7.6. Пример расчета роликовой печи

Ниже приведен расчет роликовой печи для термической обработки труб.

Исходные данные:

режим термической обработки — нагрев до 950 °С, регулируемое охлаждение с 950 до 650 °С и быстрое охлаждение с 650 до 150 °С (рис. 7.2);

условия термической обработки — светлая, в атмосфере защитного газа, содержащего 95 % N₂ и 5 % H₂;
нагреваемый металл — однорядный пакет труб диаметром d_м = 0,042 м с толщиной стенки δ_м = 0,005 м из стали 30ХИ3А; начальная температура труб =20°С (холодный посад); плотность металла  ρ_M= 7850 кг/м3;
производительность печи Р = 24 т/ч;
топливо — природный газ с теплотой сгорания Q^P_H=35МДж/м³.

Исходя из рекомендаций, приведенных в разд. 5.2, принимаем нагрев металла радиационными трубами, охлаждение с 950 до 800 °С в камере с водоохлаждаемыми кессонами, с 800 до 150°С в камере со струйной обдувкой защитным газом. Принимаем нагрев труб пакетами по B_М= 29 шт. в пакете шириной B_М = n_мd_м = 29*0,042= 1,3 м. Принимаем размеры рабочего пространства печи: ширина

В=1,58 м, высота H =1,5 м.

По результатам механических и прочностных расчетов принимаем диаметр роликов пода  D_p= 0,18 м, шаг S_D = 0,464 м; ролики с водоохлаждаемой цапфой.

Расчет теплообмена и нагрева труб в камере роликовой печи приведен в табл. 7.1, а схема нагрева труб — на рис. 7.3.

Для нагрева принимаем унифицированные тупиковые радиационные трубы диаметром = 0,152 м, расположенные над и под металлом с шагом по длине печи  =0,464 м. Температура радиационных труб =1000°С. Камеру нагрева разбиваем на три расчетных участка с нагревом до 300, 650 и 950°  (см. рис. 7.2).

Для расчета угловых коэффициентов излучения на металл и от металла заменяем пакет труб условной поверхностью 2' (см. рис. 7.3). Расчет ведем по закону излучения; теплоотдачу конвекцией не учитываем, принимая ее в запас расчета.

Расчет охлаждения пакета труб в камере с водоохлаждаемыми кессонами приведен в табл. 7.2. Кессоны располагаем Над и под металлом. Расчет ведем без разбивки на расчетные участки, так как температурный интервал невелик. Поскольку преобладающим видом теплоотдачи является излучение, расчет ведем по закону излучения.

Расчет охлаждения пакета труб в камере струйного охлаждения приведен в табл. 7.3. Принимаем с учетом рекомендаций разд. 5.4 истечение защитного газа из трубок со щелевыми отверстиями шириной b=0,005 м и длиной l=1,5 м. Шаг трубок по длине S = 0,464 м. Расстояние от плоскости истечения до металла h = 0,13 м. Скорость истечения газа из щелей ω=20 м/с. Камеру струйного охлаждения разбиваем на три расчетных участка с охлаждением до 650, 500 и 150 °С.

Рис. 7.2. Изменение температуры металла в роликовой печи

Рнс. 7.3. Схема камеры нагрева роликовой печи:1— радиационные трубы; 2 — нагреваемый металл: 3 — ролик: 4 — кладка камеры

ТАБЛИЦА 7.1. РАСЧЕТ ТЕПЛООБМЕНА И НАГРЕВА ПАКЕТА ТРУБ В КАМЕРЕ НАГРЕВА РОЛИКОВОЙ ПЕЧИ

ТАБЛИЦА 7.2. РАСЧЕТ ОХЛАЖДЕНИЯ ПАКЕТА ТРУБ В КАМЕРЕ С ВОДООХЛАЖДАЕМЫМИ КЕССОНАМИ

ТАБЛИЦА 7.3. РАСЧЕТ ОХЛАЖДЕНИЯ ПАКЕТА ТРУБ В КАМЕРЕ СТРУЙНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ

ТАБЛИЦА 7.4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ РАЗМЕРОВ И ПАРАМЕТРОВ ПЕЧИ

ТАБЛИЦА 7.5.

В табл. 7.4 дан расчет размеров и характеристик роликовой печи, а в табл. 7.5 — расчет расхода топлива на камеру нагрева роликовой печи. Принято, что сжигание природного газа в радиационных трубах происходит с коэффициентом расхода воздуха α_B=1,2 и при подогреве воздуха в рекуператоре трубы до t_B=280°С. Температуру уходящих из трубы продуктов сгорания принимаем равной t_n=800°С, а среднюю температуру внутренней поверхности кладки = 900°С.