
В.И. Тимошпольский
И.С. Тимощпольский, В.П. Виниченко
Белорусский политехнический институт
И металлургический комбинат
им. Дзерджинского
.На Днепропетровском металлургическом комбинате (ДМК) функционируют два стана поперечно-винтовой прокатки конструкции ВНИИметмаша: стан 120, построенный в 1959 г. для изготовления катаных осёй транспортного машиностроения, и стан 250, построенный в 1975 г. для изготовления сплошных и полых осей железнодорожного транспорта.
В составе осепрокатного комплекса входят кольцевые печи с механизированным подом для нагрева осевой заготовки перед прокаткой и для термической обработки катанных осей с холодного и горячего посада.
Габаритные размеры печей №1 и №2 одинаковы. Разница конструктивного оформления состоит в уменьшении длины неотапливаемого участка печи №2 до 6 м (вместо 15,3 м в печи №1). Путём увеличения количества сожигательных устройств по периметру печи до 40 вместо 35 для печи №1. Другие характеристики кольцевых печей осепрокатного производства, а также некоторые практические результаты их эксплуатации освещены в литературе [1,2].
Качество нагрева металла в трубном производстве определяется, кроме других важных факторов, фактическим распределением температуры в цилиндре к моменту прошивки, и в связи с этим требуют решения уравнения теплопроводности при корректном задании условий теплообмена на границе цилиндра.
Известные работы Днепропетровского металлургического и Уральского политехнического институтов, а также ВНИТИ в области теории и экспериментальные исследования теплоаой работы кольцевых печей с механизированным подом были направлены на создание энергосберегающих процессов и управление их температурнно-тепловыми режимами. Однако закономерности внешнего и внутреннего теплообмена многозонных кольцевых печей при нагреве стальных заготовок перед прокаткой не получили должного освещения. Изучение процессов теплообмена в кольцевых печах сводилось к анализу несимметричного нагрева сплошных и полых круговых цилиндров, вызывающего смещения геометрического центра цилиндра после прошивки и разнотолщинность труд.
На ДМК и в Белорусском политехническом институте разработаны математические модели и численные алгоритмы [3] применительно к тепловым процессам нагрева осевых заготовок диам. 0,23-0,24 м и длинной 1,9-2,0 м (заготовки сплошной вагонной оси); диам. 0,27-0,28 м и такой же длинной (заготовки локомотивной оси); диам. 0,29-0,30 м и длинной 0,89-0,90 м (заготовка полой вагонной оси), термической обработки горячекатаных осей в кольцевых печах. Использованы численные методы с последующей програмной реализацией алгоритмов расчётов на ЭВМ ЕС 1045, ЕС 1061, а также численные методы, которые реализованы на ЭВМ СМ 1600.
Комплексная математическая модель предпологает рассмотрение трёхмерного уравнения нестационарной теплопроводности вследствие существенного влияния теплообмена с торцов сплошных цилиндров размерами <img width=«192» height=«23» src=«ref-2_1659909728-775.coolpic» v:shapes="_x0000_i1443">, а также неравномерно падающего теплового потока по периметру [2]:
<img width=«484» height=«56» src=«ref-2_1659910503-2027.coolpic» v:shapes="_x0000_i1444"> (1)
<img width=«112» height=«24» src=«ref-2_1659912530-447.coolpic» v:shapes="_x0000_i1445"> (2)
<img width=«281» height=«24» src=«ref-2_1659912977-836.coolpic» v:shapes="_x0000_i1446"> (3)
с начальным
<img width=«111» height=«24» src=«ref-2_1659913813-475.coolpic» v:shapes="_x0000_i1447"> (4)
и граничными условиями
<img width=«445» height=«80» src=«ref-2_1659914288-2159.coolpic» v:shapes="_x0000_i1448">
<img width=«128» height=«43» src=«ref-2_1659916447-473.coolpic» v:shapes="_x0000_i1449"> (5)
<img width=«339» height=«71» src=«ref-2_1659916920-1389.coolpic» v:shapes="_x0000_i1450"> (6)
<img width=«445» height=«80» src=«ref-2_1659918309-2167.coolpic» v:shapes="_x0000_i1451">
<img width=«127» height=«43» src=«ref-2_1659920476-483.coolpic» v:shapes="_x0000_i1452"> (7)
<img width=«364» height=«71» src=«ref-2_1659920959-1429.coolpic» v:shapes="_x0000_i1453"> (8)
где <img width=«515» height=«48» src=«ref-2_1659922388-1279.coolpic» v:shapes="_x0000_i1454">
<img width=«479» height=«48» src=«ref-2_1659923667-1537.coolpic» v:shapes="_x0000_i1455">приведённые коэффициенты излучения системы среда — металл — кладка по поверх-ности цилиндра и с его торцов соответственно; <img width=«95» height=«36» src=«ref-2_1659925204-248.coolpic» v:shapes="_x0000_i1456"> температуры с наружной (обращённой к дыму) и внутреннеё (обращенной к металлу) поверхностей окалины соответственно; индексы “1” и “2” — для боковой и торцевой поверхностей цилиндра соответственно,
При этом
<img width=«256» height=«57» src=«ref-2_1659925452-1195.coolpic» v:shapes="_x0000_i1457"> (9)
Следует отметить, что при использовании тригонометрического полинома (9) получено вполне удовлетворительное согласование между расчётными и экспериментальными значениями температур в характерных точках сечения цилиндра. При варьировании относительного значения межцентрового расстояния S/Dвеличина максимального их расположения не превышает 3-4%. Таким образом, в конкретном случае представляется возможным исключить вычисления локальных и обобщённых значении углов коэффициентов, как ранее предлагалось [4,5].
Для удобства построения расчётного алгоритма кольцевая печь представлена развёрнутым каналом и разбита на расчётные элементарные зоны. При этом рассматривается нагрев одновременно трёх заготовок либо осей с помощью одного горелочного устройства. Предполагается также, что работа печи проходит в стационарном режиме и металл входит в печь с равномерным или заданным начальным распределением температуры.
Уравнение теплового баланса элементарного расчётного объёма запишется как:
<img width=«436» height=«61» src=«ref-2_1659926647-1279.coolpic» v:shapes="_x0000_i1458">
<img width=«289» height=«61» src=«ref-2_1659927926-979.coolpic» v:shapes="_x0000_i1459"> (10)
где <img width=«36» height=«29» src=«ref-2_1659928905-125.coolpic» v:shapes="_x0000_i1460">расход топлива в единицу времени, <img width=«52» height=«29» src=«ref-2_1659929030-270.coolpic» v:shapes="_x0000_i1461"><img width=«45» height=«37» src=«ref-2_1659929300-165.coolpic» v:shapes="_x0000_i1462">низшая таплотворная способность топлива, <img width=«80» height=«29» src=«ref-2_1659929465-330.coolpic» v:shapes="_x0000_i1463"> <img width=«41» height=«33» src=«ref-2_1659929795-145.coolpic» v:shapes="_x0000_i1464">физическое тепло, внесённое единицей объёма воздуха, <img width=«80» height=«29» src=«ref-2_1659929465-330.coolpic» v:shapes="_x0000_i1465"> <img width=«40» height=«29» src=«ref-2_1659930270-137.coolpic» v:shapes="_x0000_i1466">расход топлива в текущей зоне, <img width=«52» height=«29» src=«ref-2_1659929030-270.coolpic» v:shapes="_x0000_i1467"> <img width=«68» height=«32» src=«ref-2_1659930677-245.coolpic» v:shapes="_x0000_i1468">тепловой эффект окисления железа, кДж; <img width=«52» height=«29» src=«ref-2_1659930922-206.coolpic» v:shapes="_x0000_i1469">объём <img width=«80» height=«43» src=«ref-2_1659931128-397.coolpic» v:shapes="_x0000_i1470"> и теплоёмкость <img width=«107» height=«29» src=«ref-2_1659931525-425.coolpic» v:shapes="_x0000_i1471"> <img width=«56» height=«32» src=«ref-2_1659931950-229.coolpic» v:shapes="_x0000_i1472">тепло усвоенное металлом в зоне <img width=«59» height=«23» src=«ref-2_1659932179-244.coolpic» v:shapes="_x0000_i1473"> <img width=«60» height=«32» src=«ref-2_1659932423-234.coolpic» v:shapes="_x0000_i1474">потери через кладку в зоне <img width=«48» height=«23» src=«ref-2_1659932657-191.coolpic» v:shapes="_x0000_i1475"> <img width=«40» height=«20» src=«ref-2_1659932848-215.coolpic» v:shapes="_x0000_i1476">время пребывания металла в элементарном объёме, ч.
Очевидно, что наибольшую сложность при решении сформулированной задачи (1)-(10) представляет определения температурных полей в цилиндре конечных размеров. В качестве математического аппарата для нахождения полей температур в трёхмерном цилиндре выбрана абсолютно устойчивая сеточная схема Дю — Фора и Франкела, применяющаяся для решения нелинейных задач технологии нагрева заготовок и слитков в пламенных печах [6,7 и др.]. На первом этапе были получены результаты по нагреву сплошного осевого цилиндра при постоянной температуре среды (печи) с целью выявления степени влияния взаимного расположения близлежащих цилиндров на производительность кольцевых печей. На рис.1, а представлены результаты вычисления при различной укладке цилиндров с учётом торцевого эффекта. Кривые на рис.1, б позволяют сделать вывод о количественном влиянии межосевого расстояния близлежащих цилиндров на общую относительную продолжительность их нагрева <img width=«64» height=«29» src=«ref-2_1659933063-298.coolpic» v:shapes="_x0000_i1477"> и производительность печи <img width=«73» height=«29» src=«ref-2_1659933361-325.coolpic» v:shapes="_x0000_i1478">. В дальнейшем в соответствии с разработанной математической моделью (1) — (10) на ЭВМ ЕС 1045 и ЕС 1061 выполнили серии расчётов с целью параметрической настройки её по результатам промышленных экспериментов [2]. На рис.2 представлены результаты производственных и численных экспериментов. Наибольшее расхождение результатов наблюдается в момент перехода цилиндра из неотапливаемой в отапливаемую. В последующих временных интервалах сходимость быстро улучшается и величина расхождении расчётных и экспериментальных кривых не превышает 2-5%.
<img width=«322» height=«417» src=«ref-2_1659933686-19545.coolpic» hspace=«12» v:shapes="_x0000_s1034">
Рис.1. результаты теплов-ых расчётов кольцевой печи с учётом относительного значения S/D и взаимного расположения цилиндров:
а — изменение во времени максимальной и минимальной температур цилиндра диам. 0,29 м (цифры у условных обозначе-ний — отношение S/D)
б — изменения относительного значения продолжительности нагрева <img width=«64» height=«29» src=«ref-2_1659933063-298.coolpic» v:shapes="_x0000_i1479"> и производите-льности <img width=«73» height=«29» src=«ref-2_1659933361-325.coolpic» v:shapes="_x0000_i1480"> (2) печи.
На основе комплексного подхода к изучению закономерностей нагрева осевых цилиндров разработан, опробован в производственных условиях и внедрён температурный режим кольцевой печи с пониженной температурой относительно предложенной в работе [2] (рис.3.). Режим отличается практически постоянной скоростью подъёма температуры металла на неотапливаемом участке печи. В методической зоне температура печи на <img width=«45» height=«27» src=«ref-2_1659953854-297.coolpic» v:shapes="_x0000_i1481"> ниже, чем в случае [2], и расход топлива меньше на 5-8 кг/т осей в зависимости от производительности стана и печи, окалинообразование уменьшилось на 1-2 кг/т.
В последние годы в металлургической теплотехнике большое развитие получили методы оптимального управления нагревом металла. Однако в освещённых в литературе исследованиях температурные напряжения рассчитывались, как модели линейно-упругого тела, и таким образом, не учитывалось проявления упруго-пластических деформаций и напряжений. Между тем последнее обстоятельство позволяет детально рассмотреть динамику распределения термических напряжений, учесть дополнительные факторы при поиске управляющей функции (при конкретной температуре среды). В условиях осеперокатного производства возникла необходимость поиска оптимального температурного режима кольцевых печей нагрева заготовок размерами 0,23-0,24 и 0,27-0,28 м, так как они имели неудовлетворительную структуру и пониженный уровень физико-механических характеристик, а на готовых сплошных осях проявлялись поверхностные трещины. Экспериментальные исследования изменения температуры по сечению осевых заготовок и во времени [1] позволили с достаточной для целей математического моделирования точностью обоснованно выбрать осесимметричный нагрев сплошного кругового цилиндра излучением и конвекцией одновременно.
<img width=«418» height=«310» src=«ref-2_1659954151-18299.coolpic» hspace=«12» v:shapes="_x0000_s1035">
Рис.2. Сопоставление экспериментальных (а) по [2] и расчётных (б) кривых температур в осевом цилиндре диам. 0,29 м
При этом использовались решения сформулированной задачи теплопроводности с переменными теплофизическими характеристиками для инерционного и регулярного этапов нагрева [8]. Параметрический настройки математической модели по результатам промышленных экспериментов при нагреве осевого цилиндра диам. 0,27 м показаны на рис.4.
<img width=«384» height=«257» src=«ref-2_1659972450-16571.coolpic» hspace=«12» v:shapes="_x0000_s1036">
Рис.3. Изменение тем-ператур в цилиндре диам. 0,29 м и дымо-вых газов <img width=«37» height=«40» src=«ref-2_1659989021-171.coolpic» v:shapes="_x0000_i1482"> с ра-циональным позонным температурным рас-пределением.
<img width=«354» height=«310» src=«ref-2_1659989192-18004.coolpic» v:shapes="_x0000_s1037">
Рис.4. Сопоставление экспе-
риментальных (а) и расчё-
тных кривых (б [8]) темпе-
ратур в осевом цилиндре
диам. 0,27 м и длинной 2,0
м (заготовка локомотив-
ной оси)
Значения для температурных напряжений в зоне упругих и пластических деформаций в соответствии с общепринятыми обозначениями определяется следующим соотношением <img width=«109» height=«29» src=«ref-2_1660007196-382.coolpic» v:shapes="_x0000_i1483"> :
Зона упругих и пластических деформации:
<img width=«564» height=«51» src=«ref-2_1660007578-1962.coolpic» v:shapes="_x0000_i1484">
<img width=«328» height=«45» src=«ref-2_1660009540-1228.coolpic» v:shapes="_x0000_i1485"> (11)
<img width=«569» height=«108» src=«ref-2_1660010768-2115.coolpic» v:shapes="_x0000_i1486"><img width=«41» height=«36» src=«ref-2_1660012883-348.coolpic» v:shapes="_x0000_i1487"> (12)
Зона пластических деформаций:
<img width=«339» height=«45» src=«ref-2_1660013231-1190.coolpic» v:shapes="_x0000_i1488"> (13)
<img width=«425» height=«43» src=«ref-2_1660014421-1479.coolpic» v:shapes="_x0000_i1489"> (14)
Граница пластической зоны <img width=«27» height=«29» src=«ref-2_1660015900-197.coolpic» v:shapes="_x0000_i1490">находиться из выражения:
<img width=«451» height=«51» src=«ref-2_1660016097-1659.coolpic» v:shapes="_x0000_i1491">
<img width=«420» height=«51» src=«ref-2_1660017756-1625.coolpic» v:shapes="_x0000_i1492"> (15)
Функцией управления в конкретном варианте является температура среды (печи) <img width=«24» height=«29» src=«ref-2_1660019381-112.coolpic» v:shapes="_x0000_i1493">. Поэтому имеет место ограничение:
<img width=«112» height=«29» src=«ref-2_1660019493-354.coolpic» v:shapes="_x0000_i1494"> (16)
где <img width=«85» height=«29» src=«ref-2_1660019847-292.coolpic» v:shapes="_x0000_i1495">минимальные и максимально допустимые температуры среды соответственно.
Известно, что при нагреве наиболее опасно растягивающие напря-жения. Поэтому <img width=«205» height=«29» src=«ref-2_1660020139-475.coolpic» v:shapes="_x0000_i1496"> , где <img width=«40» height=«29» src=«ref-2_1660020614-126.coolpic» v:shapes="_x0000_i1497">значение предельно допустимых растягивающих температурных напряжений.
В процессе формулировки задачи оптимального управления имеем:
<img width=«255» height=«59» src=«ref-2_1660020740-1064.coolpic» v:shapes="_x0000_i1498"> (17)
где <img width=«63» height=«23» src=«ref-2_1660021804-289.coolpic» v:shapes="_x0000_i1499">решение задачи теплопроводности.
На рис.5 представлены оптимальные режим нагрева осевых заготовок диаметром 0,27 м перед прокаткой на стане 250. С учётом многократных тепловых и термодеформационных операций, предшест-вующих подготовке осевой заготовки к нагреву, полагалось, что максимально допустимые напряжения, возникающие при нагреве, не должны превышать <img width=«139» height=«36» src=«ref-2_1660022093-543.coolpic» v:shapes="_x0000_i1500">. Расчёт выполнили при следующих исходных данных: диам. 0,27; сталь ОСЛ; <img width=«567» height=«51» src=«ref-2_1660022636-1911.coolpic» v:shapes="_x0000_i1501">
Изменение температуры среды апроксимировали кусочнолинейными зависимостями. Ранее аналогичные результаты получили для нагрева цилиндра диам. 0,23 м [9].
<img width=«205» height=«245» src=«ref-2_1660024547-9969.coolpic» hspace=«12» v:shapes="_x0000_s1039">
Рис.5. динамика температур (а) и темпера-турных напряжений (б) в характерных (измереных) точках круглого сечения цилиндра диаметром 0,27 м при оптималь-ном распределении температур по длине кольцевой печи: <img width=«93» height=«32» src=«ref-2_1660034516-308.coolpic» v:shapes="_x0000_i1502"> температуры поверхности, центра осевой заготовки и сре-ды (печи) соответственно; штриховая линия отражает установку температур печи в соот-ветстви с показанием контрольной термопары.
Заключение:
В результате комплексных экспериментальных и теоретических исследований применительно к процессам тепловой обработки осевых заготовок и катаных осей улучшены технико-экономические показатели кольцевых печей с вращающимся подом. В частности, удельный расход топлива снизился на 5 кг/т заготовки и осей, уменьшение угара с окалиной на 1-2 кг/т осей, снижен брак по поверхностным дефектам на 11,7%, улучшена микроструктура и физико-механические характери-стики осевых заготовок при нагреве перед пластической деформацией.
Библиографический список
1. Гольфарб Э.М., Тимошенко В.И. и др.//Сталь.1978.№9 с.866-868
2. Тимошпольский В.И, Сичевой А.П. .//Сталь.1984.№12 с.65-67.
3. Тимошпольский В.И, Сичевой А.П. и др. //Повышение технического уровня нагревательных устройств в прокатном производстве. Сб. тезисов докладов. М.: ВДНХ СССР,1987. 30 с.
4. Пекарская М.Я., Тайц Н.Ю.//Изв. Вузов Чёрная металлургия 1970. №8 с.143-148
5. Лисенко В.Г. Интенсификация теплообмена в пламенных печах.— М.: Металлургия, 1970.— 224 с.
6. Тайц Н.Ю., пекарский М.Я., и др. //Cnfkm1969. №9. с.846-848.
7. Самойлович Ю.А. //Сталь. 1966. №1. с.84-89.
8. Тимошпольский В.И.//Изв. вузов. Чёрная металлургия. 1986. №7. с. 126-129
9. Тимошпольский В.И., Ковалевская В.Б., и др.//Изв. вузов. Энергетика. 1987. №9. с.81-86
2.3. Модернизация печи с кольцевым подом.
Сообщается, что фирма LOIThermhrocess получила заказ от Voest-Alpine (Kindbtrg, Австрия) на модернизацию печи с вращающимся подом на заводе Donawits. Производительность печи при нагреве заготовок диаметром 230 мм и длиной до 2500 м должна увеличится с 60-75 до 108 т/ч за счёт применения регенеративных горелок. В поставке электрического и электронного оборудования, для полностью автоматического компьютерного управления принимает участие фирма LVEVerfahrenselelectronic.
2.4. Особенности окалинообразования и усовершенствования процесса нагрева колесной заготовок в кольцевых вращающихся печах: дис. на соискания уч. степени канд. тех. наук. Пронина М.В., УГТУ-УПИ, Екатеринбург 2003, 24 с.
Установлена зависимость удельных потерь металла с окалиной для непрерывнолитой колесной стали от температур, времени и технологических условий нагрева. Изучен механизм образования отслаивающейся и липкой окалины на колесных заготовках, обусловливающий необходимость корректировки теплового режима действующей печи. Выполненный анализ пластических свойств непрерывнолитой заготовки, позволил обосновать снижение температуры нагрева против существующей на <img width=«45» height=«27» src=«ref-2_1660034824-281.coolpic» v:shapes="_x0000_i1503"> в результате расчётного анализа процесса нагрева с использованием полученных теплофизических характеристик усовершенствован режим нагрева заготовок в действующей печи, позволяет снизить расход топлива на 10% и удельные потери металла с окалиной.
2.5.Иследование процессов окалинообразования колесной стали в кольцевых печах OAO “НТМК” Пронина М.В., Ярошенко Ю.Г., Казанцева Н.М., Степаненко В.Я. (Уральский государственный технический университет, Екатеринбург, Россия) .
Представлен анализ основных факторов и условий, определяющих образование отслаивающейся и липкой окалины. Рассмотрены способы снижения количества брака по дефекту “запресованой” окалины, обеспечивающий улучшения качества готовых колёс.
2.6. Компьютерное управление для прокатки углеродной продукции.
Рассмотрено одно из направлений комплексной автоматизации непрерывных кольцевых печей для прокатки углеродной продукции. Предложена математическая модель для управления тепловым и гидравлическим режимами в таких печах, устанавливающих связи между расходом топлива, разряжением и скоростью нагрева. Показано конфигурация системы управления, даны её основные характеристики и представлена её функциональная схема.
продолжение
--PAGE_BREAK--3.Исходные данные
Таблица 1.1
Марка
стали
Размер
Заготовки, мм
<img width=«72» height=«48» src=«ref-2_1660035105-307.coolpic» v:shapes="_x0000_i1504">
P, т/ч
<img width=«71» height=«52» src=«ref-2_1660035412-281.coolpic» v:shapes="_x0000_i1505">
Тип
печи
Сталь 40
D
300*800
1200
30
20
МВР
Таблица 1.2
Состав сухого газа, объёмные %
Влагосодер-жание,<img width=«37» height=«21» src=«ref-2_1660035693-127.coolpic» v:shapes="_x0000_i1025">
Коэф-энт
расхода
воздуха, n
Темпер-атура. подогре-ва возду-ха, град
<img width=«31» height=«23» src=«ref-2_1660035820-122.coolpic» v:shapes="_x0000_i1026">
<img width=«27» height=«19» src=«ref-2_1660035942-109.coolpic» v:shapes="_x0000_i1027">
<img width=«23» height=«23» src=«ref-2_1660036051-107.coolpic» v:shapes="_x0000_i1028">
<img width=«33» height=«23» src=«ref-2_1660036158-123.coolpic» v:shapes="_x0000_i1029">
<img width=«33» height=«23» src=«ref-2_1660036281-128.coolpic» v:shapes="_x0000_i1030">
<img width=«20» height=«23» src=«ref-2_1660036409-103.coolpic» v:shapes="_x0000_i1031">
<img width=«23» height=«23» src=«ref-2_1660036512-109.coolpic» v:shapes="_x0000_i1032">
воздуха
газа
5,5
27,8
13,5
14,8
0,2
0,2
38
32
15
1,1
400
4.Расчёт горения топлива
4.1. Перерасчёт заданного топлива на рабочую массу
Содержание <img width=«36» height=«24» src=«ref-2_1660036621-128.coolpic» v:shapes="_x0000_i1033"> во влажном газе определяется по формуле:
<img width=«181» height=«45» src=«ref-2_1660036749-470.coolpic» v:shapes="_x0000_i1034"> (1)
, где <img width=«35» height=«23» src=«ref-2_1660037219-115.coolpic» v:shapes="_x0000_i1035">влагосодержание газа, <img width=«37» height=«21» src=«ref-2_1660035693-127.coolpic» v:shapes="_x0000_i1036">.
<img width=«233» height=«44» src=«ref-2_1660037461-559.coolpic» v:shapes="_x0000_i1037">
Пересчёт газа во влажное определяется через коэффициент пересчёта, определяемого по формуле:
<img width=«127» height=«41» src=«ref-2_1660038020-331.coolpic» v:shapes="_x0000_i1038"> (2)
<img width=«184» height=«41» src=«ref-2_1660038351-423.coolpic» v:shapes="_x0000_i1039">
Пересчёт сухого газа на влажный производится по формуле:
<img width=«107» height=«25» src=«ref-2_1660038774-241.coolpic» v:shapes="_x0000_i1040"> (3)
, где <img width=«44» height=«25» src=«ref-2_1660039015-143.coolpic» v:shapes="_x0000_i1041">содержание компонента во влажном газе, %
<img width=«44» height=«25» src=«ref-2_1660039158-142.coolpic» alt="*" v:shapes="_x0000_i1042">содержание компонента в сухом газе, %
<img width=«39» height=«23» src=«ref-2_1660039300-124.coolpic» alt="*" v:shapes="_x0000_i1043">коэффициент пересчёта на влажный газ
<img width=«295» height=«183» src=«ref-2_1660039424-2803.coolpic» v:shapes="_x0000_i1044">
Проверка правильности расчёта состава газа с учётом влаги:
<img width=«104» height=«27» src=«ref-2_1660042227-343.coolpic» v:shapes="_x0000_i1045">
5,399%+27,291%+13,253%+14,529%+0,196%+0,196%+37,304%+
+1,832%=100%
4.2.Расчёт теплоты сгорания газового топлива
Определим низшую теплоту сгорания газового топлива, которая определяется как сумма тепловых эффектов каждого компонента, содержащегося в одном кубическом метре топлива.
<img width=«337» height=«24» src=«ref-2_1660042570-582.coolpic» v:shapes="_x0000_i1046"> (4)
<img width=«511» height=«24» src=«ref-2_1660043152-799.coolpic» v:shapes="_x0000_i1047">
4.3. Определение расхода воздуха необходимого для сжигания <img width=«28» height=«24» src=«ref-2_1660043951-114.coolpic» v:shapes="_x0000_i1048"> газового топлива
Запишем стехиометрические уравнения окисления компонентов топлива
<img width=«172» height=«123» src=«ref-2_1660044065-916.coolpic» v:shapes="_x0000_i1049">
Для сжигания <img width=«28» height=«24» src=«ref-2_1660043951-114.coolpic» v:shapes="_x0000_i1050"> газового топлива требуется кислорода
<img width=«355» height=«27» src=«ref-2_1660045095-691.coolpic» v:shapes="_x0000_i1051"> (5)
<img width=«491» height=«27» src=«ref-2_1660045786-854.coolpic» v:shapes="_x0000_i1052">
В атмосферном воздухе содержится 79% <img width=«23» height=«23» src=«ref-2_1660036512-109.coolpic» v:shapes="_x0000_i1053"> и21% <img width=«20» height=«23» src=«ref-2_1660036409-103.coolpic» v:shapes="_x0000_i1054">. Таким образом, азота по объёму в 79/21=3,762 раза больше, чем кислорода. Учитывая это теоретически необходимый расход атмосферного воздуха <img width=«19» height=«24» src=«ref-2_1660046852-100.coolpic» v:shapes="_x0000_i1055">можно из выражения:
<img width=«12» height=«23» src=«ref-2_1660046952-73.coolpic» v:shapes="_x0000_i1056"><img width=«100» height=«25» src=«ref-2_1660047025-251.coolpic» v:shapes="_x0000_i1057"> (6)
<img width=«249» height=«25» src=«ref-2_1660047276-438.coolpic» v:shapes="_x0000_i1058">
<img width=«379» height=«103» src=«ref-2_1660047714-1393.coolpic» hspace=«12» v:shapes="_x0000_s1040"> Поскольку масса влаги, содержащаяся во влажном воздухе <img width=«20» height=«23» src=«ref-2_1660049107-106.coolpic» v:shapes="_x0000_i1059">, будет занимать объем, равный: <img width=«211» height=«41» src=«ref-2_1660049213-514.coolpic» v:shapes="_x0000_i1060">, то теоретический необходимый и фактический расходы влажного воздуха для сжигания единицы топлива могут быть определены:
4.4.Определение выхода и состава продуктов горения
При сжигании топлива с коэффициентом расхода воздуха n>1, кроме указанных составляющих, в продуктах горения присутствует избыточный кислород <img width=«12» height=«23» src=«ref-2_1660046952-73.coolpic» v:shapes="_x0000_i1061"><img width=«40» height=«24» src=«ref-2_1660049800-137.coolpic» v:shapes="_x0000_i1062">. С целью упрощения расчётов объём <img width=«32» height=«23» src=«ref-2_1660049937-123.coolpic» v:shapes="_x0000_i1063"> заменяется на равновеликий объём <img width=«32» height=«23» src=«ref-2_1660050060-123.coolpic» v:shapes="_x0000_i1064">, т.е.
<img width=«123» height=«23» src=«ref-2_1660050183-247.coolpic» v:shapes="_x0000_i1065"><img width=«12» height=«23» src=«ref-2_1660046952-73.coolpic» v:shapes="_x0000_i1066"> (9)
, где <img width=«44» height=«23» src=«ref-2_1660050503-135.coolpic» v:shapes="_x0000_i1067">эквивалентное количество продуктов сгорания
Объём продуктов горения углерод и серосодержащих компонентов топлива в <img width=«28» height=«24» src=«ref-2_1660043951-114.coolpic» v:shapes="_x0000_i1068">, определяется формулой:
<img width=«284» height=«27» src=«ref-2_1660050752-550.coolpic» v:shapes="_x0000_i1069"> (10)
<img width=«384» height=«27» src=«ref-2_1660051302-684.coolpic» v:shapes="_x0000_i1070">
Объем продуктов горения водосодержащих компонентов топлива, сопровождается выделением паров воды
<img width=«547» height=«80» src=«ref-2_1660051986-1594.coolpic» v:shapes="_x0000_i1071">
Объём азота поступающего из воздуха и топлива определяется по формуле:
<img width=«499» height=«56» src=«ref-2_1660053580-1035.coolpic» v:shapes="_x0000_i1072">
Объём избыточного кислорода определяется по формуле:
<img width=«439» height=«53» src=«ref-2_1660054615-804.coolpic» v:shapes="_x0000_i1073"> (13)
Объём продуктов полного горения единицы топлива представляет собой сумму всех четырёх составляющих
<img width=«513» height=«51» src=«ref-2_1660055419-1099.coolpic» v:shapes="_x0000_i1074">
Вычислим парциальные давления всех компонентов:
<img width=«341» height=«224» src=«ref-2_1660056518-4744.coolpic» v:shapes="_x0000_i1075">
Плотность газовой смеси определяется по правилу аддитивности в соответствии с составом продуктов горения:
<img width=«269» height=«41» src=«ref-2_1660061262-589.coolpic» v:shapes="_x0000_i1076"> (15)
<img width=«447» height=«41» src=«ref-2_1660061851-841.coolpic» v:shapes="_x0000_i1077">
4.5.Определение теоретической и действительной температур горения
Физическая теплота, вносимая влажным воздухом, расходуемым на окисление единицы топлива, определяется по формуле:
<img width=«72» height=«24» src=«ref-2_1660062692-167.coolpic» v:shapes="_x0000_i1078"> (16)
, где <img width=«28» height=«23» src=«ref-2_1660062859-106.coolpic» v:shapes="_x0000_i1079">теплосодержание воздуха нагретого до температуры <img width=«75» height=«24» src=«ref-2_1660062965-190.coolpic» v:shapes="_x0000_i1080">, определяемого по формуле:
<img width=«416» height=«27» src=«ref-2_1660063155-786.coolpic» v:shapes="_x0000_i1081"> (17)
, где <img width=«343» height=«27» src=«ref-2_1660063941-605.coolpic» v:shapes="_x0000_i1082">доля водяных паров содержащихся в <img width=«28» height=«24» src=«ref-2_1660043951-114.coolpic» v:shapes="_x0000_i1083"> влажного воздуха
<img width=«532» height=«69» src=«ref-2_1660064660-1207.coolpic» v:shapes="_x0000_i1084">
<img width=«241» height=«23» src=«ref-2_1660065867-423.coolpic» v:shapes="_x0000_i1085">
Так как топливо чаще всего не подогревают, то <img width=«55» height=«24» src=«ref-2_1660066290-160.coolpic» v:shapes="_x0000_i1086">, тогда теплосодержание топлива равно нулю, т.е. <img width=«87» height=«23» src=«ref-2_1660066450-185.coolpic» v:shapes="_x0000_i1087">, исходя из величины общей теплоты продуктов горения, отнесённой к <img width=«28» height=«24» src=«ref-2_1660043951-114.coolpic» v:shapes="_x0000_i1088"> их объёма <img width=«25» height=«25» src=«ref-2_1660066749-115.coolpic» v:shapes="_x0000_i1089">, тогда:
<img width=«447» height=«93» src=«ref-2_1660066864-1002.coolpic» v:shapes="_x0000_i1090">
Для определения теоретической температуры необходимо знать содержание свободного воздуха в продуктах горения в, %
<img width=«565» height=«69» src=«ref-2_1660067866-836.coolpic» v:shapes="_x0000_i1091"><img width=«12» height=«23» src=«ref-2_1660046952-73.coolpic» v:shapes="_x0000_i1092">
Теоретическая температура горения <img width=«19» height=«24» src=«ref-2_1660068775-104.coolpic» v:shapes="_x0000_i1093"> для 2-й группы топлив, теплота сгорания у которых находится в пределах 8400-12500<img width=«64» height=«24» src=«ref-2_1660068879-187.coolpic» v:shapes="_x0000_i1094">
определяется по формуле:
<img width=«577» height=«55» src=«ref-2_1660069066-1259.coolpic» v:shapes="_x0000_i1095">
<img width=«587» height=«73» src=«ref-2_1660070325-1285.coolpic» v:shapes="_x0000_i1096"><img width=«89» height=«24» src=«ref-2_1660071610-211.coolpic» v:shapes="_x0000_i1097">
Проверку полученного значения теоретической температуры горения топлива можно провести по i-tдиаграммам С.Г.Тройба (для данного газа прил.2), судя по которой получили верные результаты.
Теоретическая температура горения превосходит максимальную температуру газов в металлургических печах на 10-30%.Поэтому действительная температура может быть получена как произведение <img width=«19» height=«24» src=«ref-2_1660068775-104.coolpic» v:shapes="_x0000_i1098"> и пирометрического коэффициента <img width=«144» height=«29» src=«ref-2_1660071925-544.coolpic» v:shapes="_x0000_i1506">
<img width=«104» height=«29» src=«ref-2_1660072469-245.coolpic» v:shapes="_x0000_i1507"> (21)
<img width=«217» height=«35» src=«ref-2_1660072714-441.coolpic» v:shapes="_x0000_i1508">
Вывод
: Сравнив действительную температуру <img width=«27» height=«32» src=«ref-2_1660073155-125.coolpic» v:shapes="_x0000_i1509"> горения с максима-льной температурой печи <img width=«97» height=«39» src=«ref-2_1660073280-253.coolpic» v:shapes="_x0000_i1510"> можно судить о приготности данного топлива для нагрева металла при данных условиях без каких либо тополнительных мер.
продолжение
--PAGE_BREAK--5.Расчёт времени нагрева металла
5.1. В методической зоне
<img width=«479» height=«207» src=«ref-2_1660073533-4079.coolpic» v:shapes="_x0000_i1511">
Средняя по сечению температура применительно к нагреву цилиндра (см. “Металлургические печи” под редакцией М.А.Глинкова)
<img width=«239» height=«43» src=«ref-2_1660077612-979.coolpic» v:shapes="_x0000_i1512">
Средний для методической зоны коэффициент теплопроводности:
<img width=«363» height=«53» src=«ref-2_1660078591-1428.coolpic» v:shapes="_x0000_i1513">
Средняя теплоёмкость для методической зоны, равна:
<img width=«185» height=«37» src=«ref-2_1660080019-658.coolpic» v:shapes="_x0000_i1514">
Коэффициент температуропроводности определяем по следующей формуле:
<img width=«348» height=«80» src=«ref-2_1660080677-1645.coolpic» v:shapes="_x0000_i1515"> (22)
, где <img width=«13» height=«17» src=«ref-2_1660082322-86.coolpic» v:shapes="_x0000_i1516">-удельный вес стали принимаемый равным <img width=«77» height=«24» src=«ref-2_1660082408-191.coolpic» v:shapes="_x0000_i1517">
Средний тепловой поток в методической зоне определяется по формуле:
<img width=«375» height=«65» src=«ref-2_1660082599-1515.coolpic» v:shapes="_x0000_i1518"> (23)
Определим ориентировочные размеры печи. При трёхрядном расположении заготовок, ширина печи будет равна:
<img width=«208» height=«23» src=«ref-2_1660084114-606.coolpic» v:shapes="_x0000_i1519">
, где <img width=«28» height=«16» src=«ref-2_1660084720-101.coolpic» v:shapes="_x0000_i1520">зазор между заготовками равный 0,2 м.
Находим степени развития кладки (на 1 метр длины печи), при этом задаёмся высотой печи, которая находиться для кольцевой печи в пределах <img width=«108» height=«23» src=«ref-2_1660084821-354.coolpic» v:shapes="_x0000_i1521"> принимаем <img width=«68» height=«23» src=«ref-2_1660085175-277.coolpic» v:shapes="_x0000_i1522">.
<img width=«228» height=«49» src=«ref-2_1660085452-1001.coolpic» v:shapes="_x0000_i1523"> (24)
Определим эффективную толщину газового слоя:
<img width=«357» height=«49» src=«ref-2_1660086453-1274.coolpic» v:shapes="_x0000_i1524"> (25)
Находим степень черноты дымовых газов в методической зоне <img width=«12» height=«23» src=«ref-2_1660046952-73.coolpic» v:shapes="_x0000_i1525">
<img width=«28» height=«36» src=«ref-2_1660087800-214.coolpic» v:shapes="_x0000_i1526">, при средней температуре <img width=«232» height=«36» src=«ref-2_1660088014-856.coolpic» v:shapes="_x0000_i1527">
Определим парциальные давления <img width=«75» height=«23» src=«ref-2_1660088870-189.coolpic» v:shapes="_x0000_i1528">:
<img width=«417» height=«25» src=«ref-2_1660089059-696.coolpic» v:shapes="_x0000_i1529">
<img width=«495» height=«27» src=«ref-2_1660089755-804.coolpic» v:shapes="_x0000_i1530">
По номограмме (Б.С.Мастрюков “Теплотехнические расчёты и конструкция промышленных печей” стр.50-52) определяем:
<img width=«240» height=«39» src=«ref-2_1660090559-863.coolpic» v:shapes="_x0000_i1531">
Тогда <img width=«335» height=«47» src=«ref-2_1660091422-1152.coolpic» v:shapes="_x0000_i1532"> (26)
Приведённая степень черноты рассматриваемой системы равна:
<img width=«588» height=«92» src=«ref-2_1660092574-2823.coolpic» v:shapes="_x0000_i1533">
=0,66 (27)
где <img width=«41» height=«29» src=«ref-2_1660095397-127.coolpic» v:shapes="_x0000_i1534">степень черноты металла, равная <img width=«68» height=«29» src=«ref-2_1659906974-320.coolpic» v:shapes="_x0000_i1535">
Температура печи в начале методической зоны, при коэффициенте теплового излучения <img width=«280» height=«27» src=«ref-2_1660095844-494.coolpic» v:shapes="_x0000_i1536">
<img width=«540» height=«117» src=«ref-2_1660096338-2766.coolpic» v:shapes="_x0000_i1537">(28)
Определим тепловой поток в конце методической зоны:
<img width=«400» height=«53» src=«ref-2_1660099104-1550.coolpic» v:shapes="_x0000_i1538">
<img width=«352» height=«64» src=«ref-2_1660100654-1745.coolpic» v:shapes="_x0000_i1539">
Определим продолжительность нагрева в методической зоне:
<img width=«545» height=«72» src=«ref-2_1660102399-2190.coolpic» v:shapes="_x0000_i1540">(29)
, где <img width=«33» height=«23» src=«ref-2_1660104589-115.coolpic» v:shapes="_x0000_i1541">коэффициент формы для цилиндра (без учёта площади торцов),
равный 2,0.
5.2.В 1-ой сварочной
Примем <img width=«109» height=«45» src=«ref-2_1660104704-512.coolpic» v:shapes="_x0000_i1542">
При расчёте по В.Н.Григорьеву рекомендуется принимать [3]:
<img width=«231» height=«37» src=«ref-2_1660105216-789.coolpic» v:shapes="_x0000_i1543">
Также при расположении заготовок с зазором равным или большим половины диаметра заготовки, и интенсивно нагреве рекомендуется брать:
<img width=«569» height=«312» src=«ref-2_1660106005-7732.coolpic» v:shapes="_x0000_i1544">
Определим степень черноты газов при <img width=«100» height=«36» src=«ref-2_1660113737-403.coolpic» v:shapes="_x0000_i1545">, по номограмме:
<img width=«417» height=«25» src=«ref-2_1660089059-696.coolpic» v:shapes="_x0000_i1546">
<img width=«495» height=«27» src=«ref-2_1660114836-800.coolpic» v:shapes="_x0000_i1547">
<img width=«251» height=«39» src=«ref-2_1660115636-915.coolpic» v:shapes="_x0000_i1548">
<img width=«348» height=«53» src=«ref-2_1660116551-1206.coolpic» v:shapes="_x0000_i1549">
<img width=«567» height=«114» src=«ref-2_1660117757-2938.coolpic» v:shapes="_x0000_i1550">
<img width=«288» height=«27» src=«ref-2_1660120695-506.coolpic» v:shapes="_x0000_i1551">
<img width=«409» height=«53» src=«ref-2_1660121201-1577.coolpic» v:shapes="_x0000_i1552">
5.3.Во 2-ой сварочной
Примем <img width=«127» height=«45» src=«ref-2_1660122778-557.coolpic» v:shapes="_x0000_i1553">
При расчёте по В.Н.Григорьеву рекомендуется принимать [3]:
<img width=«253» height=«37» src=«ref-2_1660123335-911.coolpic» v:shapes="_x0000_i1554">
Так, как к концу 2-ой сварочной зоны происходит некоторое выравнивание между температурой центра и поверхности, то рекомендуется брать:
<img width=«585» height=«315» src=«ref-2_1660124246-7767.coolpic» v:shapes="_x0000_i1555">
Определим степень черноты газов при <img width=«100» height=«36» src=«ref-2_1660113737-403.coolpic» v:shapes="_x0000_i1556">, по номограмме:
<img width=«417» height=«25» src=«ref-2_1660089059-696.coolpic» v:shapes="_x0000_i1557">
<img width=«495» height=«27» src=«ref-2_1660114836-800.coolpic» v:shapes="_x0000_i1558">
<img width=«251» height=«39» src=«ref-2_1660115636-915.coolpic» v:shapes="_x0000_i1559">
<img width=«351» height=«53» src=«ref-2_1660134827-1217.coolpic» v:shapes="_x0000_i1560">
<img width=«567» height=«114» src=«ref-2_1660117757-2938.coolpic» v:shapes="_x0000_i1561">
<img width=«288» height=«27» src=«ref-2_1660120695-506.coolpic» v:shapes="_x0000_i1562">
<img width=«548» height=«117» src=«ref-2_1660139488-2806.coolpic» v:shapes="_x0000_i1563">
5.4. В томильной зоне
Определим степень выравнивания температур:
<img width=«165» height=«63» src=«ref-2_1660142294-848.coolpic» v:shapes="_x0000_i1564"> (30)
Для заготовки толщиной 300 мм перепад температур перед выдачей заготовки должен составлять:
<img width=«437» height=«36» src=«ref-2_1660143142-1361.coolpic» v:shapes="_x0000_i1565">
<img width=«567» height=«271» src=«ref-2_1660144503-4970.coolpic» v:shapes="_x0000_i1566">
Определим степень черноты газов при <img width=«100» height=«36» src=«ref-2_1660113737-403.coolpic» v:shapes="_x0000_i1567">, по номограмме:
<img width=«417» height=«25» src=«ref-2_1660089059-696.coolpic» v:shapes="_x0000_i1568">
<img width=«495» height=«27» src=«ref-2_1660114836-800.coolpic» v:shapes="_x0000_i1569">
<img width=«260» height=«39» src=«ref-2_1660151372-949.coolpic» v:shapes="_x0000_i1570">
<img width=«357» height=«53» src=«ref-2_1660152321-1247.coolpic» v:shapes="_x0000_i1571">
<img width=«567» height=«114» src=«ref-2_1660117757-2938.coolpic» v:shapes="_x0000_i1572">
<img width=«288» height=«27» src=«ref-2_1660120695-506.coolpic» v:shapes="_x0000_i1573">
<img width=«407» height=«53» src=«ref-2_1660157012-1616.coolpic» v:shapes="_x0000_i1574">
<img width=«548» height=«117» src=«ref-2_1660158628-2791.coolpic» v:shapes="_x0000_i1575">
Продолжение нагрева в томильной зоне определяется следующей зависимостью:
<img width=«276» height=«72» src=«ref-2_1660161419-1306.coolpic» v:shapes="_x0000_i1576"> (31)
, где <img width=«32» height=«16» src=«ref-2_1660162725-108.coolpic» v:shapes="_x0000_i1577">коэффициент определяемый по графику в зависимости от степени выравнивания температур <img width=«16» height=«20» src=«ref-2_1660162833-175.coolpic» v:shapes="_x0000_i1578"> и формы нагреваемого тела (<img width=«253» height=«24» src=«ref-2_1660163008-796.coolpic» v:shapes="_x0000_i1579">
Полная продолжительность нагрева:
<img width=«456» height=«29» src=«ref-2_1660163804-1336.coolpic» v:shapes="_x0000_i1580">
Рис.5.1. График нагрева металла
Выводы:
1. Исходя из графика, видно, что мы бережно нагревали металл в методической зоне, чтобы избежать термических напряжений, т.к. упругие напряжения в металле в начале нагрева велики, а следовательно при быстром нагреве могут привести к разрыву металла.
2. Поднимая температуру нагрева в сварочной зоне, мы увеличи-ваем интенсивность нагрева, что способствует быстрому прохо-ждению сварочных зон, а это значительно снижает глубину обезуглероженного слоя, что благоприятно скажется на качестве готового проката.
3. Снижая температуру нагрева в томильной зоне перед выдачей, мы снижаем угар металла, тем самым увеличиваем выход годного.
4. В результате применённых мер нагрева металла, получаем общее время нагрева металла <img width=«85» height=«23» src=«ref-2_1660165140-377.coolpic» v:shapes="_x0000_i1581">.
6.Определение основных размеров печи
Общая масса заготовок, определяется по формуле:
<img width=«189» height=«23» src=«ref-2_1660165517-581.coolpic» v:shapes="_x0000_i1099"> (32)
Масса одной заготовки, определяется по формуле:
<img width=«335» height=«31» src=«ref-2_1660166098-1155.coolpic» v:shapes="_x0000_i1100"> (33)
Тогда в печи количество заготовок равно:
<img width=«151» height=«48» src=«ref-2_1660167253-665.coolpic» v:shapes="_x0000_i1582">
Определим длину пода печи, при расположении 6 заготовок на 1 м длины при зазоре между заготовками 0,2 м, и рядами 0,4 м.
L=149/6=24,8 м.
Угол между окном загрузки и выдачи составляет <img width=«73» height=«27» src=«ref-2_1660167918-375.coolpic» v:shapes="_x0000_i1583"> поэтому полная длина пода определяется следующим соотношением:
<img width=«299» height=«225» src=«ref-2_1660168293-3688.coolpic» v:shapes="_x0000_i1584">
Площадь и напряжённость пода определим по следующей зависимости:
<img width=«388» height=«93» src=«ref-2_1660171981-2317.coolpic» v:shapes="_x0000_i1585"> (34)
Площадь и напряжённость активного пода определим по следую-ей зависимости:
<img width=«559» height=«93» src=«ref-2_1660174298-3091.coolpic» v:shapes="_x0000_i1586">
(35)
Полезная площадь пода печи:
<img width=«193» height=«63» src=«ref-2_1660177389-897.coolpic» v:shapes="_x0000_i1587"> (36)
Длину печи разбивают на зоны пропорционально времени нагрева:
· Длина методической зоны <img width=«189» height=«48» src=«ref-2_1660178286-855.coolpic» v:shapes="_x0000_i1101">
· Длина 1-ой сварочной зоны <img width=«212» height=«49» src=«ref-2_1660179141-940.coolpic» v:shapes="_x0000_i1102">
· Длина 2-ой сварочной зоны <img width=«205» height=«49» src=«ref-2_1660180081-886.coolpic» v:shapes="_x0000_i1103">
· Длина томильной зоны <img width=«188» height=«48» src=«ref-2_1660180967-840.coolpic» v:shapes="_x0000_i1104">
Рис.6.1. Эскиз печи
Выводы:
Располагая заготовки на поду в три ряда, судя по данной главе мы получаем достаточно компактный вариант печи, однако в работе [4] рекомендуемая напряжённость пода при конструировании кольцевых печей данной производительности рекомендуется брать немного меньше чем получилось в нашем случае.
продолжение
--PAGE_BREAK--7.Тепловой баланс
7.1.Приход тепла
7.1.1.Теплота от горения топлива
<img width=«199» height=«39» src=«ref-2_1660181807-664.coolpic» v:shapes="_x0000_i1588"> кВт
где В-расход топлива, <img width=«48» height=«27» src=«ref-2_1660182471-253.coolpic» v:shapes="_x0000_i1589">
7.1.2. Теплота, вносимая подогретым воздухом
<img width=«208» height=«40» src=«ref-2_1660182724-685.coolpic» v:shapes="_x0000_i1590"> кВт
7.1.3. Теплота экзотермических реакций
<img width=«211» height=«29» src=«ref-2_1660183409-691.coolpic» v:shapes="_x0000_i1591"> кВт
где а-угар металла, доли;
P-производительность печи, кг/с.
7.2. Расход тепла
7.2.1.Теплота технологического продукта
<img width=«477» height=«57» src=«ref-2_1660184100-1800.coolpic» v:shapes="_x0000_i1592"> кВт
5.2.2. Теплота, уносимая уходящими газами
<img width=«255» height=«51» src=«ref-2_1660185900-734.coolpic» v:shapes="_x0000_i1593"> кВт
<img width=«217» height=«219» src=«ref-2_1660186634-3095.coolpic» v:shapes="_x0000_i1594">
7.2.3. Потери тепла через кладку
Потери тепла через под пренебрегаем, рассчитываем потери тепла через свод и стенки. Площадь свода принимаем равной площади пода, свод печи выполняем подвесным из отдельных секторов, набираемых подвесных кирпичей, материал коалин, толщина свода печи 0,3 м [6].
<img width=«391» height=«36» src=«ref-2_1660189729-1329.coolpic» v:shapes="_x0000_i1595">
Средняя по протяжённости температура газов
<img width=«304» height=«45» src=«ref-2_1660191058-1127.coolpic» v:shapes="_x0000_i1596">
Площадь стен определяется по формуле:
<img width=«331» height=«37» src=«ref-2_1660192185-969.coolpic» v:shapes="_x0000_i1597">
Боковые стенки состоят из двух слоёв: внутреннего- толщиной 230 мм, выполненного из шамотного кирпича, и наружного толщиной 230 мм, выполненного из легковесного шамота марки ШЛБ-0,4 [3].
Коэффициент теплопроводности внутреннего слоя:
<img width=«280» height=«36» src=«ref-2_1660193154-1035.coolpic» v:shapes="_x0000_i1598">
где <img width=«43» height=«36» src=«ref-2_1660194189-164.coolpic» v:shapes="_x0000_i1599">средняя температура слоя шамота определяемая по формуле: <img width=«108» height=«60» src=«ref-2_1660194353-445.coolpic» v:shapes="_x0000_i1600">
где <img width=«28» height=«27» src=«ref-2_1660194798-134.coolpic» v:shapes="_x0000_i1601">температура по толщине раздела слоёв;
<img width=«43» height=«36» src=«ref-2_1660194932-163.coolpic» v:shapes="_x0000_i1602">температура внутренней поверхности стен.
Коэффициент теплопроводности наружного слоя:
<img width=«272» height=«36» src=«ref-2_1660195095-949.coolpic» v:shapes="_x0000_i1603">
где <img width=«39» height=«36» src=«ref-2_1660196044-149.coolpic» v:shapes="_x0000_i1604">средняя температура наружного слоя определяемая по формуле:
<img width=«97» height=«60» src=«ref-2_1660196193-412.coolpic» v:shapes="_x0000_i1605">
где <img width=«37» height=«36» src=«ref-2_1660196605-148.coolpic» v:shapes="_x0000_i1606">температура внешней стенки, которую можно принять равной <img width=«56» height=«29» src=«ref-2_1660196753-315.coolpic» v:shapes="_x0000_i1607">.
При стационарном режиме:
<img width=«416» height=«36» src=«ref-2_1660197068-1225.coolpic» v:shapes="_x0000_i1608">
<img width=«572» height=«283» src=«ref-2_1660198293-7457.coolpic» v:shapes="_x0000_i1609">
Тогда <img width=«455» height=«45» src=«ref-2_1660205750-1670.coolpic» v:shapes="_x0000_i1610">
<img width=«337» height=«75» src=«ref-2_1660207420-2197.coolpic» v:shapes="_x0000_i1611">
Количества тепла теряемое через стену, определяем по формуле:
<img width=«460» height=«95» src=«ref-2_1660209617-2282.coolpic» v:shapes="_x0000_i1612"> кВт
где <img width=«39» height=«29» src=«ref-2_1660211899-124.coolpic» v:shapes="_x0000_i1613">коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности кладки в окружающую среду (по практическим данным можно принять <img width=«157» height=«36» src=«ref-2_1660212023-589.coolpic» v:shapes="_x0000_i1614">;
<img width=«72» height=«63» src=«ref-2_1660212612-374.coolpic» v:shapes="_x0000_i1615">сумма тепловых сопротивлений слоёв кладки <img width=«105» height=«45» src=«ref-2_1660212986-437.coolpic» v:shapes="_x0000_i1616">.
Т.к. температура окружающей среды <img width=«47» height=«27» src=«ref-2_1660213423-295.coolpic» v:shapes="_x0000_i1617"> то температуры наружной стенки свода можно принять <img width=«56» height=«27» src=«ref-2_1660213718-334.coolpic» v:shapes="_x0000_i1618">, тогда:
<img width=«241» height=«45» src=«ref-2_1660214052-944.coolpic» v:shapes="_x0000_i1619">
Коэффициент теплопроводности коалина можно определить по следующей формуле:
<img width=«568» height=«37» src=«ref-2_1660214996-1796.coolpic» v:shapes="_x0000_i1620">
Количества тепла теряемое через свод, определяем по формуле:
<img width=«428» height=«93» src=«ref-2_1660216792-1895.coolpic» v:shapes="_x0000_i1621">531,9 кВт
Общее количество тепла потерянное через кладку:
<img width=«507» height=«33» src=«ref-2_1660218687-1508.coolpic» v:shapes="_x0000_i1622">
7.2.4. Потери теплоты через окна и щели
Размеры смотровых окон <img width=«83» height=«23» src=«ref-2_1660220195-424.coolpic» v:shapes="_x0000_i1623">, тогда <img width=«133» height=«36» src=«ref-2_1660220619-557.coolpic» v:shapes="_x0000_i1624">.
Размеры окон загрузки <img width=«101» height=«23» src=«ref-2_1660221176-482.coolpic» v:shapes="_x0000_i1625">, тогда <img width=«133» height=«36» src=«ref-2_1660221658-536.coolpic» v:shapes="_x0000_i1626">
Задаёмся следующим временем открытия окон:
· В методической и сварочных зонах 10 минут, т.е. <img width=«116» height=«45» src=«ref-2_1660222194-600.coolpic» v:shapes="_x0000_i1627">
· В сварочной зоне 10 минут <img width=«115» height=«45» src=«ref-2_1660222794-600.coolpic» v:shapes="_x0000_i1628">
· Время открытия окон загрузки и выгрузки примем равным 30 минут, т.е. <img width=«97» height=«45» src=«ref-2_1660223394-554.coolpic» v:shapes="_x0000_i1629">
Зададимся следующим числом смотровых окон:
· В методической зоне 12 штук
· В 1-ой сварочной 12 штук
· Во 2-ой сварочной 8 штук
· В томильной зоне 4 штуки
Зададимся следующими коэффициентами диафрагмирования:
· Для окон загрузки и выгрузки <img width=«87» height=«45» src=«ref-2_1660223948-349.coolpic» v:shapes="_x0000_i1630">, тогда <img width=«69» height=«23» src=«ref-2_1660224297-305.coolpic» v:shapes="_x0000_i1631">
· Для смотровых окон <img width=«123» height=«45» src=«ref-2_1660224602-537.coolpic» v:shapes="_x0000_i1632">, тогда <img width=«69» height=«23» src=«ref-2_1660225139-328.coolpic» v:shapes="_x0000_i1633">
Потери тепла излучением через открытые окна и щели определяется по формуле:
<img width=«389» height=«45» src=«ref-2_1660225467-1251.coolpic» v:shapes="_x0000_i1634">
где <img width=«31» height=«24» src=«ref-2_1660226718-121.coolpic» v:shapes="_x0000_i1635">коэффициент диафрагмирования;
<img width=«61» height=«29» src=«ref-2_1660226839-164.coolpic» v:shapes="_x0000_i1636">живое сечения окна, <img width=«28» height=«27» src=«ref-2_1660227003-197.coolpic» v:shapes="_x0000_i1637">;
<img width=«47» height=«29» src=«ref-2_1660227200-139.coolpic» v:shapes="_x0000_i1638">количество окон печи одинакового размера;
<img width=«31» height=«20» src=«ref-2_1660227339-204.coolpic» alt="*" v:shapes="_x0000_i1639"> доля времени, когда окно открыто,<img width=«73» height=«24» src=«ref-2_1660227543-376.coolpic» v:shapes="_x0000_i1640">;
В методической зоне
<img width=«211» height=«45» src=«ref-2_1660227919-915.coolpic» v:shapes="_x0000_i1641">.
<img width=«511» height=«41» src=«ref-2_1660228834-1932.coolpic» v:shapes="_x0000_i1642"> кВт
<img width=«539» height=«39» src=«ref-2_1660230766-2034.coolpic» v:shapes="_x0000_i1643">кВт
В сварочной зоне:
<img width=«240» height=«45» src=«ref-2_1660232800-996.coolpic» v:shapes="_x0000_i1644">
В 1-ой сварочной
<img width=«544» height=«39» src=«ref-2_1660233796-2021.coolpic» v:shapes="_x0000_i1645"> кВт
Во второй сварочной
<img width=«555» height=«39» src=«ref-2_1660235817-2090.coolpic» v:shapes="_x0000_i1646">кВт
В томильной зоне
<img width=«235» height=«45» src=«ref-2_1660237907-957.coolpic» v:shapes="_x0000_i1647">
<img width=«505» height=«41» src=«ref-2_1660238864-1897.coolpic» v:shapes="_x0000_i1648">кВт
<img width=«540» height=«39» src=«ref-2_1660240761-1988.coolpic» v:shapes="_x0000_i1649">кВт
Суммарные потери тепла излучением:
<img width=«505» height=«44» src=«ref-2_1660242749-1490.coolpic» v:shapes="_x0000_i1650"> кВт
7.2.5.Потери теплоты с охлаждающей жидкостью
<img width=«119» height=«29» src=«ref-2_1660244239-267.coolpic» v:shapes="_x0000_i1651">
где <img width=«39» height=«29» src=«ref-2_1660244506-128.coolpic» v:shapes="_x0000_i1652">площадь поверхности водоохлаждаемой детали, <img width=«28» height=«27» src=«ref-2_1660227003-197.coolpic» v:shapes="_x0000_i1653">;
<img width=«37» height=«29» src=«ref-2_1660244831-126.coolpic» v:shapes="_x0000_i1654">плотность теплового потока на поверхность водоохлаждае-мых деталей, <img width=«75» height=«27» src=«ref-2_1660244957-311.coolpic» v:shapes="_x0000_i1655">
При строительстве кольцевых печей, в рабочем пространстве устанавливают три перегородки, опирающихся на водоохлаждаемые трубы. Каждая перегородка опирается на четыре трубы, отсюда n=12 штук. Примем диаметр каждой трубы, равный <img width=«116» height=«32» src=«ref-2_1660245268-421.coolpic» v:shapes="_x0000_i1656">
<img width=«448» height=«39» src=«ref-2_1660245689-1467.coolpic» v:shapes="_x0000_i1657">
Плотность теплового потока на поверхность примем, равным <img width=«149» height=«36» src=«ref-2_1660247156-547.coolpic» v:shapes="_x0000_i1658">т.к. трубы находятся в кладке кирпича (в изоляции).
<img width=«228» height=«29» src=«ref-2_1660247703-856.coolpic» v:shapes="_x0000_i1659"> кВт.
7.2.6 Тепло теряемое вследствие химической неполноты сгорания.
<img width=«508» height=«36» src=«ref-2_1660248559-1604.coolpic» v:shapes="_x0000_i1660">
где <img width=«80» height=«24» src=«ref-2_1660250163-191.coolpic» v:shapes="_x0000_i1661">
7.2.7. Тепло уносимая шлаками.
<img width=«463» height=«29» src=«ref-2_1660250354-1416.coolpic» v:shapes="_x0000_i1662">
где <img width=«45» height=«29» src=«ref-2_1660251770-131.coolpic» v:shapes="_x0000_i1663">теплоёмкость окалины, равная <img width=«119» height=«23» src=«ref-2_1660251901-443.coolpic» v:shapes="_x0000_i1664">
<img width=«43» height=«29» src=«ref-2_1660252344-133.coolpic» v:shapes="_x0000_i1665">температура окалины, принимаем равной <img width=«63» height=«27» src=«ref-2_1660252477-358.coolpic» v:shapes="_x0000_i1666">
7.2.8. Неучтённые потери
<img width=«500» height=«32» src=«ref-2_1660252835-1561.coolpic» v:shapes="_x0000_i1667">
=122,307 кВт
Составим и решим уравнение теплового баланса:
<img width=«212» height=«33» src=«ref-2_1660254396-430.coolpic» v:shapes="_x0000_i1668">
<img width=«616» height=«79» src=«ref-2_1660254826-3342.coolpic» v:shapes="_x0000_i1669">
Таблица 5.1.
Приход тепла
кВт
%
Приход тепла
кВт
%
1
Теплота от горения
топлива <img width=«27» height=«29» src=«ref-2_1660258168-122.coolpic» v:shapes="_x0000_i1670">
12195,6
91
1
Теплота технологического продукта <img width=«40» height=«29» src=«ref-2_1660258290-150.coolpic» v:shapes="_x0000_i1671">
6396,78
47,8
2
Теплота вносимая
Подогретым воздухом <img width=«29» height=«40» src=«ref-2_1660258440-153.coolpic» v:shapes="_x0000_i1672">
802,7
5,9
2
Теплота уносимая газами <img width=«36» height=«32» src=«ref-2_1660258593-150.coolpic» v:shapes="_x0000_i1673">
5366,56
40,1
3
Теплота экзотермических
реакций <img width=«41» height=«29» src=«ref-2_1660258743-152.coolpic» v:shapes="_x0000_i1674">
376,6
3,1
3
Потери тепла через кладку <img width=«33» height=«29» src=«ref-2_1660258895-138.coolpic» v:shapes="_x0000_i1675">
575,08
4,3
4
Потери тепла излучением через окна и щели <img width=«41» height=«29» src=«ref-2_1660259033-155.coolpic» v:shapes="_x0000_i1676">
54,25
0,4
5
Потери тепла с охлаждающей жидкостью <img width=«43» height=«29» src=«ref-2_1660259188-154.coolpic» v:shapes="_x0000_i1677">
593,02
4,4
6
Потери тепла с окалиной <img width=«45» height=«29» src=«ref-2_1660259342-163.coolpic» v:shapes="_x0000_i1678">
121,39
0,9
7
Потери тепла вследствие непо-лноты химичес-кой сгорания топлива
143.15
1,1
8
Неучтённые потери
122,3
0,9
13374,9
13371,8
продолжение
--PAGE_BREAK--
Вывод:
1. Погрешность между приходом и расходом составила 0,02%
2. Расход топлива необходимый для нормальной работы печи составил <img width=«99» height=«29» src=«ref-2_1660259505-383.coolpic» v:shapes="_x0000_i1679">
8. Расчёт рекуператора
Для подогрева воздуха используем металлический трубчатый рекуператор, т.к. трубчатые рекуператоры герметичны, их применяют как для подогрева воздуха, так и газа. Рекуператоры изготавливают из углеродистой стали или жаропрочных сталей марок Х5ВФ, Х14, Х17, Х25Т. При этом возможен подогрев газа или воздуха до <img width=«56» height=«27» src=«ref-2_1660259888-320.coolpic» v:shapes="_x0000_i1680"> и использование продуктов сгорания с температурой перед рекуператором до <img width=«63» height=«27» src=«ref-2_1660260208-345.coolpic» v:shapes="_x0000_i1681">. Данные характеристики полностью соответствуют условиям проектирования.
Исходные данные: <img width=«272» height=«75» src=«ref-2_1660260553-1666.coolpic» v:shapes="_x0000_i1682">
Состав дымовых газов: <img width=«284» height=«61» src=«ref-2_1660262219-1379.coolpic» v:shapes="_x0000_i1683">
В металлических петлевых рекуператорах дым движется горизонтально по борову, а газ –перекрёстным током навстречу дыму, т.е. имеет место перекрёстный противоток.
Находим температуру дыма на выходе рекуператора. Зададим температуру дыма на выходе <img width=«91» height=«36» src=«ref-2_1660263598-433.coolpic» v:shapes="_x0000_i1684">. При этой температуре удельная теплоёмкость дымовых газов равна:
<img width=«208» height=«128» src=«ref-2_1660264031-2433.coolpic» v:shapes="_x0000_i1685">
Теплоёмкость дымовых газов на входе в рекуператор при температуре <img width=«91» height=«36» src=«ref-2_1660266464-433.coolpic» v:shapes="_x0000_i1686">, равна соответственно:
<img width=«201» height=«128» src=«ref-2_1660266897-2458.coolpic» v:shapes="_x0000_i1687">
Теплоёмкость воздуха при температуре <img width=«81» height=«36» src=«ref-2_1660269355-380.coolpic» v:shapes="_x0000_i1688">, равна:
<img width=«203» height=«97» src=«ref-2_1660269735-1877.coolpic» v:shapes="_x0000_i1689">
Теплоёмкость воздуха при температуре <img width=«91» height=«36» src=«ref-2_1660271612-399.coolpic» v:shapes="_x0000_i1690">
<img width=«211» height=«97» src=«ref-2_1660272011-1929.coolpic» v:shapes="_x0000_i1691">
Т.к. прямотрубные металлические рекуператоры являются достаточно газоплотными, то для определения истинного значения <img width=«20» height=«36» src=«ref-2_1660273940-122.coolpic» v:shapes="_x0000_i1692"> используем следующее уравнение:
<img width=«531» height=«117» src=«ref-2_1660274062-3228.coolpic» v:shapes="_x0000_i1693">(53)
Среднелогарифмическая разность температур (для противотока) равна:
<img width=«480» height=«93» src=«ref-2_1660277290-2650.coolpic» v:shapes="_x0000_i1694"> (54)
Для определение поправки на перекрёстный ток находим:
<img width=«505» height=«75» src=«ref-2_1660279940-2067.coolpic» v:shapes="_x0000_i1695"> (55)
Тогда с учётом поправки равной <img width=«168» height=«29» src=«ref-2_1660282007-417.coolpic» v:shapes="_x0000_i1696">
<img width=«333» height=«40» src=«ref-2_1660282424-1119.coolpic» v:shapes="_x0000_i1697"> (56)
Для металлических трубных рекуператоров при использовании инжекционных горелок рекомендуется брать следующие скорости движения дыма и воздуха в рекуператоре:
<img width=«204» height=«29» src=«ref-2_1660283543-560.coolpic» v:shapes="_x0000_i1698">
Общее сечение канала для прохождения газа должно быть:
<img width=«255» height=«51» src=«ref-2_1660284103-1016.coolpic» v:shapes="_x0000_i1699"> (57)
Общее сечение каналов для прохождения дыма, равно:
<img width=«256» height=«53» src=«ref-2_1660285119-1045.coolpic» v:shapes="_x0000_i1700"> (58)
Вывод: выбираем секции петлевого рекуператора №1 имеющую поверхность нагрева со стороны дыма <img width=«93» height=«29» src=«ref-2_1660286164-361.coolpic» v:shapes="_x0000_i1701"> и площадь проходных сечений <img width=«209» height=«36» src=«ref-2_1660286525-679.coolpic» v:shapes="_x0000_i1702"> тогда фактические скорости дыма и газа равны соответственно:
<img width=«219» height=«36» src=«ref-2_1660287204-897.coolpic» v:shapes="_x0000_i1703"> (59)
<img width=«215» height=«36» src=«ref-2_1660288101-865.coolpic» v:shapes="_x0000_i1704">
Данная секция имеет следующие характеристики:
Данная секция содержит 42 трубы. По ходу движения располагается <img width=«51» height=«29» src=«ref-2_1660288966-256.coolpic» v:shapes="_x0000_i1705"> труб, с шагом между ними <img width=«96» height=«29» src=«ref-2_1660289222-372.coolpic» v:shapes="_x0000_i1706">, поперёк <img width=«35» height=«29» src=«ref-2_1660289594-147.coolpic» v:shapes="_x0000_i1707">7 труб, с шагом между ними <img width=«96» height=«29» src=«ref-2_1660289741-371.coolpic» v:shapes="_x0000_i1708"> Диаметр труб внутренних рядов <img width=«112» height=«32» src=«ref-2_1660290112-406.coolpic» v:shapes="_x0000_i1709"> с толщиной стенки 4,5 мм. Диаметр труб двух крайних рядов <img width=«120» height=«32» src=«ref-2_1660290518-446.coolpic» v:shapes="_x0000_i1710"> с толщиной стенки 6 мм. Расположение труб в пучке коридорное.
<img width=«531» height=«53» src=«ref-2_1660290964-1836.coolpic» v:shapes="_x0000_i1711">
Находим коэффициент теплоотдачи от дымовых газов к стенке трубы рекуператора, по следующей формуле:
<img width=«139» height=«36» src=«ref-2_1660292800-493.coolpic» v:shapes="_x0000_i1712"> (60)
При средней температуре дыма <img width=«232» height=«36» src=«ref-2_1660293293-972.coolpic» v:shapes="_x0000_i1713">. Действительная скорость движения дыма, равна:
<img width=«369» height=«63» src=«ref-2_1660294265-1594.coolpic» v:shapes="_x0000_i1714"> (61)
При <img width=«109» height=«36» src=«ref-2_1660295859-526.coolpic» v:shapes="_x0000_i1715"> коэффициент кинематической вязкости и теплопроводности дыма соответственно равны: <img width=«164» height=«36» src=«ref-2_1660296385-605.coolpic» v:shapes="_x0000_i1716"> и <img width=«188» height=«39» src=«ref-2_1660296990-695.coolpic» v:shapes="_x0000_i1717">, определяем критерий Рейнольдса по формуле:
<img width=«329» height=«67» src=«ref-2_1660297685-1480.coolpic» v:shapes="_x0000_i1718"> (62)
По номограммам определяем, что при <img width=«127» height=«29» src=«ref-2_1660299165-491.coolpic» v:shapes="_x0000_i1719">, а при <img width=«192» height=«36» src=«ref-2_1660299656-725.coolpic» v:shapes="_x0000_i1720">и <img width=«95» height=«29» src=«ref-2_1660300381-382.coolpic» v:shapes="_x0000_i1721"> в продуктах сгорания, тогда коэффициент теплоотдачи конвекцией от дыма к стенке трубы, определяется по следующей формуле:
<img width=«535» height=«57» src=«ref-2_1660300763-2093.coolpic» v:shapes="_x0000_i1722"> (63)
<img width=«167» height=«31» src=«ref-2_1660302856-643.coolpic» v:shapes="_x0000_i1723">
Определяем коэффициент теплоотдачи излучением от дыма к стенкам труб рекуператора.
<img width=«280» height=«33» src=«ref-2_1660303499-957.coolpic» v:shapes="_x0000_i1724"> (64)
Тогда
<img width=«352» height=«160» src=«ref-2_1660304456-3637.coolpic» v:shapes="_x0000_i1725">
Принимаем температуру стенок рекуператора равной <img width=«103» height=«36» src=«ref-2_1660308093-417.coolpic» v:shapes="_x0000_i1726">, находим степень черноты (поглощательную способность) дымовых газов при температуре стенки, по следующей формуле:
<img width=«489» height=«76» src=«ref-2_1660308510-2268.coolpic» v:shapes="_x0000_i1727"> (65)
<img width=«152» height=«23» src=«ref-2_1660310778-630.coolpic» v:shapes="_x0000_i1728">
Тогда
<img width=«337» height=«77» src=«ref-2_1660311408-1489.coolpic» v:shapes="_x0000_i1729"> (66)
где <img width=«247» height=«52» src=«ref-2_1660312897-878.coolpic» v:shapes="_x0000_i1730">
<img width=«600» height=«67» src=«ref-2_1660313775-2577.coolpic» v:shapes="_x0000_i1731">
Определим коэффициент теплоотдачи излучением от дыма к стенкам рекуператора по формуле:
<img width=«363» height=«57» src=«ref-2_1660316352-1539.coolpic» v:shapes="_x0000_i1732"> (67)
Коэффициент теплоотдачи от дыма к стенкам рекуператора, равен:
<img width=«299» height=«36» src=«ref-2_1660317891-1001.coolpic» v:shapes="_x0000_i1733">
Коэффициент теплоотдачи конвекцией от стенки трубы к газу при действительной скорости движения газа
<img width=«331» height=«63» src=«ref-2_1660318892-1380.coolpic» v:shapes="_x0000_i1734"> (68)
<img width=«169» height=«36» src=«ref-2_1660320272-665.coolpic» v:shapes="_x0000_i1735">
Учитывая шероховатость труб, увеличим полученное значение на 10% и окончательно получим:
<img width=«229» height=«36» src=«ref-2_1660320937-830.coolpic» v:shapes="_x0000_i1736">
Суммарный коэффициент определяется по формуле:
<img width=«351» height=«63» src=«ref-2_1660321767-1553.coolpic» v:shapes="_x0000_i1737"> (69)
Общее количество тепла передаваемое от дыма к газу, равно:
<img width=«479» height=«75» src=«ref-2_1660323320-2006.coolpic» v:shapes="_x0000_i1738"> (70)
Требуемая поверхность нагрева равна:
<img width=«265» height=«49» src=«ref-2_1660325326-1160.coolpic» v:shapes="_x0000_i1739"> (71)
Рис.8.1 Эскиз рекуператора
Вывод:
Исходя из полученной поверхности нагрева, выбранная секция №1 для металлических петлевых трубчатых рекуператоров вполне подходит т.к. обогреваемые поверхности не сильно разняться по своему значению.
продолжение
--PAGE_BREAK--9. Выбор горелок Расход топлива по зонам:
· В методической <img width=«275» height=«55» src=«ref-2_1660326486-1097.coolpic» v:shapes="_x0000_i1740">
· В сварочной зоне <img width=«359» height=«55» src=«ref-2_1660327583-1362.coolpic» v:shapes="_x0000_i1741">
· В томильной зоне <img width=«272» height=«55» src=«ref-2_1660328945-1094.coolpic» v:shapes="_x0000_i1742">
Плотность газа:
<img width=«579» height=«101» src=«ref-2_1660330039-2630.coolpic» v:shapes="_x0000_i1743"><img width=«159» height=«36» src=«ref-2_1660332669-586.coolpic» v:shapes="_x0000_i1744">расход воздуха
<img width=«63» height=«23» src=«ref-2_1660333255-222.coolpic» v:shapes="_x0000_i1745">коэффициент расхода воздуха
Количество горелок по зонам
Длина стен по внешнему диаметру:
<img width=«271» height=«93» src=«ref-2_1660333477-1491.coolpic» v:shapes="_x0000_i1746">
Установим горелки равномерно по всём зонам на расстоянии 1,5 м друг от друга, тогда количество горелок в каждой зоне равно:
· В методической зоне <img width=«288» height=«64» src=«ref-2_1660334968-1349.coolpic» v:shapes="_x0000_i1747"> шт.
· В сварочной зоне
<img width=«432» height=«65» src=«ref-2_1660336317-1866.coolpic» v:shapes="_x0000_i1748">шт.
· В томильной зоне <img width=«295» height=«63» src=«ref-2_1660338183-1368.coolpic» v:shapes="_x0000_i1749"> шт.
Длина стен по внутреннему диаметру равна:
<img width=«261» height=«93» src=«ref-2_1660339551-1414.coolpic» v:shapes="_x0000_i1750">
Установим горелки равномерно по всём зонам на расстоянии 1,5 м друг от друга, тогда количество горелок в каждой зоне равно:
· В методической зоне <img width=«271» height=«64» src=«ref-2_1660340965-1294.coolpic» v:shapes="_x0000_i1751">шт.
· В сварочной зоне <img width=«405» height=«65» src=«ref-2_1660342259-1806.coolpic» v:shapes="_x0000_i1752"> шт.
· В томильной зоне <img width=«276» height=«64» src=«ref-2_1660344065-1336.coolpic» v:shapes="_x0000_i1753">шт.
Итого горелок в каждой зоне:
· В методической зоне <img width=«207» height=«36» src=«ref-2_1660345401-527.coolpic» v:shapes="_x0000_i1754">шт.
· В сварочной зоне <img width=«201» height=«36» src=«ref-2_1660345928-605.coolpic» v:shapes="_x0000_i1755"> шт.
· В томильной зоне <img width=«201» height=«36» src=«ref-2_1660346533-580.coolpic» v:shapes="_x0000_i1756"> шт.
Расход топлива каждой горелкой по зонам:
В методической зоне <img width=«232» height=«52» src=«ref-2_1660347113-950.coolpic» v:shapes="_x0000_i1757"> В сварочной зоне <img width=«239» height=«52» src=«ref-2_1660348063-1041.coolpic» v:shapes="_x0000_i1758"> В томильной зоне <img width=«244» height=«52» src=«ref-2_1660349104-967.coolpic» v:shapes="_x0000_i1759">
Расчётный расход воздуха определяем по формуле:
<img width=«139» height=«60» src=«ref-2_1660350071-631.coolpic» v:shapes="_x0000_i1760"> (72)
где <img width=«36» height=«29» src=«ref-2_1660350702-125.coolpic» v:shapes="_x0000_i1761">температура подогрева воздуха, К.
Пропускная способность горелок по воздуху для каждой зоны:
· В методической зоне <img width=«243» height=«36» src=«ref-2_1660350827-944.coolpic» v:shapes="_x0000_i1762">
· В сварочной зоне <img width=«255» height=«36» src=«ref-2_1660351771-986.coolpic» v:shapes="_x0000_i1763">
· В томильной зоне <img width=«253» height=«36» src=«ref-2_1660352757-945.coolpic» v:shapes="_x0000_i1764">
Тогда В методической зоне <img width=«321» height=«51» src=«ref-2_1660353702-1361.coolpic» v:shapes="_x0000_i1765"> В сварочной зоне <img width=«336» height=«51» src=«ref-2_1660355063-1449.coolpic» v:shapes="_x0000_i1766"> В томильной зоне <img width=«335» height=«51» src=«ref-2_1660356512-1424.coolpic» v:shapes="_x0000_i1767">
Принимаем давление воздуха перед горелкой равным 1 кПа, тогда при коэффициенте расхода воздуха n=1,1, можно по графику принять следующий тип горелок “труба в трубе”, для газов с высокой теплотой сгорания:
· В методической зоне ДВС-60
· В сварочной зоне ДВС-60
· В томильной зоне ДВС-60
продолжение
--PAGE_BREAK--Рис.9.1 Эскиз горелки
Вывод:
Использование горелок типа “труба в трубе”, которые устанавли-ваются параллельно поду свидетельствуют, о том, что печь работает по равномерно распределённому радиационному режиму.
10.Аэродинамический расчёт дымового тракта .
Расчёт дымового тракта включает в себя, нахождение аэродинамического сопротивления системы боровов, включая теплообменник, начиная от выхода из печи до дымовой трубы.
Принимаем следующие допущения (стр.74 [2]):
· Снижение температуры при движении газа по новому дымоходу при средней температуре газов <img width=«145» height=«36» src=«ref-2_1660357936-561.coolpic» v:shapes="_x0000_i1105">, равно <img width=«68» height=«47» src=«ref-2_1660358497-366.coolpic» v:shapes="_x0000_i1106">.
· Снижение температуры при движении газа по новому дымоходу при средней температуре газов <img width=«137» height=«36» src=«ref-2_1660358863-555.coolpic» v:shapes="_x0000_i1107">, равно <img width=«67» height=«47» src=«ref-2_1660359418-363.coolpic» v:shapes="_x0000_i1108">.
10.1. Общие положения
<img width=«299» height=«33» src=«ref-2_1660359781-562.coolpic» v:shapes="_x0000_i1109"> (73)
где <img width=«51» height=«32» src=«ref-2_1660360343-166.coolpic» v:shapes="_x0000_i1110">потери энергии в результате трения;
<img width=«49» height=«29» src=«ref-2_1660360509-152.coolpic» v:shapes="_x0000_i1111">потери энергии на местные сопротивления;
<img width=«65» height=«29» src=«ref-2_1660360661-180.coolpic» v:shapes="_x0000_i1112">потери энергии на преодоление геометрического сопроти-вления;
<img width=«188» height=«29» src=«ref-2_1660360841-479.coolpic» v:shapes="_x0000_i1113"> (74)
где <img width=«35» height=«19» src=«ref-2_1660361320-109.coolpic» v:shapes="_x0000_i1114">расстояние по вертикали или разность уровней канала по по высоте, м;
<img width=«29» height=«20» src=«ref-2_1660361429-108.coolpic» alt="*" v:shapes="_x0000_i1115">ускорение свободного падения, <img width=«51» height=«29» src=«ref-2_1660361537-268.coolpic» v:shapes="_x0000_i1116">
<img width=«67» height=«29» src=«ref-2_1660361805-225.coolpic» v:shapes="_x0000_i1117">фактические плотности воздуха и газа при соответствующих температурах <img width=«49» height=«29» src=«ref-2_1660362030-155.coolpic» v:shapes="_x0000_i1118"> определяемых по формуле:
<img width=«108» height=«49» src=«ref-2_1660362185-517.coolpic» v:shapes="_x0000_i1119"> (75)
где <img width=«37» height=«29» src=«ref-2_1660362702-123.coolpic» v:shapes="_x0000_i1120">плотность при данной температуре, <img width=«53» height=«27» src=«ref-2_1660362825-265.coolpic» v:shapes="_x0000_i1121">;
<img width=«37» height=«29» src=«ref-2_1660363090-209.coolpic» v:shapes="_x0000_i1122">плотность при нормальных условиях <img width=«175» height=«31» src=«ref-2_1660363299-666.coolpic» v:shapes="_x0000_i1123">,
<img width=«59» height=«29» src=«ref-2_1660363965-285.coolpic» v:shapes="_x0000_i1124">
<img width=«80» height=«45» src=«ref-2_1660364250-416.coolpic» v:shapes="_x0000_i1125">коэффициент объёмного расширения, <img width=«49» height=«49» src=«ref-2_1660364666-275.coolpic» v:shapes="_x0000_i1126">
<img width=«24» height=«17» src=«ref-2_1660364941-96.coolpic» v:shapes="_x0000_i1127"> температура, <img width=«27» height=«27» src=«ref-2_1660365037-203.coolpic» v:shapes="_x0000_i1128">.
<img width=«207» height=«61» src=«ref-2_1660365240-950.coolpic» v:shapes="_x0000_i1129"> (76)
где <img width=«52» height=«32» src=«ref-2_1660366190-157.coolpic» v:shapes="_x0000_i1768">коэффициент потери динамического давления определяет условия, в которых движется поток, и зависит от характера движения газа, состояние поверхности, его длины <img width=«19» height=«23» src=«ref-2_1660366347-198.coolpic» v:shapes="_x0000_i1130"> и эквивалентного диаметра <img width=«40» height=«29» src=«ref-2_1660366545-149.coolpic» v:shapes="_x0000_i1131">, определяется по формуле:
<img width=«113» height=«57» src=«ref-2_1660366694-425.coolpic» v:shapes="_x0000_i1769"> (77)
где <img width=«31» height=«20» src=«ref-2_1660367119-187.coolpic» v:shapes="_x0000_i1132">коэффициент трения (для кирпичных каналов можно принять равным <img width=«68» height=«24» src=«ref-2_1660367306-345.coolpic» v:shapes="_x0000_i1770">)
<img width=«55» height=«29» src=«ref-2_1660367651-160.coolpic» v:shapes="_x0000_i1133">эквивалентный гидравлический диаметр канала любого сечения равен отношению учетверённой площади сечения канала (4F) к его периметру Р, т.е.
<img width=«87» height=«45» src=«ref-2_1660367811-325.coolpic» v:shapes="_x0000_i1134"> (78)
Потери давления на местных сопротивлениях рассчитываются по формуле:
<img width=«289» height=«61» src=«ref-2_1660368136-1170.coolpic» v:shapes="_x0000_i1135"> (79)
где <img width=«49» height=«29» src=«ref-2_1660369306-151.coolpic» v:shapes="_x0000_i1136">коэффициент местного сопротивления, определяется геометрией данного участка и фактически не зависит от числа Рейнольдса, так как в случаях расчёта газовоздушных и дымовых систем металлургических печей приходиться иметь дело с турбулентным режимом движения в автомодельной области.
10.2. Распределение температур по аэродинамическому тракту.
Эскиз и размеры аэродинамического тракта приведены ниже на рисунке 8.1.
Температура дыма в начале аэродинамического тракта можно принять <img width=«92» height=«36» src=«ref-2_1660369457-422.coolpic» v:shapes="_x0000_i1137">
Разобьём аэродинамический тракт на участки и определим температуру на каждом участке:
<img width=«575» height=«36» src=«ref-2_1660369879-1811.coolpic» v:shapes="_x0000_i1138">
<img width=«559» height=«36» src=«ref-2_1660371690-1760.coolpic» v:shapes="_x0000_i1139">
<img width=«549» height=«36» src=«ref-2_1660373450-1670.coolpic» v:shapes="_x0000_i1140">
<img width=«565» height=«36» src=«ref-2_1660375120-1754.coolpic» v:shapes="_x0000_i1141">
<img width=«580» height=«36» src=«ref-2_1660376874-1820.coolpic» v:shapes="_x0000_i1142">
<img width=«551» height=«36» src=«ref-2_1660378694-1714.coolpic» v:shapes="_x0000_i1143">
продолжение
--PAGE_BREAK--
еще рефераты
Еще работы по производству
Реферат по производству
Работа компрессорного завода ОАО Казанькомпрессормаш
3 Сентября 2013
Реферат по производству
Спутники Земли
3 Сентября 2013
Реферат по производству
Атомно-абсорбционный анализ
3 Сентября 2013
Реферат по производству
Технологический расчет производства хрусталя
3 Сентября 2013