Тепловой и температурный режим методических печей.

 

Основным процессом, протекающим в рабочем пространстве печи, является теплообмен, связанный с сжиганием топлива и движением газа. По отношению нагреваемому металлу процесс теплообмена в рабочем пространстве печи делится на внешний и внутренний. При внешнем теплообмене тепло передается от продуктов горения топлива и кладки печи к поверхности нагреваемого металла. В методических печах внешний теплообмен осуществляется главным образом путем излучения.

При внутреннем теплообмене тепло распространяется внутри нагреваемого металла. Условия внешнего и внутреннего теплообмена определяются температурным и тепловым режимом печи.

 

Температура в методических печах изменяется по длине печи. Характер изменения температуры по длине печи определяется количеством и назначением зон печи

Первая(по ходу металла) зона изменяющейся по длине температур называется методической зоной.в ней металл во избежание возникновения чрезмерных термических напряжений постепенно подогревается до поступления в зону высоких температур.

Вторая (по ходу металла) зона называется высоких температур или сварочной зоной. Назначение ее быстрый нагрев поверхности заготовки до конечной температуры.

Третья (по ходу металла) томильная зона (зона выдержки) служит для выравнивания температуры по сечению металла.

Температурный режим печей зависит от характера отопления печей, распределения горелок и дымоотводов. Наиболее часто применяют комбинированное расположение горелок: торцовое и боковое или боковое и свободное.

При свободном отоплении заготовки нагреваются достаточно равномерно, поэтому целесообразным является такой метод отопления, когда нижний обогрев оборудования боковым горелкам, а в зонах верхнего обогрева используются свободные горелки. Продукты сгорания топлива отводят на стороне загрузки металла и печи с шагающим подом работают обычно с переменной температурой по длине. Печи с шагающим подом выполняют без нижнего обогрева и с нижним обогревом.

 

 

Основные дефекты нагрева металла и его причины

 

Таблица 1. Основные дефекты нагрева металла и его причины

Дефекты нагрева	Причины
1 Недогрев	Низкие температуры в зонах печи; Недостаточное время пребывания металла печи в печи
2 Неравномерный нагрев: По толщине По длине	Недостаточное время пребывания металла в томильной зоне; Отсутствие изоляции на подовых трубах; Отсутствие изоляции на подовых трубах; Неравномерность температурного поля по ширине томильной зоны печи
3 Перегрев и пережог	Высокие температуры в сварочной и томильной зонах печи (несоблюдение температурного режима во время работы стана или простоев); Длительное пребывание металла в зоне высоких температур
4 Обезуглероживание	Длительное пребывание металла в зоне высоких температур

 

 

Специальная часть.

 

Расчет горения топлива.

 

Расчет горения газообразного топлива представлен в таблице 2.

 

Правильность расчета горения газообразного топлива проверяем составлением материального баланса.

 

Поступило топлива, кг

 

 

 

 

 

 

 

 

Всего поступило топлива 1664,4кг

 

 

Таблица 2. Расчет горения газообразного топлива.	Получено при горении	Дымовые газы	Итого		1086,0	100	1096,3	100
			N2		776,5	72,0	815,3	71,0
			O2		-		10,3	0,93
			H2O	194,0   6,3   3,2   1,0   0,6	205,1	19,0	205,1	19,0
			CO2	97,0   3,6   2,4   0,8   0,5   0,1	104,4	9,6	104,4	9,5
	Участвуют в горении	Воздух	Итого		982,9	100	1031,9	100
			N2		776,5	79	815,2	79
			O2	194,0   6,3   4,0   1,3   0,8	206,4	21	216,7	21
		Топливо	Формула горения	CH4  + 2O2 = CO2 + 2H2O   C2H6 + 3,5O2 = 2CO2 + 3H2O   C3H8 + 5O2 = 3CO2 + 4H2O   C4H10 + 6,5O2 = 4CO2 + 5H2O   C5H12 + 8O2 = 5CO2  + 6H2O
		%		97,0   1,8   0,8   0,2   0,1   0,1	м^3	%	м^3	%
		Состав		CH4   C2H6   C3H8   C4H10   C5H12   CO2	Итого n=1		Итого n=1,05

 

Поступило воздуха, кг

 

 

 

Всего воздуха: 29760 кг

 

Поступило воздуха и топлива: 31424,4 кг

 

Получено при горении, кг

 

                      

 

                      

 

                      

 

                      

 

Итого получено при горении топлива: 31444,1 кг

 

Расчет калориметрической температуры

 

Начальная энтальпия продуктов горения

 

                                     (1)

 

V_п = 10,96 м³/м³ – действительный объем продуктов сгорания

 

L_п = 10,32 м³/м³– действительный расход воздуха

 

i_в = 532, 08 кДж/м³ – энтальпия воздуха при температуре 400

 

Фактическая теплота сгорания:

 

                                                                 (2)

Низшая теплота сгорания топлива определяется по формуле:

 

кДж/м³

По полученному значению начальной энтальпии предполагаем температуру дымовых газов путем подбора. Приложение 2 [2].

 

 

 

−выбираем температуру выше

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Искомая калориметрическая температура определяется по формуле:

 

 

 

Действительная температура сгорания определяется по формуле.

 

                                   (3)

 

где,  – эмпирический пирометрический коэффициент, для проходных печей (методических, с шагающим подом, с шагающими балками) его принимают равным .

 

 

Что обеспечивает необходимую температуру в печи для нагрева заготовки до конечной температуры.

 

Предварительное определение основных размеров печи.

 

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

 

Принимаем высоту печи: в методической зоне – 1300 мм; в сварочной зоне – 2000 мм; в  томильной зоне – 1500 мм.