Файл: Золотухин Н.М. Нагрев и охлаждение металла.pdf

дуктами сгорания топлива, кладкой печи и нагреваемым

метал­

лом.

Внутренняя поверхность кладки получает теплоту от продук - '

тов сгорания,

часть ее

о т р а ж а е т на

металл, часть —

обратно

в рабочее пространство печи, часть передает

теплопроводностью

через кладку печи и с ее поверхности в о к р у ж а ю щ и й

воздух

путем конвекции и излучения.

Теплота, о т р а ж а ю щ а я с я и излучающаяся

внутренней

поверх­

ностью кладки,

частично

поглощается

нагреваемым металлом,

счет излучения продуктов сгорания и кладки,

а т а к ж е

конвек­

ции от продуктов горения.

Строгое

аналитическое

решение

задачи

о теплообмене

в пе­

чи очень сложно. Поэтому принимается ряд

упрощающих

допу­

щений. Например, по В. Н. Тимофееву и

И.

М.

Р а ф а л о в п ч у

(см., например, [67]) эти допущения следующие:

температура газа (продуктов горения) одинакова во всем

рабочем пространстве печи и постоянна во времени;

температура поверхности металла и внутренней

поверхности

кладки печи везде одинакова и постоянна;

плотность лучистых потоков, отраженных от кладки и ме­

талла, равномерна по всей поверхности;

поглотительная способность газов по отношению к собствен­

ному и отраженному излучению одинакова

по

всем

направле ­

ниям;

численные значения степени черноты газа относятся к его

температуре, а не к температуре металла или кладки .

При этих допущениях количество теплоты в ккал/ч, полу­

чаемое поверхностью

нагреваемого

металла

за

счет

излучения

и конвекции,

f (^ У -

У1 ^ Ф . л + а к

Q =

с п р

(і±

(tr -

Q

Рэф.

к .

(55)

оо J

V loo

где

с п р

— приведенный

коэффициент

излучения

между

продуктами

горения, внутренней поверхностью

кладки

и поверхностью

металла,

к к а л / ( м 2 Х

Х ч - К 4 ) ;

Тг

и tr — температура

продуктов горения, К

или

°С;

Тм

и tM

— т е м п е р а т у р а

поверхности

нагреваемого

метал ­

ла,

К или °С;

•^ЭФ. л м ^ОФ. к — эффективная

лучевосприиимающая

поверх­

ность металла и поверхность действия кон­

вективной передачи, м2 ;

а,с -

коэффициент

теплоотдачи

конвекцией от

про­

дуктов горения к металлу,

к к а л / ( м 2

• ч • °С) .

Приведенный

коэффициент

излучения

в

к к а л / ( ы 2

• ч • К'1 )

с„р =

W „

—

Ф О - ^ +

і

_

( 5 6 )

ф (1 — Єг ) (єг

+ 8М — 8 Г Є М ) -|- Є г

где

оо — постоянная

излучения

абсолютно черного тела,

рав­

ная

4,88 • Ю - 8 к к а л / ( м 2 • ч • К 4 ) ;

ег

и е м —• степень черноты продуктов

горения и нагреваемого

металла;

є г ~ ефак ~Ь е С02 +Н,0.

где

є,|,аі; — степень

черноты излучения

сажистого углерода в

факеле;

есог +н.о — степень

черноты суммарного излучения трех­

атомных

газов С 0 2 , Н 2 0 ,

S 0 2 (излучение SOo

и

С 0 2 принимают

о д и н а к о в ы м ) ;

ессх+н-о = єсо. +

Рєн.о — Аєг .

Степень черноты

трехатомных

газов находят

по г р а ф и к а м

в зависимости

от

парциального

давления и

приведенной

ков (см., например, [49]) и зависит от

параметра

- п о д з

(ft —

высота

рабочего пространства печи) .

h-

Численное

значение

єфЯІ, и

єг находится экспериментальным

путем

(см.,

например,

[ 6 7 ] ) .

Степень

черноты

нагреваемого

тературе (см., например,

[ 4 9 ] ) .

Угловой

коэффициент

ф —

щ

при у к л а д к е

нагреваемого

металла по всей площади

пода

(РЭф — эффективная

лучевоспри-

нимающая

поверхность металла,

F C T — поверхность стен и сво-

да печи). Если

ж е

нагреваемые

заготовки

уложены

на подине

печи

с зазором,

то

при

этом

=

п(Ь

+

d) I,

г д е

k

— коэффициент,

зависящий

от

отношения

~сі

и про ­

фпля поперечного сечения заготовок и составляю ­

щий 0,51 — 1,0

[ 4 9 ] ;

Л. ,,т — площадь,

з а н и м а е м а я

заготовками,

включая

з а з о ­

ры между ними, м 2 ;

число

заготовок,

л е ж а щ и х

на

поду

печи;

ширина зазоров между заготовками, м;

диаметр или ширина заготовки, ы;

длина

заготовки,

м.

^7

£„=0,Sf

3.0

/л

ИГ//

1

й

ш

< / >

1,0

\ж\ W

Ж

/ <

о,г

OA-

0,6

0,3

Рис. 4. График для определения приведенного коэффициента

излучения

сП р

для двух

коэффициентов

поглощения

по­

верхности

нагреваемого

металла

є м = 0,85

и е,Л1

= 0,6

[49]

При нагреве

стальных

( е м

= 0,85)

и

медных

( є м

= 0,6)

з а г о ­

товок вместо

расчетов

с п р

по

формуле

(56)

пользуются

графи­

ком,

рассчитанным

по

этой

формуле

(рис.

4)

[49] .

Формула (56) справедлива при заполнении всего рабочего'

пространства

продуктами

горения.

Обычно,

особенно в

камер ­

только центральную часть

рабочей камеры. Остальное про­

странство

печи

заполняется подстывшим газом.

Поэтому

И. М. Р а

ф а л о в и ч

вводит в

формулу (56) поправку

в виде со-

множителя

|я = 0,74-0,9,

учитывающую степень заполнения

рас­

каленными

продуктами

горения

рабочего

пространства

печи

[67].

Коэффициент теплоотдачи конвекцией a,,-, входящий в фор­

мулу

(55), можно определить по формулам, приведенным

выше.

Д л я

предварительных

расчетов

значения

а,,- при вынужденном

количество теплоты, полученное

металлом,

Т1

\ і

Г

Т

\ 4

Q = ССу:

г \

/

• к \

F эф. л>

loo )

\

loo

где

с с у м = (1,05+1,10) с п р .

Таблица

1

Коэффициент теплоотдачи конвекцией ак на поверхность

металла

(вынужденное

движение газов),

ккал/(м2 ч-°С)

а к

при скорости

газов w в м/с

Поверхность металла

<

5

>

5

4,8 +

3,4 w

6,12

Ш ° ' 7 8

5,0 +

3,4 ш

6,14

w°'7S

Необработанная

(полученная

литьем) . . . .

5,3 +

3,6 w

6,47

и , 0 ' 7 8

Формула

(55)

дл я

расчета

теплоты,

полученной

металлом,

выведена из условия постоянства температуры продуктов

горе­

ния Тг и металла

Г м . В

действительности

ж е температура

печ­

ных

газов

изменяется

от теоретической

температуры горения

Тг до температуры

отходящих

газов 7"о т х ,

а температура

метал­

л а — о т начальной

7"„. 0

до

конечной

Ты,к.

Поэтому

при

расче­

При расчете температуры нагрева металла в камерных

печах

усредненные температуры

газа

Тг = У '0,88Г Г Г О Т Х

,

(57)

( l r _ Y = Q

7 7 4

(

j ± \

V

l ^ )

\

(58)

V 100 )

v>"'*

\

юо У

V

100

J

к '

*п = Ч>('к.п—*оп) + 'оп.

( 5 9 >