5.9. Тепловой баланс

Тепловой баланс зон и камер непрерывной термической печи рассчитывают по методике, изложенной в гл. 15.

Для зон нагрева и выдержки в результате  теплового баланса определяют расход топлива. В зоне выдержки тепло на нагрев металла не расходуется, оно должно только компенсировать потери.

Для зоны охлаждения по результатам теплового баланса определяют расход охлаждающей среды, необходимую охлаждающую поверхность, параметры системы охлаждения. Уравнение теплового баланса для зоны охлаждения приведено в разд. 15.5. Для конкретных камер охлаждения форма этого уравнения зависит от примененного способа охлаждения. В тепловых балансах камер для простоты принимаем, что потери тепла на транспортирующие устройства и излучением через открытые отверстия отсутствуют (Q_tp= Q_изл= 0).

В камерах с тонкой футеровкой охлаждение металла происходит в результате тепловых потерь через кладку. Величину тепловых потерь регулируют выбором материала и толщины футеровки. Для таких камер Q_axл=0, а необходимую величину тепловых потерь, кВт, через кладку определяют из уравнения (15.33):

Q_кл = Q_м-Q_р-Q_атм   (5.12)

Так как размеры камеры регулируемого охлаждения известны и определяются заданной скоростью охлаждения, то необходимый удельный тепловой поток через кладку, кВт/м-:

q_кл=Q_кл/F_кл   (5.13)

где F_кл — теплоотдающая поверхность кладки на участке, м².

Затем предварительно задаются средней температурой внутренней поверти кладки t_кл, °С, по графикам рис. 3.2—3.15 подбирают состав кладки, обеспечивающий необходимые удельные тепловые потери через кладку. Затем принятые данные проверяют но уравнению

 (5.14.)

где t_M- средняя на участке температура металла, °C; C_пр - приведенный коэффициент излучения с учетом конвекции, B_Т/(м²*K⁴), определяется по формулам гл. 13.

В камерах с воздухоохлаждаемыми трубами из теплового баланса камеры определяют количество тепла, необходимое передать воздуху, просасываемому через трубы, кВт:

Q_охл =Q_м-Q_кл-Q_атм-Q_р     (5.15)

Среднюю температуру внутренней поверхности кладки, необходимую для определения Q_кл, задают из такого расчета, чтобы она была близка к температуре поверхности воздухоохлаждаемых труб. В действительности температура кладки будет несколько выше, а тепловые потери через кладку несколько больше, но это принимаем в запас расчета.

Удельный тепловой поток через поверхность воздухоохлаждаемых труб, кВт/м²:

 (5.16.)

где π— число труб в камере; n— число рядов труб; d_тр - наружный диаметр труб, м; В — длина трубы, равная ширине печи, м; S_tp - шаг труб по длине печи, м; L_П— длина участка, м, определяется по заданной скорости охлаждения металла. Обычно S_tp принимают равным 2,5—3.

Необходимая средняя на участке температура поверхности воздухоохлаждаемых труб, °С:

t_тр =100    (5.17)

Необходимую скорость воздуха в трубах определяют подбором так, чтобы были удовлетворены условия теплового баланса трубы:

 С_вω_в F_вΔt_в     (5.18)

и теплопередачи, кВт/м², в трубе:                                   

 (5.19.)

где F_в — проходное сечение для воздуха в трубе; С_в — теплоемкость воздуха, кДж/(м³*К), определяемая по табл. 4.15; ω_B— скорость гэздуха в трубе, м/с; Δ_tв — подогрев воздуха в трубе, °С; t^нач — температура воздуха, входящего в трубу, °С; α_к — коэффициент теплоотдачи конвекцией от стенки трубы к воздуху. Вт/(м²*К), определяемый по формулам раздела  13.2.

Подобрав значение ω_B, определяют расход воздуха через одну трубу, м³/ч:

V_в = 3600ω_BF_B   

и температуру воздуха на выходе из трубы, °С:

  (5.21)

В  камерах с водоохлаждаемыми стенами и водяными кессонами потери тепла через кладку отсутствуют (Q_кл= 0) и количество тепла, кВт, которое должна унести охлаждающая вода, определяют из уравнения (15.33):

Q_охл =Q_м-Q_P-Q_атм  (5.22)

Отсюда количество подаваемой на участке воды, м³/ч, из формулы (15.22).

V= Q_охл/1.16Δt_в,     (5.23)

где Δt_в — повышение температуры воды, которое должно быть ≤10 °С, а для оборотной воды ≤5 °С. Температуру водоохлаждаемой стенки или кессона можно принимать постоянной и равной 30—40 °С.

В камерах струйного охлаждения и охлаждения распылением воды все тепло отбирается от металла охлаждающей средой, поэтому уравнение теплового баланса имеет вид

Q_м=Q_охл. (5.24)

Специального теплового баланса для этих камер не составляют, а уравнение теплового баланса используют для определения параметров охлаждающей среды. То же самое относится и к камерам сушки.

Так, для камеры струйного охлаждения из теплового баланса находят температуру подогрева газа. Это можно сделать по графику на рис. 5.3 в зависимости от средней температуры металла t_M, отношения диаметра отверстий или ширины щелей к их шагу d/S или b/S, шага отверстий или щелей S, скорости истечения w и характера струй. График построен для воздуха; для других охлаждающих сред значения, полученные по графику, следует умножить на поправочный коэффициент k_t, определяемый в зависимости от вида газа и его температуры по графикам на рис. 13.19,8 и 13.20,8 соответственно для отверстий и щелей.