Выбор режима нагрева металла

 

Принимаем четырехступенчатый режим нагрева: методическая зона – двухсторонний нагрев в среде с линейновозрастающей температурой при равномерном (холодном посаде) начальном распределении температур;

две сварочные зоны – двухсторонний нагрев в среде с постоянной температурой при параболическом начальном распределении температур; томильная зона – односторонний нагрев в среде с постоянной температурой при  параболическом начальном распределении температур.

Зная марку стали (ст70) выбираем величину конечной температуры нагрева - 1160°С.

Начальная температура печи выбирается из условий безопасного нагрева металла в первом периоде.

Принимаем допустимую разность температуры по сечению: .

Задаем температуры дымовых газов в каждой зоне:

начало печи - 900

1-я сварочная - 1220

2-я сварочная – 1300

нижний подогрев – 1260    

томильная зона - 1200

Рекомендуется принять несколько меньшее значение начальной температуры печи:

                                                                        

Передача тепла нагреваемым заготовкам и кладке рабочего пространства происходит за счет излучения и конвекции.

При расчете внешнего теплообмена можно допустить, что доля конвективного тепла практически равна потерям тепла через кладку. Тогда единственным видом передачи тепла от газов, кладки к металлу является излучение.

Физическая модель внешнего теплообмена в печи: печь является замкнутой системой, состоящей из двух серых поверхностей кладки и металла, между которыми размещен серый газ (продукты горения).

Нагрев слябов разбиваем на 4 расчетных участка: I участок – неотапливаемая (методическая) зона; II участок – 1-я сварочная зона; III участок – 2-я сварочная зона; IV участок – томильная зона.

       

Рис.2. Распределение температур по зонам в рабочем пространстве

Расчет горения топлива

Вид топлива: коксодоменная смесь.

Составы сухого газа

Название	Коксовый газ	Доменный газ
Состав, %

 

Окислитель: воздух (21% О₂; 79% N₂);

Влагосодержание воздуха d _в =10 г/м³;     

Коэффициент расхода воздуха α=1,05;

Влагосодержание топлива:

коксового газа   г/м³,

доменного газа  г/м³.

Температура подогрева воздуха t_в=400°С;

Пирометрический коэффициент η_пир=0,75;

Теплота сгорания смеси   Мдж/м³

3.1.Рассчитаем состав влажного газообразного топлива:

                                                                         (3.1)       

Коксовый газ, %                                 Доменный газ, %      

                               
3.2. Рассчитаем теплоту сгорания  коксового и доменного газа, МДж/м³:

= 0,01(12,640 СО + 10,800 Н₂ + 35,820 СН₄ + 59,100 С₂Н₄ + 63,750 С₂Н₆ + 91,260 С₃Н₈ +

+ 118,700 С₄Н₁₀  + 146,100 С₅Н₁₂ + 23,700 Н₂S)                                                                       (3.2)

 

3.3. Определим долю каждого газа в смеси:

                                                                                                            (3.3)                                                                                                     

                                                                                                                   (3.4)

 - доля коксового газа в смеси;

(1-0,4)=0,6 – доля доменного газа в смеси.

 

3.4. Определим состав смеси, %

                                                                ,                                        (3.5)

где Х_к.г - компонент коксового газа в %;

    Х_д.г - аналогичный компонент доменного газа в %.

 

 

 

 

 

Для проверки пересчитаем теплоту сгорания смеси:

3.5. Определим объёмный теоретический  и действительный  расход сухого воздуха, необходимого для сжигания 1м³ газообразного топлива:

                      (3.6)

                                                  ,                                                         (3.7)

.

 

 

3.6 Рассчитаем действительный расход влажного воздуха:

                                                                                       (3.8)

 

3.7.Рассчитаем выход дымовых газов:

                                                                              (3.9)                                                                            

                                         (3.10)

                    (3.11)

                                                                               (3.12)

                                                                       (3.13)

                                        (3.14)

3.8. Состав дымовых газов, %:

 

                                                                      (3.15)

                                           

 

3.9. Рассчитаем калориметрическую температуру горения

Энтальпия продуктов сгорания:

,                                                                            ( 3.16 )

где   h _в - энтальпия воздуха, кДж/м³

V _д.г -  выход дымовых газов, м³/м³;

Зададим , тогда энтальпия продуктов горения равна

 

Зададим , тогда

Калориметрическая температура горения:

                                                                          (3.17)

 

3.10. Действительная температура горения:

                                                                                               (3.18)

Действительная температура горения больше максимальной температуры в печи, значит она сможет обеспечить необходимую температуру в печи.