12.6. Примеры расчетов колпаковой печи

Пример 1. Рассчитать время нагрева рулона стальной ленты в колпаковой печи под муфелем с принудительной циркуляцией защитного газа.

Исходные данные:
наружный диаметр рулона D_p = 2,2 м ( R_D=1,1 м);
внутренний диаметр d_p=0,6 м ( D=0,3 м);
высота рулона h_p= l м;
число рулонов в стопе n_D — 4;
коэффициент заполнения рулона η= 0,97;
вид материала — малоуглеродистая сталь;
теплоемкость металла C_M=0,67 кДж/(кг*К);
плотность металла ρ_M=7850 кг/м3;
коэффициент теплопроводности металла λ_M=λ_z= 41 ВТ/(М²*К);
эквивалентный коэффициент теплопроводности в радиальном направлении (см. рис. 13.21) λ_r=7 ВТ/(М²*К);
конечная температура рулона 720°С;
допустимый перепад температур в рулоне Δ_t=50°C ;
полная высота конвекторных колец h=0,05 м;
через конвекторные кольца нижнего рулона проходит до 30 % от общего расхода газа, равного V_Г = 12500 м³/ч; начальная температура рулонов =60°С; высота муфеля H_M=4,19 м.

ТАБЛИЦА 12.1. РАСЧЕТ ТЕПЛООБМЕНА В ПЕЧИ И ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ РАСЧЕТА НАГРЕВА РУЛОНОВ

ТАБЛИЦА 12.2. РАСЧЕТ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУР В РУЛОНЕ ПРИ НАГРЕВЕ

ТАБЛИЦА 12.3. РАСЧЕТ ТЕПЛООБМЕНА В ПЕЧИ И ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ РАСЧЕТА ОХЛАЖДЕНИЯ РУЛОНА ПОД МУФЕЛЕМ

В табл. 12.1 приведены расчет теплообмена в колпаковой печи и исходные данные для расчета нагрева рулонов. Относительную температуру в случае равномерного начального распределения температур и постоянной температуры окружающей среды ( t_C=const) определяют по формуле (13.54) в табл. 13.5:

= (—t)/( ) . Отсюда t= — ? ( ) =730- (730—60) = 730—670 ?, где ?= .

В табл. 12.2 приведен расчет температур на наружной боковой поверхности рулона (максимальная температура) и в экстремальной точке (минимальная температура) в различные моменты времени. Согласно заданным параметрам нагрева можно принять продолжительность нагрева τ=50 ч.

Пример 2. Рассчитать время охлаждения рулона стальной ленты в колпаковой печи под муфелем при естественном охлаждении муфеля на воздухе. Охлаждение начинается через 50 ч нагрева (пример 1). Температура окружающей среды t_C= 20°С. Все остальные исходные данные совпадают с данными примера 1.

В табл. 12.3 приведен расчет теплообмена в колпаковой печи и исходные данные для расчета охлаждения рулонов под муфелем. Относительную температуру металла в случае начального параболического распределения температур и постоянной температуры окружающей среды ( t_C= const) определяют по формуле (13.56) табл. 13.5:

ТАБЛИЦА 12.4. РАСЧЕТ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУР В РУЛОНЕ ПРИ ОХЛАЖДЕНИИ ПОД МУФЕЛЕМ*