Расчет времени нагрева заготовки

Расчет проектируемой печи ведется по трехступенчатому температурному графику нагрева. В соответствии с этим печь по длине делится на три тепловые зоны: методическую, сварочную и томильную.

Процесс нагрева разбивается на три периода по температуре поверхности заготовки:

1)

2)

3)

Расчет параметров внешнего теплообмена проводится отдельно для каждой зоны. Основной целью расчета является определение приведенного коэффициента излучения системы С_пр и степени черноты газов в зоне горения и теплообмена

(30)

где С_о = 5,67 Вт/(м² К);

Тк – температура кладки, К;

- степень черноты кладки;

- плотность конвективного теплового потока от факела

на кладку, Вт/м²;

Расчет коэффициента теплового излучения (степени черноты газов) смеси Н₂О и СО₂ проводится по упрощенной методике [4,5].

(31)

где К – коэффициент ослабления лучей в смеси, определяемый

эмпирической формулой.

(32)

где – суммарное парциальное давление водяного

пара и углекислого газа, Мпа;

S_эф – эффективная длина луча, м;

T_r – температура газа, К.

Применяется методика согласно с номограммами и правомерна в следующем диапазоне параметров:

8 10^-8 – 0,16 4 10^-4 – 0,13 0,2 – 2,0 750 – 1950

Для рассматриваемого случая слой газов в зонах горения и теплообмена можно принять плоскопараллельным бесконечной протяженности. Тогда оптическая толщина слоя S_эф определится по формуле

S_эф = 1,8 Н (33)

Толщину зоны горения принимаем в соответствии с рекомендациями [3,6] H’=0,05-0,1 м. Тогда толщина зоны теплообмена H’’, с учетом толщины металла d, определяется как:

H’’=Н_св - H’ - d, (34)

где Н_св – расстояние между подом и сводом печи, м.

При сводовом отоплении высоту рабочего пространства по данным работ [6, 7] можно принять в пределах 1,0-1,4 м.

Температура кладки Т_к определяется по выражению

(35)

где - плотность конвективного теплового потока от продуктов

горения и теплообмена;

(36)

где - степень черноты газов соответственно в зоне горения

и теплообмена;

T_r1, T_r2 – температуры газов соответственно в зоне горения и

теплообмена.

Плотность результирующего потока на металл в начале и в конце для печи со сводовым отоплением определяется при соответствующих температурах кладки T_к, зоны горения Tr1 и зоны теплообмена Tr₂ по формуле, полученной институтом газа АН Украины.

(37)

где - степень черноты поверхности нагреваемого металла.

Первый для слагаемых уравнения (37) определяют количество теплоты, которое передает кладка на металл с учетом теплообмена с газообразной средой, заполняющей зону теплообмена. Газообразные продукты сгорания, имеющие температуру T_r1, излучают на кладку тепловой поток, равный. Часть этого потока кладка отражает и отсылает на металл через объем газов зоны теплообмена, пропускающая способность которых равна (). Таким образом, третье слагаемое выражение определяет количество теплоты, отражаемое кладкой на металл.

Из этого же выражения следует, что основное количество теплоты металл получает от кладки, что соответствует условиям косвенного направленного радиационного режима теплообмена.

(38)

При составлении расчетной схемы нагрева металла необходимо учитывать систему раскладки металла.

Металл большой ширины, например слябы, укладывают в этих печах вплотную, поэтому нагрев металла рассматривают как нагрев неограниченной пластины. В этом случае прогреваемая толщина металла определяется в зависимости от соотношения верхнего q_в и q_н нижнего теплового потока на металл.

(39)

где m - коэффициент несимметричности нагрева.

Заготовки с сечением, близким к квадратному или цилиндрические с диаметром d, укладывают в печах с шагающим подом (балками) с зазором. Коэффициент несимметричности нагрева в этом случае определяется по [7, табл. 2].

Расчет времени нагрева металла в печи с плоскопламен-ными горелками (сводовым отоплением) проводится по формуле

(40)

где S – прогреваемая толщина, м;

С – средняя теплоемкость металла в интервале температур;

t_нач – t_кон, кДж/(кг К);

r - плотность металла, кг/ м³.

t_нач, t_кон - средняя по сечению температура металла соответствен

но в конце и начале зоны;

q – средняя, в пределах зоны, плотность результирующего потока на нагреваемый металл, Вт/ м³.

Средняя температура по сечению заготовки и определяется в зависимости от формы заготовки:

для пластины

для цилиндра

Общее время нагрева металла составит

(41)

По рассчитанному времени нагрева определяются основные размеры печи.

Количество заготовок, одновременно находящихся в печи:

(42)

где Р – производительность печи, кг/с;

d, в, l - соответственно толщина, ширина и длина заготовки;

r - плотность металла, кг/ м³.

Для нагрева n заготовок за время необходима длина печи, равная L.

L=n в +(n-1)a, (43)

где а – зазор между заготовками;

в – ширина заготовки.

Размер зон определяется пропорционально времени нагрева.

(44)

По расчетным данным строится температурный график нагрева металла (рис. 3).

Дата добавления: 2015-10-16