Файл: T 20 С Причем температура в центре и на поверхности заготовки принимается одинаковой. Температура поверхности металла в конце первой методической зоны при обычном нагреве составляет 850 1000 С. Принимаем t 600 С.doc

Трехступенчатый режим нагрева имеет период медленного нагрева, период форсированного нагрева и период выдержки для выравнивания температуры по сечению и длине заготовки. Такой режим применяют для нагрева термически массивных тел, для которых Bi > 0,5.

Граница между телами определяется критерием Био:
Bi≤α(s)/λ,
где α – суммарный коэффициент теплоотдачи конвекцией и тепловым излучением, [Вт/м²*С] ,

_λ – теплопроводность нагреваемого тела, [Вт/м*С]

S – толщина нагреваемого тела, [м]

Т.к данный слиток выполнен из ст 80, то его физико-механические свойства низкоуглеродистой стали представлены ниже:[1]

α =220 Вт/м²*С;

_λ=43 Вт/м*С;

S=0.14 м;

=0,518кДж/( )

Определим критерий Био для данного слитка:



_Bi>0,5

Таким образом, в данной курсовой работе выбор методической нагревательной печи обоснован размером нагреваемых слитков 140х140х12000мм, которые относятся к массивным телам.

После достижения заданной температуры нагрева заготовку в течение определенного времени выдерживают в печи с целью выравнивания температуры по сечению. Этот период нагрева улучшает качество нагреваемого металла.

Температурный режим печи разрабатывается в соответствии с параметрами технологических карт тепловой обработки заготовки в соответствии с рекомендациями литературы.

Температура посада металла задается:

• 
  t = 20 °С;
  

Причем температура в центре и на поверхности заготовки принимается одинаковой.

Температура поверхности металла в конце первой методической зоны при обычном нагреве составляет 850 – 1000 °С.

Принимаем t = 600 °С.

Температура металла в центре на выходе из первой зоны (t ) является расчетной величиной и при построении температурного графика вначале наносится условно.

Температура металла при поступлении его в сварочную зону принимается равной температуре операции прокатки.

---

Принимаем t_опер = t = 1200 °С.

Температуру центра в конце сварочной зоны (t ) наносим на график условно и в дальнейшем производим перерасчет.

Температура металла в центре на выдаче из печи, то есть в конце томильной зоны по истечении времени выдержки принимает значение операции прокатки:

• 
  t = 1200 °С;
  

Температура же металла на поверхности в конце зоны выдержки принимается в соответствии с допустимым перепадом температур по сечению согласно технологическим картам:

t = 1250 °С.

На характер температурного графика значительно влияет температура дымовых газов в зонах. Ее абсолютное значение выбирается таким, чтобы между газами и поверхностью металла во всех сечениях зоны поддерживался определенный температурный напор. Этот напор для нагревательных печей определяется в соответствии с термофизическими свойствами нагреваемого металла и целым рядом факторов технологического характера. Согласно рекомендациям

[3, с.15] он составляет 50 - 500°С, причем для томильной зоны методических нагревательных печей его значение на 50 - 100°С ниже, чем для сварочной.

Температурой дымовых газов на выходе из печи задаемся:

t_г.ух. = 900 °С.


2.1 Расчет горения топлива

Для данной методической печи в виде топлива мы будем использовать природный газ состав которого представлен ниже:

Состав природного газа, %:

Метан СН₄ 97,8;

Этан С₂Н₆ 0,5;

Пропан С₃Н₈ 0,2;

Изобутан С₄Н₁₀ 0,1;

Н.бутан С₅Н₁₂ 0,05;

Азот N₂ 1,3;

Угл . газ СО₂ 0,05;

Итого 100.
Низшую теплоту сгорания топлива находим по формуле 93а [1, стр.84]:

Q^р_н = 358СН₄ + 636С₂Н₆ + 913С₃Н₈ + 1185С₄Н₁₀ + 1465С₅Н₁₂ (1)

Q^р_н = 358 * 97,8 + 636 * 0,5 + 913 * 0,2 + 1185 * 0,1 + 1465 * 0,05 =

= 35704,75 кДж/м³
Расход кислорода на горение по формуле 94а (лит.1, стр.84), м³

Vо₂= 0,01(m + 0,25n)С_mН_n = 0,01(2СН₄ + 3,5С₂Н₆ + 5С₃Н₈ + 6,5С₄Н₁₀ + (2)

+ 8С₅Н₁₂)

Vо₂= 0,01(297,8 + 3,50,5 + 50,2 +6,50,1 +80,05) = 1,994 м³
Теоретический расход воздуха по формуле 95 [1, стр.85], м

---

³

L₀ = (1+k) Vо₂

k =4,76 – отношение объемных содержаний N₂ и О₂ в дутье (для

воздуха)

L₀ =4,76* 1,994 = 9,49 м³
Действительный расход воздуха , м³

L_a = L₀

 - коэффициент избытка воздуха, равен 1,05

L_a =1,059,49 =9,96 м³/м³
Обьемы отдельных составляющих продуктов сгорания по формулам 96а (лит.1, стр.85), м³

Vсо₂ = 0,01(СО₂ + mС_mC_n) = 0,01(CО₂ + СН₄ + 2С₂Н₆ + 3С₃Н₈ + 4С₄Н₁₀ +

+ 5С₅Н₁₂) (3)

Vсо₂ = 0,01(0,05 + 97,8 + 20,5 + 30,2 + 40,1 + 50,05) = 1,0 м³/м³

Vн₂о = 0,01(Н₂О + 0,5nС_mC_n) = 0,01 (2СН₄ + 3С₂Н₆ + 4С₃Н₈ + 5С₄Н₁₀ +

+ 6С₅Н₁₂) (4)

Vн₂о = 0,01(297,8 + 30,5 + 40,2 + 50,1 + 60,05) = 1,99 м³

VN₂ = 0,01 N₂ + kVо₂ (5)

VN₂ = 0,011,3 + 1,053,761,994 = 7,89 м³

Vо₂ = (-1)Vо₂

Vо₂ = 0,051,994 = 0,01 м³
Общее количество продуктов сгорания по формуле [1, стр.85], м³

Vi = Vсо₂ + Vн₂о + VN₂ + Vо₂ (6)

Vi = 1,0 + 1,99 + 7,89 + 0,01 = 10,89 м³
Процентный состав продуктов сгорания:

СО₂ = = 9,18 %; Н₂О = = 18,27 %

N₂ = = 72,45 % О₂ = = 0,09 %
Правильность расчета проверяем составлением материального баланса:

Поступило, кг			Получено, кг
СН4	0,978 * 0,716	0,7002	СО2	1,0 * 1,964	1,964
С2Н6	0,005 * 1,342	0,0067	Н2О	1,99 * 0,804	1,6
С3Н8	0,002 * 1,967	0,0033	N2	7,89 * 1,251	9,87
С4Н10	0,001 * 2,593	0,0026	О2	0,01 * 1,428	0,014
С5Н12	0,0005 * 3,218	0,0016			13,448
N2	0,013 * 1,251	0,0163
СО2	0,0005 * 1,964	0,001
Всего		0,7317
Воздух	9,96 * 1,29	12,8484
Итого		13,5801

---

Расхождение, определяемое погрешностью расчета, составляет 0,1321 кг.
Плотность газа равна _г = 0,7317 кг/м³.

Плотность продуктов сгорания _п.с. = 13,448/10,89 = 1,235 кг/м³.
По формуле 99 (лит.1, стр.85) определяем истинную энтальпию продуктов сгорания

i₀ = , кДж/м³ (7)

с_в = 1,3097 кДж/(м³ К) – удельная теплоемкость воздуха при t_в = 200^оС

(приложение I, лит.1)

i₀ = = 3518,244 кДж/м³
Задаем t^’_к =2200^оС и при этой температуре по формуле 99а находим энтальпию продуктов сгорания, используя приложение II (лит.1):
i₂₂₀₀ =

i₂₂₀₀ = кДж/м³
Поскольку i₂₂₀₀  i₀ принимаем температуру t”_к = 2100^оС и снова находим энтальпию продуктов сгорания
i₂₁₀₀ = кДж/м³
По формуле 98 (лит.1) определяем калориметрическую температуру топлива:

, ^оС

t_к = 2100 + 100 = 2109 ^оС

2.1.1 Расчет времени нагрева металла.
Определяем ориентировочные размеры печи. При однорядном расположении металла, ширина печи. Принимаем высоту свода H=1,1 м

B=l+2(0,2 0,3) м; (10)

B=12+2(0,25)=12,5 м

Действительная температура печи

= =???? ; C (11)

????-пирометрический коэффициент для сжигания газообразного топлива ????=0,75-0,85,принимаем ????=0.825

---

=0,825 =1740 C

-принимаем, что печь проектируемая печь имеет три тепловые зоны: методическую, сварочную, томильную, т.к ранее было подсчитано что наша заготовка является массивным телом и ее начальная температура составляет 20 C, и для более качественного нагрева надо использовать трехступенчатый нагрев.

Методическая зона-зона медленного нагрева металла.

Сварочная зона-зона форсированного нагрева металла.

Томильная зона-зона выравнивания температуры заготовки по ее сечению.

2.2.1 Определяю температуру в методической зоне.

-принимаем в конце методической зоны температура металла равна =600 C, а в конце сварочной зоны =1200 C

Температура газов в зоне теплообменника

- в начале методической зоны ; C (12)

0,5(1740+20)=880 C

- в конце методической зоны (13)

0,5(1740+600)=1170 C

Находим парциальные давления CO и в продуктах сгорания

---