Расчёт горения топлива

Газ: Коксо-доменный

Таблица1. Состав продуктов сгорания

СН4,%	Н2, %	СО, %	Н2О,%	СО2,%	О2, %	N2, %	Q^pн,кДж сухого	СmНn, %
7,20	15,50	20,80	2,3	9,20	0,2	42,20	7730,55	0,60

Влагосодержание принимаем d_в=0;

Коэффициент расхода воздуха n=1,15;

Теоретически необходимое количество воздуха для полного сгорания газа:

L_o=0,0476·0,5·СО+0,5·Н₂+2·СН₄-O₂]·(1+0,00124·d_в)=0,0476·[0,5·20,8+0,5·15,5+2·7,2-0,2]х(1+0.00124•0)=1,54м³/ м³.

Действительное количество воздуха:

L_д = n L_o

L_д = 1,15·1,54=1,771 м³/ м³

Процентный состав продуктов сгорания:

Плотность продуктов сгорания:

Размеры рабочего пространства печи.

Длина рабочего пространства печи:

L=

Ширина рабочего пространства печи:

B=

Высота рабочего пространства печи в замке свода:

H= 1400 мм =1,4 м (принимается конструктивно).

-высота боковой стенки, принимается 1,2м

м

Расчет теплообмена.

Определяем геометрические параметры излучения. Поверхность кладки:

Излучающая поверхность металла:

где n-количество заготовок в печи;

S- толщина нагреваемого материала, м;

- длина нагреваемого материала, м.

Объем рабочего пространства печи:

Объм металла:

Объем рабочего пространства, заполненного газом:

Эффективная толщина газового слоя:

Степень черноты газа:

где парциальные давленияСО₂ и Н₂О в дымовых газах, Мн/м.

Приведенный коэффициент излучения “газ-кладка-металл”.

Принимаем

Приведеный коефициент излучения при

Таблтца2. Значения в зависимости от температуры газа

900	0,20	3,33
1000	0,18	3,21
1100	0,16	3,07
1200	0,15	2,99
1300	0,14	2,90

Приведенный коефициент излучения:

Угловые коефициентыопределяются:

_Тогда

Расчет нагрева металла.

Состав стали 45Х следующий:

С=0,40-0,50% Mn=0,50-0,80%Cr=0,8-1,1%Si=0,15-0,35%

Для расчетов принимаем такой состав:

С=0,45% Mn=0,7%Cr=1%Si=0,3%

Коефициент теплопроводности стали:

70-10С-16Mn-33,7Si=

коефициент теплопроводности стали при 0

70 - коефициент теплопроводности чистого железа, Вт/м град

Плотность стали:

7880-40С-16Mn-73Si=

Принимаем следующий режим нагрева: первый период – нагрев при постоянной температуре печи (); второй период – выравнивание температур при условии постоянства тнмпературы поверхности(). Нагрев – односторонний.

Первый период нагрева. Допустимая разность температур:

град.

Для стали 45Х:

Тепловое сопротивление нагреваемого металла:

Так как теапературные напряжения должны учитываться при нагреве стали до 500, то определяем:

Где берем из рис.1.

Допустимая температура печи при

Температуру печи в первом периоде нагрева принимаем несколько ниже допустимой: .

Разобьем первый период нагрева на два интервала по температуре поверхности: первый интервал – от до; второй интервал – отдо.

Первый интервал.Начальный тепловой поток:

Где 1,1- коэфициент, учитывающий 10% на теплоотдачу конвекцией, так как температура дымовых газов выше 800.

Тепловой поток в конце первого интервала:

Коэфициент теплоотдачи в начале нагрева:

Коэфициент теплоотдачи в конце первого интервала:

Среднее значение коэфициента теплоотдачи:

Среднее значение коэфициента теплопроводности:

Критерий Био:

Температурный критерий поверхности

Критерий Фурье Fo=4,1. температурный критерий центра Ф_ц1=0,32.

Так как нагрев односторонний, то под температурой центра имеется ввиду температура нижней поверхности заготовки. Температура центра заготовки в конце первого интервала нагрева:

Уточняем значение коэффициента теплопроводности по приближенному значению , а затем соответственно уточняем рассчитанные выше величины:

Критерий Фурье Fo=3,9. Температурный критерий центра Ф_ц1=0,35.

Перепад температур по сечению заготовки в конце первого интервала:

Средняя температура по сечению заготовки:

Расчетная теплоемкость в первом интервале:

Теплосодержание стали 45Х определяем по рис.2:

Среднее значение коэффициента температуропроводности в первом интервале:

Время нагрева в первом интервале:

Температура газа в начале нагрева:

Температура газа в конце первого интервала:

Температура кладки в начале нагрева:

Где температура кладки в конце нагрева; определяется при расчете второго интервала ;

По опытным данным внутренняя поверхность кладки небольших камерных печей остывает за период выгрузки и загрузки материала на 100-150 град.

Второй интервал.

Расчет нагрева во втором интервале производиться так же, как и в первом. При расчете температурных критериев поверхности и центра и, а также расчетной теплоемкости вместо начальной средней температурыв первом интервале нужно брать среднюю температуру металла в конце первого интервала нагрева=671.

Таким образом

Тепловой поток в конце второго интервала:

Результаты расчета во втором интервале

=830=425сек=0,11ч =1065=950

Общее время нагрева в первом периоде:

ч

По данным расчета строим график( рис.1)

Второй период нагрева. Степень выравнивания температур:

Коэффициент выравнивания температур при для пластины .

Среднне значение коэффициента теплопроводности во втором периоде:

Средняя температура в конце второго и третьего интервалов:

Расчетная теплоемкость во втором периоде:

Среднее значение коэффициента температуропроводности:

Продолжительность выравнивания температур:

ч

Продолжительность выдержки при термообработке для завершения структурных превращений по литературным данным принимается равной примерно двойному времени выравнивания:

ч

Окончательно принимаем =1,11ч

Тепловой поток в конце выдержки:

Температура газа в конце выдержки

Температура печи в конце выдержки

Температура кладки в конце выдержки

Общее время нагрева под закалку:

Максимальная разность температур между поверхностью и центром:

Время возникновения максимума:

Емкость печи:

Производительность печи:

Напряженность пода печи: