Воздуха: О2 = 209,88*32 / 22,4 = 299,829

      N2 = 789,15*28 / 22,4 = 986,438

1286,267

∑прих = 75,778 + 1286,267 = 1362,045кг

∑расх = 1362,043кг

3 Расчет нагрева металла

3.1 Расчет нагрева металла в I интервале

Температура металла

            tмн + tмIк

tмI =                     ,С   где tмIк – примите 600 С.

                      2

    tмн – температура металла начальная, С

tмIк – температура металла конечная, С

             20 + 600

tмI =                      = 310 С

                   2

Температура газа

              tгIн + tгIк

tгI =             2         , С где tгIк – примите 1150 С.

tгIн – температура газа начальная, С

tгIк – температура газа конечная, С

            800 + 1150

  tгI =                        = 975 С

                         2

Температура кладки

               tмI + tгI

tклI =                          ,С

                        2

              310 + 975

tклI =                         = 642,5 С

                        2

Парциальное давление излучающих компонентов продуктов сгорания

                     Vсо2

Рсо2 = Рат            , кПа,

                         Vсм

где Рат = 98,1 кПа;

    Vсо2 – процентное содержание СО2 в продуктах сгорания топлива, %;

Vсм = 100%.

                     8,97

Рсо2 = 98,1               = 8,8 кПа

                       100

                       Vн2о

Рн2о = Рат                 , кПа,

                             Vсм

где Vн2о – процентное содержание Н2О в продуктах сгорания, %.

                         17,70

    Рн2о = 98,1                      = 17,4 кПа

                              100

Эффективная длина луча

                   V           ВНL - hbl

Sэф = 3,6          =                       , м,

                       F            Fк + Fм

где В – ширина рабочего пространства печи, м

                 (В = b + 2а, где а = 0,5м);   В = 0,7 + 2*0,5 = 1,7м

Н – высота рабочего пространства (примите Н = 1,8м);

L - длина рабочего пространства, м (L = l + 0,5);   L = 2,4 + 0,5 = 2,9м

Fк – площадь внутренней поверхности рабочего пространства печи (за вычетом площади занятой металлом), м2  

           (Fк = 2ВН + 2НL + 2ВL – bl);                                                                                  Fк = 2*1,7*1,8 + 2*1,8*2,9 +2*1,7*2,9 – 0,7*2,4 = 24,74м2

Fм – площадь тепловоспринимающей поверхности металла, м2

              ( Fм = 2bh + 2hl + bl).  Fм = 2*0,7*0,8 = 2*0,8*2,4 + 0,7*2,4 = 6,64м2

                 1,7*1,8*2,9 – 0,8*0,7*2,4

Sэф = 3,6                                               = 0,864м

                               24,74 + 6,64

  Определим произведение

Рсо2 * Sэф, кПа*м;         8,8*0,864 = 7,6

Рн2о * Sэф,кПа*м;         17,4*0,864 = 15

Выполним номограммы

εсо2 = 0,09, где εсо2 – степень черноты углекислого газа, содержащегося в продуктах сгорания;

ε,н2о = 0,13, где εн2о – степень черноты водяных паров;

β = 1,12, где β – поправочный коэффициент.

   Степень черноты газа

    ε,г = εсо2 + β*ε,н2о

ε,г = 0,09 + 1,12*0,13 = 0,24

Для природного газа

εгI = 1,5*ε,г;

εгI = 1,5*0,24 = 0,36

Для мазута

εг = 2,5*εг;

εг = 2,5* 0,24 = 0,6

Степень развития кладки

        Fк        

ω =           .

             Fм

        24,74

ω =                  = 3,73

              6,64

   Номограмма для определения εсо2

εсо2

0,09

                    975                           t, C

Рисунок 2 Номограмма для определения εсо2

Номограмма для определения ε,н2о

ε,н2о

0,13

                                                                               t, С

                    975

Рисунок 3 Номограмма для определения εн2о

Номограмма для определения β

    β

1,12

                                                                Рн2о, кПа

      Рисунок 4 Номограмма для определения β                                                             

Определим значение комплексов, принимая εм = 0,8; εк = 0,6.

                                                                 1                                                              1

М = 1 – (1 – εг) * ( 1 – εк) * (1 -      ω  ) – (1 – εг)2* (1 – εм) * (1 – εк)*        ;

                                                                                                   ω

                                                       1                                                          1

М = 1 – (1 – 0,6)*(1 – 0,6)*(1 -            ) – (1 – 0,6)2*(1 – 0,8)*(1- 0,6)*              = 0,6

                                                            3,73                                                         3,73

                                                                   1

             εг*εм [ 1 + (1 – εг)*(1 – εк)*   ω]

 А =                            М                                  

                                                                   1

        0,6*0,8 [1 + (1 – 0,6)*(1 – 0,6)*3,73]

А =                          0,6                           = 0,76

             εм*εк(1 – εг)

В =             М                      

           0,8*0,6(1 – 0,6)

В =                                       = 0,3

                        0,6

Удельный тепловой поток результирующего излучения

qмIрез = С0*А [(  tгI + 273)4 – (   tмI + 273)4 ] + С0*В [( tкI + 273   )4 – ( tмI + 273)4]              

                                   100                      100                                  100             100

   Вт/м2, где С0 – коэффициент лучеиспускания абсолютно черного тела, = 5,7 Вт/м2*К4.

qмIрез = 5,7*0,76[( 975 +273   )4 – (310 + 273       )4] + 5,7*0,3 [( 642,5 + 273)4 –

                                      100                     100                                       100                     

310 + 273

     (                      )4] = 110072,5 Вт/м2

             100

Коэффициент теплоотдачи излучением

                   qмIрез

    £Iизл =                        , Вт/м2*К

                    tгI - tмI

           110072,5

£Iизл =                         = 165,5 Вт/м2*К

                 975 - 310

Суммарный коэффициент теплоотдачи

£∑1 = £кон + £Iизл, Вт/м2*К , где £кон – коэффициент теплоотдачи конвекцией = 15 Вт/м2*К.

£∑1 = 15 + 165,5 = 180,5 Вт/м2*К

Заготовку прямоугольного сечения с     b    ≤1,8 можно представить в виде

h

     эквивалентного цилиндра с диаметром

dэ = 1,128*√h*b, м.      dэ = 1,128*√0,8*0,7 = 0,9 м.

      Критерий Био

           £∑I*S

ВiI =

                   λ

    £ - коэффициент теплоотдачи

S – прогреваемая толщина изделия

    λ– коэффициент теплопроводности

           180,5*0,35

ВiI =                       = 1,3

                       48,6

Температурный критерий

               tгI - tпов

QповI =    tгI - tмн

    tпов – температура поверхности

                         975 - 600

     QповI =                         = 0,4

                         975 - 20

   Время нагрева металла в I интервале

     τI = F0I     S2         , С

                     а

    где F0I – критерий Фурье в I интервале

а – коэффициент температуропроводности стали

               0,12

τI = 0,8    0,000001 = 9600 : 3600 = 2часа

Температура в центре заготовки в конце I интервала периода нагрева

tцентI = tгI - QцентI *( tгI - tмн), С

QцентI – температурный критерий в центре заготовки в конце I интервала

tцентI = 975 – 0,68*(975 – 20) = 325,6 С

Средняя по сечению температура заготовки в конце I интервала периода нагрева

          tмIк + tцентI                               600 + 325,6

tI-II =         2           , С         tI-II =                        = 462,8 С

                                                                                2

3.2 Расчет нагрева металла во II интервале

Температура поверхности металла изменяется от tмIIн, С = 600 С, до tмIIк, С = 1000 С.

Температура газа изменяется от tгIIн , С = 1150 С, до tгIIк, С = 1300 С.

Средние за интервал температуры:

          tнмII + tкмII                                             600 +  1000

tмII =             2           , С                 tмII =               2                 = 800 C

                    tнгII + tкгII                                                   1150 + 1300

tгII =             2                , С             tгII =               2                = 1225 С

                  tмII + tгII                                                          800 + 1225

tкII =            2              , С                 tкII =                2                 = 1013 С

Средняя во II интервале плотность потока результирующего излучения металла

qмIIрез = С0*А [(  tгII + 273)4 – (   tмII + 273)4 ] + С0*В [( tкII + 273   )4 – ( tмII + 273)4]                          

                                   100                      100                                  100             100

                                      1125 + 273           800 + 273                              1013 + 273

qмIIрез = 5,7*0,76 [(                       )4 – (                       )4] + 5,7*0,3 [(                      )4 –

                                          100                       100                                           100

     800 + 273

(                       )4] = 132097,9 Вт/м2

          100

Средний за II интервал коэффициент теплоотдачи излучением

                   qмIIрез                                                                132097,9

    £IIизл =                       , Вт/м2*К        £IIизл =                            = 310,8 Вт/м2*К

                    tгII – tмII                                                         1225 - 800

Примим коэффициент теплоотдачи конвекцией £конвII  = 15 Вт/м2*К

Суммарный коэффициент теплоотдачи

£∑1I = £IIконв + £IIизл, Вт/м2*К ,           £∑1I = 15 + 310,8 = 325,8 Вт/м2*К

 Критерий Био

           £∑II*S         325,8 * 0,35

ВiII =                =              30,2       = 3,8

                   λ

Температурный критерий

               tгII - tкмII                           1225 - 1000

QповII =    tгII – tI-II            =                                      = 0,3

1225 – 462,8

Продолжительность II интервала периода нагрева

                                                             0,4*0,12

     τII = F0II    S2     , С                  τII =                            = 18182 С, 18182 : 3600 = 5часов

                        а                                   0,0000055

Температура в центре заготовки в конце II интервала периода нагрева

 tцентII = tгII - QцентII *( tгII – tI-II), С    tцентII = 1225 – 0,6*(1225 – 462,8) = 767,7 С

Средняя по сечению температура заготовки в конце II интервала периода нагрева

           tкмII + tцентII                                              1000 + 767,7

tII -III =                          , С              tII -III =                2               = 884 C

                       2

             III интервал

Температура поверхности металла изменяется от tнмIII, С = 1000, до tкмIII, С = 1250

Температура газа изменяется от tнгIII, С = 1300, до tкгIII, С = 1400.

Средние за интервал температуры:

            tнмIII + tкмIII                                       1000 + 1250

tмIII =                2         , С                tмIII =                       = 1125 С

                                                                           2

             tнгIII + tкгIII                                          

tгIII =                         , С                                   1300 + 1300

                        2                                    tгIII =                         = 1300 С

                                                                                  2

  tмIII + tгIII                                                         1125 + 1300

tкIII =                         , С                   tкIII =                 2                   = 1213 C

                     2

      Средняя в III интервале плотность потока результирующего излучения металла

Страницы: 1, 2, 3