3.6. Пример расчета печи с шагающим подом

В печах с шагающим подом двухстадийного нагрева с целью уменьшения окисления и обезуглероживания металла поддерживают такой температурный режим, при котором поверхность нагреваемого металла минимальное время находится при высоких температурах. С этой целью металл греют медленно (с минимальным перепадом температур по сечению) до температуры начала интенсивного окисления и обезуглероживания (~900°С), а затем его быстро доводят до заданной конечной температуры и заданного конечного перепада температур по сечению. Конструктивно течь двухстадийного нагрева (рис. 3.4) состоит из двух зон — подогревательной и нагревательной, имеющих самостоятельное отопление, регулирование и удаление продуктов сгорания. В печах с шагающим подом выполняют разделение балок в подогревательной и нагревательной зонах, что позволяет увеличивать шаг раскладки в нагревательной зоне и обеспечивать более высокую скорость нагрева и перемещения заготовки в этой зоне.

Исходные данные:
назначение печи — нагрев заготовок перед прокаткой на мелкосортном стане;
размеры нагреваемых заготовок, м: толщина S=0,15; ширинаb=0,15; длина l=9,0;
качество металла — высоколегированная сталь;
начальная температура металла 20°° (холодный посад);
конечная температура поверхности металла 1240°С;
допустимый конечный перепад температур по сечению металла 50°С;
нагрев — с ограничениями: температура поверхности металла на выходе из подогревательной зоны не должна превышать 900°С, а перепад температур по сечению металла 100°С;
производительность печи 75 т/ч;
топливо — природный газ с теплотой сгорания Q^P_H=35,0 МДж/м3;
температура подогрева воздуха t_B=400°С.

Принимаем для нагрева заготовок однорядную печь с шагающим подом с торцевой посадкой и выдачей. Отопление печи — сводовое.
Шаг раскладки заготовок в подогревательной зоне t_П=0,2 м, в нагревательной t_Н=0,4 м.

Вертикальный ход балок h=0,2 м. . Принимаем в подогревательной зоне три расчетных участка нагрева с постоянной температурой продуктов сгорания (рис. 3.5): участок I — 900°С, участок II — 950°С, участок III —1000°С, а в нагревательной зоне один расчетный участок IV с постоянной температурой продуктов сгорания 1280°С.

Учитывая более медленный нагрев металла в печи двухстадийного нагрева и особенности нагрева высоколегированных сталей принимаем удельное время нагрева τ=12 мин/см. По формуле (1.1) общая продолжительность нагрева τ= 12*0,15/0,6=3 ч.

Принимаем соотношение длин подогревательной и нагревательной зон 1:1. Так как производительность зон одинакова, а раскладка металла в нагревательной зоне вдвое реже, т. е. садка зоны вдвое меньше, то отсюда следует, что и продолжительность нагрева в нагревательной зоне вдвое меньше. Следовательно, продолжительность подогрева τ_П=2 ч, а продолжительность нагрева τ_H=1 ч.

Принимаем относительные длины расчетных участков подогревательной зоны: участок I 37,5 %; участок II 35 %; участок III 27,5 %.

Продолжительность нагрева на расчетных участках составляет:

участок I: τ_I=2-37,5/100=0,75 ч;
участок II: τ_II=2-35/100=0,7 ч;
участок III: τ_III=2-27,5/I00=0,55 ч;
участок IV (нагревательная зона): τ_IV=1 ч.

Расчет теплообмена излучением в рабочем пространстве печи приведен в табл. 3.3, а расчет нагрева металла — в табл. 3.4.

В таблице 3.5 дано определение основных размеров печи.

Статьи прихода тепла представлены в табл. 3.6, а расчет расхода тепла на нагрев металла сведен в табл. 3.7.

Расчет потерь тепла с уходящими продуктами сгорания дан в табл. 3.8, потерь тепла через кладку —в табл. 3.9, а потерь тепла излучением через окна печи — в табл. 3.10.

Расчет потерь тепла с водой, охлаждающей балки свода, неучтенных потерь и решение уравнений теплового баланса для подогревательной и нагревательной зоны приведены в табл. 3.11.

В этой же таблице рассчитана тепловая мощность печи, указываемая в ее технической характеристике, и удельный расход тепла на печь. В данном случае тепловая мощность печи равна потреблению тепла печью.

Распределение температур в печи двухстадийного нагрева

Рис. 3.5. Распределение температур в печи двухстадийного нагрева:
1 — температура продуктов сгорания: 2, 3, 4 и 5 — температуры соответственно в точках a, b, с и d (см. рис. 3.2)

Окончательный тепловой баланс подогревательной зоны приведен в табл. 3.12, а нагревательной зоны в табл. 3.13.

В табл. 3.14 приведены статьи прихода и расхода, а также решения уравнений теплового баланса для расчетных участков подогревательной зоны. В соответствии с полученными тепловыми мощностями участков нагрева необходимо распределить горелочные устройства вдоль зоны.

ТАБЛИЦА 3.3. РАСЧЕТ ТЕПЛООБМЕНА ИЗЛУЧЕНИЕМ В РАБОЧЕМ ПРОСТРАНСТВЕ ПЕЧИ

РАСЧЕТ ТЕПЛООБМЕНА ИЗЛУЧЕНИЕМ В РАБОЧЕМ ПРОСТРАНСТВЕ ПЕЧИ