Определение времени нагрева металла в методической зоне

Расчет горения топлива

Таблица 1

Принимаем коэффициент расхода воздуха α = 1,1 и величину химического недожога

Состав влажного газа. При d = 16 г/м³ содержание водяных паров в газе:

При Н₂О = 1,23 % получим, что

Аналогично и для других компонентов топлива. Результаты пересчета приведены в
табл. 1.

Расход кислорода на горение:

.

Теоретический расход воздуха:

.

Действительный расход воздуха:

.

Объемы отдельных составляющих продуктов сгорания, м³/м³ газа:

;

;

;

.

Общее количество продуктов сгорания:

.

Вследствие химического недожога рассчитанный объем продуктов сгорания и их состав будут несколько отличаться от фактического. При относительно небольшой величине недожога этой разностью можно пренебречь.

Состав продуктов сгорания:

Плотность продуктов сгорания:

Теплота сгорания газа:

Химическая энтальпия продуктов сгорания без учета химического недожога:

Энтальпия продуктов сгорания с учётом химического недожога:

где , - физическая теплота подогретых соответственно воздуха и топлива.

принимаем равной нулю.

Расчет физической теплоты, вносимой влажным воздухом, расходуемым на окисление единицы топлива, проводится по формуле.

Данная величина определяется по фактическому расходу , энтальпии при соответствующей температуре его подогрева t_B и влагосодержанию .

= 20·((1-0,0124)·

,

где - доля водяных паров, содержащихся в одном кубическом метре влажного воздуха;

– температура подогрева воздуха, ⁰С. Температуру воздуха принимаем 20°С.

= 0,001244·10 = 0,0124

где – влагосодержание, отнесенное к сухому воздуху, г/м³. Для всех вариантов влажность воздуха принимается 10 г/м³.

Содержание воздуха в продуктах сгорания:

Рассчитать теоретическую температуру горения t_m, в зависимости от сорта топлива, можно по формуле:

Теоретическая температура горения превосходит максимальную температуру газов в металлургических печах на 10¸30%. Поэтому действительная температура может быть получена как произведение t_m и пирометрического коэффициента (η_пир):

Величина пирометрического коэффициента зависит от интенсивности теплоотдачи газов. Для топочного пространства η_пир =0,75¸0,9.

Для рабочего пространства нагревательных печей эта величина ниже и составляет hпир =0,70-0,75.

Тогда и

Время нагрева металла

Температуру уходящих из печи дымовых газов принимаем равной t_ух=1050°С; температуру печи в томильной зоне на 50° выше температуры нагрева металла, т.е. t_к + 50 °С.

Поскольку основным назначением методической зоны является медленный нагрев металла до состояния пластичности, то температура в центре металла при переходе из методической в сварочную зону должна быть порядка 400-500°С.

Разность температур между поверхностью и серединой заготовки для методической зоны печей прокатного производства можно принять равной (700-800)·S, где S- прогреваемая (расчетная) толщина. В рассматриваемом случае двухстороннего нагрева S=0,55·T=0,55·0,1=0,055 м. и, следовательно, ∆t=700·0,055=38,5°С (не считается, а берется из задания), т.е. следует принять температуру поверхности сляба в конце методической зоны равной 500°С.

Определим ориентировочные размеры печи. При однорядном расположении заготовок ширина печи будет равна:

B_печи=L+2α=3,5+2·0,25=4 м.

Здесь α=0,25 м – зазоры между слябами и стенками печи.

В соответствии с рекомендациями [3] высоту печи h, м. принимаем равной: в томильной зоне 1,65 м, в сварочной 2,8 м, в методической 1,6 м.

Находим степени развития кладки (на 1 м длины печи) для:

ω = (2·h+ B_печи)/L;

Методической зоны ω_м = (2·1,6+3,9)/3,5=2,02;

Сварочной зоны ω_св = (2·2,8+3,9)/3,5=2,7;

Томильной зоны ω_т = (2·1,65+3,9)/3,5=2,05.

Определим эффективную длину луча, м:

Методическая зона

Сварочная зона

Томильная зона

Определение времени нагрева металла в методической зоне

Находим степень черноты дымовых газов при средней температуре

.

.

Парциальное давление CO₂ и H₂O равно:

По приложениям 1-3 по средней температуре , °С для методической зоны:

.

Тогда

Приведенная степень черноты рассматриваемой системы равна:

Степень черноты металла принята равной

Средний по длине методической зоны коэффициент теплоотдачи излучением определяем по формуле:

Где

Определяем температурный критерий θ и критерий Bi:

Где – теплопроводность нагреваемого материала, Вт/м·К

Для углеродистой стали при средней по массе температуре металла

Определяем по приложению 4 коэффициент теплопроводности λ, и коэффициент температуропроводности а,

11,39· (при поиске коэффициента температуропроводности из таблиц значения «а» следует уменьшить в 10⁶ раз соответственно.

Определяем критерий Фурье по номограмме Будрина для поверхности по приложению 5:

Находим из критерия Фурье время нагрева металла в методической зоне

Где а – коэффициент температуропроводности

Находим температуру центра сляба в конце методической зоны. Согласно номограмме (приложение 6) для центра пластины при Fo = и Bi = температурный критерий

Теперь легко найти температуру центра сляба

·(1175-20) = 320 °С