Мегаобучалка Главная | О нас | Обратная связь

Время нагрева металла в сварочной зоне




Исходные данные

 

Температурный режим печи разрабатывается в соответствии с параметрами технологических карт тепловой обработки заготовки в соответствии с рекомендациями литературы.

Вид заготовок – круглая заготовка Ст.20 диаметром 200 мм

Температура посада металла задается:

t = 20 °С;

Причем температура в центре и на поверхности заготовки принимается одинаковой.

Температура поверхности металла в конце первой методической зоны при обычном нагреве составляет около 1000 °С.

Принимаем t = 900 °С.

Температура металла в центре на выходе из первой зоны (t ) является расчетной величиной и при построении температурного графика вначале наносится условно.

Температура поверхности металла при поступлении его в сварочную зону принимается равной температуре операции прокатки.

 

Принимаем tопер= t = 1160 °С.

Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
  Лист
 
Температуру центра в конце сварочной зоны (t ) наносим на график условно и в дальнейшем производим перерасчет.

Температура металла в центре на выдаче из печи, то есть в конце томильной зоны по истечении времени выдержки принимает значение операции прокатки:

t = 1150 °С;

Температура же металла на поверхности в конце зоны выдержки принимается в соответствии с допустимым перепадом температур по сечению согласно технологическим картам +/- 10°С или в соответствии с заданием ΔТ=20°С:

t = 1160 °С.

На характер температурного графика значительно влияет температура дымовых газов в зонах. Ее абсолютное значение выбирается таким, чтобы между газами и поверхностью металла во всех сечениях зоны поддерживался определенный температурный напор. Этот напор для нагревательных печей определяется в соответствии с термофизическими свойствами нагреваемого металла и целым рядом факторов технологического характера.

Температурой дымовых газов на выходе из печи задаемся:

tг.ух. = 780 °С.


Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
  Лист
 
1.2. Расчет горения топлива



 

Состав природного газа, %:

Метан СН4 97,8;

Этан С2Н6 0,5;

Пропан С3Н8 0,2;

Изобутан С4Н10 0,1;

Н.бутан С5Н12 0,05;

Азот N2 1,3;

Углекислый газ СО2 0,05;

Итого 100.

 

Низшую теплоту сгорания топлива находим по формуле [1]:

= 358 СН4 + 636 С2Н6 + 913 С3Н8 + 1185 С4Н10 + 1465 С5Н12

 

= 358 ∙ 97,8 + 636 ∙ 0,5 + 913 ∙ 0,2 + 1185 ∙ 0,1 + 1465 ∙ 0,05 =

= 35704,75 кДж/м3

 

Расход кислорода на горение по формуле, м33

= 0,01 × (m + 0,25n) × åСmНn = 0,01 × (2СН4 + 3,5С2Н6 + 5С3Н8 +
+ 6,5С4Н10 + 8С5Н12)

 

= 0,01 × (2 × 97,8 + 3,5 × 0,5 + 5 × 0,2 +6,5 × 0,1 +8 × 0,05) = 1,994 м33

 

Теоретический расход воздуха по формуле, м33

 

 

где k = 3,76 – отношение объемных содержаний N2 и О2 в дутье (для воздуха)

 

L0 =4,76 × 1,994 = 9,49 м33

 

Действительный расход воздуха, м33

где a − коэффициент избытка воздуха, равен 1,05.

 

La = 1,05 × 9,49 = 9,96 м33

 

Объемы отдельных составляющих продуктов сгорания, м33

 

= 0,01 × (СО2 + m åСmCn) = 0,01 × (CО2 + СН4 + 2С2Н6 + 3С3Н8 +
+ 4С4Н10 + 5С5Н12)

 

= 0,01 × (0,05 + 97,8 + 2 × 0,5 + 3 × 0,2 + 4 × 0,1 + 5 × 0,05) = 1,0 м33

 

= 0,01 × (Н2О + 0,5n åСmCn) = 0,01× (2СН4 + 3С2Н6 + 4С3Н8 +
+ 5С4Н10 + 6С5Н12)

 

= 0,01 × (2 × 97,8 + 3 × 0,5 + 4 × 0,2 + 5 × 0,1 + 6 × 0,05) = 1,99 м33

 

 

= 0,01 × 1,3 + 1,05 × 3,76 × 1,994 = 7,89 м33

 

 

= 0,05 × 1,994 = 0,01 м33

 

Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
  Лист
 
Общее количество продуктов сгорания по формуле, м33

 

,

 

= 1,0 + 1,99 + 7,89 + 0,01 = 10,89 м33

 

Процентный состав продуктов сгорания:

 



 

 

Правильность расчета проверяем составлением материального баланса (таблица 1).

 

Таблица 1 – Материальный баланс.

Поступило, кг Получено, кг
СН4 0,978 ∙ 0,716 0,7002 СО2 1,0 ∙ 1,964 1,964
С2Н6 0,005 ∙ 1,342 0,0067 Н2О 1,99 ∙ 0,804 1,6
С3Н8 0,002 ∙ 1,967 0,0033 N2 7,89 ∙ 1,251 9,87
С4Н10 0,001 ∙ 2,593 0,0026 О2 0,01 ∙ 1,428 0,014
С5Н12 0,0005 ∙ 3,218 0,0016 Итого   13,448
N2 0,013 ∙ 1,251 0,0163      
СО2 0,0005 ∙ 1,964 0,001      
Всего   0,7317      
Воздух 9,96 ∙ 1,29 12,8484      
Итого   13,5801      

 

Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
  Лист
 
Расхождение, определяемое погрешностью расчета, составляет 0,1321 кг.

Плотность газа равна rг = 0,7317 кг/м3.

Плотность продуктов сгорания rп.с. = 13,448/10,89 = 1,235 кг/м3.

По формуле определяем истинную энтальпию продуктов сгорания

 

 

где св = 1,3371 кДж/(м3 К) – удельная теплоемкость воздуха при tв = 450оС

 

Задаем t’к = 2300 оС и при этой температуре по формуле находим энтальпию продуктов сгорания:

 




 

Поскольку i2300 > i0 принимаем температуру t”к = 2200оС и снова находим энтальпию продуктов сгорания

 

 

По формуле определяем калориметрическую температуру топлива:

Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
  Лист
 
1.3. Определение времени нагрева

 

Принимаем температуру зоны горения по всей длине печи равную действительной температуре горения топлива.

По формуле определяем действительную температуру продуктов сгорания

 

где hпир – пирометрический коэффициент, для печей с методической зоной
hпир = 0,70 ¸ 0,75.

 

Температуру в зоне теплообмена принимаем равной

Проектируемая печь имеет три тепловых зоны: методическую, сварочную и томильную; в конце методической зоны температура поверхности металла равна 900оС, а в конце сварочной 1160оС.

Находим поверхность свода (и пода) печи:

где Dср − средний диаметр кольцевой печи (из чертежа),

B − ширина пода кольцевой печи (из чертежа)

 

 

Боковая поверхность футеровки (по наружному диаметру кольца):

 

 

где h − высота рабочего пространства печи

 

 

Боковая поверхность футеровки (по внутреннему диаметру кольца):

 

 

 

Полная поверхность футеровки составит:

 

 

 

Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
  Лист
 
Находим угловой коэффициент с металла на металл:

 

 


 

 

Коэффициент теплообмена излучением запишется следующим образом:

 

 

Так как геометрия печного пространства одинакова во всех зонах, эффективная длина луча также будет одинакова. Пренебрегая объемом металла, находим объём заполненного газом рабочего пространства:

 

 

Поверхность металла в печи:

 

 

 

Суммарная поверхность, ограничивающая газовый объём:

 

 

 

 

Тогда средняя эффективная длина луча составит:

 

S”эф = 3,6

S”эф = 3,6 × = 1,69

Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
  Лист
 
1.3.1 Время нагрева металла в методической зоне

Температура газов в зоне теплообмена равна:

в начале методической зоны t’ф.нач = 780оС;

 

Находим парциальные давления и

Имеем

 

 

где В – атмосферное давление, В = 100 кПа

Находим

кПа;

кПа.

Для зоны теплообмена рассчитываем значения произведений

в начале методической зоны (t”ф = 780 °С)

0,12; 0,16; b =1,12

=1,12×0,12 + 0,16 = 0,29;

в конце сварочной зоны (t”ф = 1210 °С)

0,09; 0,13; b =1,12

= 1,12 × 0,09 + 0,13 = 0,23

Коэффициент излучения газов в методической зоне:

 

 

= 2,76 Вт/(м2×К)

 

Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
  Лист
 
Коэффициент излучения газов в сварочной зоне:

 

= 2,402 Вт/(м2×К)

 

Температуру газов в конце сварочной зоны принимаем на 50 °С выше температуры поверхности нагрева

 

°С

 

Температура газов в методической зоне:

 

°С

 

Средний коэффициент излучения по печи

 

2,84 Вт/(м2×К)

 

Средняя температура заготовки в конце нагрева

 

°С

 

Энтальпия Ст20 при 1155 °С составит 754,5 кДж/кг

Теплопроводность Ст20 при 1155 °С составит 28,5 Вт/(м×К)

Удельный тепловой поток в конце нагрева

 

= 5700 Вт/м2

Расчетная температура дымовых газов на выходе из сварочной зоны

 

 

 

 

= 1177 °С

 

Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
  Лист
 
Удельный тепловой поток в начале методической зоны

 

 

= 36662,61 Вт/м

 

В конце методической зоны

 

= 67479,59 Вт/м

 

Средняя по длине методической зоны плотность результирующего теплового потока на металл равна

 

Вт/м2

 

Находим температуру центра заготовки в конце методической зоны по формуле

где S – расчетная толщина изделия, S = m d,

d – геометрическая толщина тела, м;

m − коэффициент несимметричности нагрева,

m = 0,55 ¸ 0,6;

S = 0,6 × 0,2 = 0,12 м

l − коэффициент теплопроводности металла при средней температуре в

 

рассматриваемом сечении l = 27,4 Вт/(м К).

 

°С

 

Средняя температура металла:

Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
  Лист
 
в начале методической зоны °С;

в конце методической зоны

°С;

по длине зоны оС.

 

При средней температуре металла по длине методической зоны находим коэффициент теплопроводности и удельную теплоемкость для стали Ст20:

l = 45 Вт/(м К); с = 0,540 кДж/(кг×К).

 

Время нагрева металла в методической зоне находим по формуле:

с (1,12 ч)

 

 

Время нагрева металла в сварочной зоне

 

Средний тепловой поток в сварочной зоне

Вт/м2

Находим температуру центра заготовки в конце сварочной зоны

 

°С

 

Средняя температура металла:

в начале сварочной зоны °С;

 

в конце сварочной зоны °С;

по длине зоны °С.

 

При средней температуре металла по длине сварочной зоны находим коэффициент теплопроводности и удельную теплоемкость для стали Ст20.

l = 27,7 Вт/(м К); с = 0,695 кДж/(кг К).

 

 

Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
  Лист
 
Время нагрева металла в сварочной зоне

с 1,79 ч)





Читайте также:





Читайте также:
Модели организации как закрытой, открытой, частично открытой системы: Закрытая система имеет жесткие фиксированные границы, ее действия относительно независимы...
Почему люди поддаются рекламе?: Только не надо искать ответы в качестве или количестве рекламы...
Личность ребенка как объект и субъект в образовательной технологии: В настоящее время в России идет становление новой системы образования, ориентированного на вхождение...

©2015 megaobuchalka.ru Все права защищены авторами материалов.

Почему 3458 студентов выбрали МегаОбучалку...

Система поиска информации

Мобильная версия сайта

Удобная навигация

Нет шокирующей рекламы



(0.041 сек.)