Реконструкция башенной печи для отжига трансформаторной полосы

где – постоянная степень черноты абсолютно черного тела;

 – степень  черноты металла;

  – степень черноты электронагревателей.

 

  = 5,7 Вт/(м²·К⁴).

Приведенный коэффициент  излучения, вычисленный по формуле  (7) по участкам представлен в таблице 4.

 

Таблица 4 – Приведенный  коэффициент излучения

Расчетный участок	Приведенный коэффициент  излучения, спр, Вт/(м2·К4)
I	1,005
II	1,010
III	1,015
IV	1,020

 

Средняя температура печной атмосферы:

 

(8)

 

Средняя температура печной атмосферы по участкам, посчитанная  по формуле (8), представлена в таблице 5.

 

Таблица 5 – Средняя температура  печной атмосферы

Расчетный участок	Средняя температура печной атмосферы, tатм, ºС
I	555
II	650

 

Продолжение таблицы 5

III	750
IV	850

 

Коэффициент конвективной теплоотдачи  принимается равным коэффициенту свободной  конвекции α_конв= 10 Вт/(м²·К).

Отношение Био к критерию Старка находится по формуле:

 

(9)

 

Отношение по участкам, посчитанное по формуле (9) представлено в таблице 6.

 

 

Таблица 6 – Отношение 

Расчетный участок	Отношение
1	2
I	1,753
1	2
II	1,256
III	0,920
IV	0,692

 

Относительная температура  полосы в начале участка:

 

(10)

 

Относительная температура  полосы в конце участка:

 

(11)

 

Относительные температуры  полосы в начале и в конце участка, посчитанные соответственно по формулам (10) и (11), представлены в таблице 7.

 

Таблица 7 – Относительные  температуры полосы в начале и  конце расчетных температурных  участков

Расчетный участок	Относительная температура полосы в начале расчетного участка,	Относительная температура полосы в конце  расчетного участка,
I	0,230	0,372
II	0,372	0,529
III	0,529	0,686
IV	0,686	0,843

 

Зная относительную температуру  и , а также отношение можно найти температурный фактор. Он находится по рисунку 1.19 [8]. Найденные по рисунку значения температурных факторов по участкам представлены в таблице 8.

 

Таблица 8 – Температурный  фактор

Расчетный участок	Температурный фактор в начале расчетного участка, Фн	Температурный фактор в конце расчетного участка, Фк
I	0,15	0,19
II	0,23	0,29
III	0,42	0,52
IV	0,53	0,72

Содержание Si в стали составляет 2,8 %. Зная содержание Si в электротехнической стали и среднюю температуру по участкам, методом интерполяции можно найти коэффициент теплопроводности. Он находится из таблицы V.48 [8]. Найденные значения коэффициента теплопроводности представлены в таблице 9.

 

Таблица 9 – Коэффициент  теплопроводности

Расчетный участок	Коэффициент теплопроводности, λ, Вт/ (м·К)
I	28,97
II	31,10
III	30,50
IV	27,70

 

Критерий Старка определяется по формуле:

 

(12)

где S – полутолщина полосы, мм;

с_пр – приведенный коэффициент излучение, Вт/(м²·К⁴).

 

Толщина нагреваемой ленты 0,35 мм.

S = 0,35/2=0,175 мм.

Значения критерия Старка, посчитанные по формуле (12), по участкам представлены в таблице 10.

 

Таблица 10 – Критерий Старка

Расчетный участок	Критерий Старка,
I	0,000034
II	0,000045
III	0,000062
IV	0,000091

 

Продолжительность нагрева  полосы определяется по формуле:

 

(13)

где ρ – плотность стали;

S – полутолщина полосы, мм;

 – коэффициент формы;

– средняя теплоемкость металла, кДж/(кг·К);

 – температурный фактор  в начале расчетного участка;

- температурный фактор  в конце расчетного участка.

 

Коэффициент формы для  полосы = 1.

Найденные по формуле (13) значения продолжительности нагрева по участкам представлены в таблице 11.

 

Таблица 11 – Продолжительность  нагрева полосы в камере нагрева

Расчетный участок	Время, τ
	В часах	Общее в камере, ч	В секундах	Общее в камере, с
I	0,0013	0,0078	0,477	28,67
II	0,0015		5,52
III	0,0020		7,04
IV	0,0030		11,34

 

 

Зная продолжительность  нагрева на каждом участке можно  найти общую длину полосы:

 

Lобщ = 60·ω·τ ,

(14)

где ω – скорость движения полосы, м/мин;

 

Найденные по формуле (14) значения общей длины полосы по участкам представлены в таблице 12.

 

 

 

Таблица 12 – Общая длина  полосы

Расчетный участок	Общая длина полосы, Lобщ, м
	По участкам	Общая в камере
I	16,89	101,48
II	19,54
III	24,91
IV	40,14

 

 

Общая длина полосы в одном  проходе:

 

(15)

где – диаметр роликов, который равен 0,6 м

L – активная длина вертикального прохода полосы.

 

L=15 м;

 

Количество проходов в  камере:

 

(16)

 

Найденные по формуле (16) значения количество проходов по участкам представлены в таблице 13.

 

 

Таблица 13 – Количество проходов в камере нагрева

Расчетный участок	Количество проходов в  камере нагрева, n, шт
	По участкам	Общая в камере
I	1,0	6,0
II	1,2
III	1,5
IV	2,3

 

 

Количество проходов в  камере нагрева существующей печи совпадает  с расчетным.

Зная количество проходов в камере можно определить количество роликов.

Количество роликов в  камере:

 

nрол= 2 · (n - 1) + 2,

(17)

 

n_рол=2 · (6 - 1) + 2 = 12 шт.

2.1.1 Тепловой баланс камеры нагрева до реконструкции

 

В камере нагрева до реконструкции  лента нагревается от 20 °С до 800 °С за 0,0078 ч с помощью электронагревателей, температура которых 1000 °С. Для нагрева ленты в камере нагрева затрачивается 5740 кВт. В камере 6 проходов. Каждый проход лента проходит за 0,0013 ч. Ниже на рисунке 3 представлен график распределения температур в зависимости от времени.

2.1.1.1 Приход тепла

 

Тепловая мощность электронагревателей:

Q_н = 5740 кВт.

2.1.1.2 Расход тепла

 

Начальная теплоемкость металла  при t_нач = 20 °С определяется по таблице V.48 [8]:

 = 0,494 кДж/(кг·К).

Конечная теплоемкость металла  при t_нач = 800 °С определяется по таблице V.48 [8]:

 = 0,628 кДж/(кг·К).

Расход тепла на нагрев полосы определяется по формуле:

 

(18)

 

 

Материал и толщина  кладки:

- каолиновый кирпич (400);

- ультралегковесный кирпич (349);

- асбестовый лист (8).

 

Температура внутренней поверхности  кладки:

t_кл = 850 °С.

Тепловой поток через  кладку определяется по рисунку III.10,е[8], при известных материалах кладки:

q_кл = 0,5.

Общая длина камеры Н_общ = 9,5 м, общая высота L_общ = 17,3 м, ширина камеры В = 1,7 м.

Теплоотдающая поверхность  кладки:

 

Fкл = 2 · В · Lобщ + 2 · Нобщ · Lобщ + = 2 · В · Нобщ,

(19)

 

F_кл = 2 · 1,7 · 17,3 + 2 · 9,5 · 17,3 + 2 · 1,7 · 9,5 = 305,3 м².

Потери тепла через  кладку:

 

Qкл = qкл · Fкл,

(20)

 

Q_кл = 0,5 · 305,3 = 152,64 кВт.

Потери тепла через  ролики:

 

Qрол = nрол · Q1рол,

(21)

где Q_1рол – потери тепла через один ролик;

n_рол – количество роликов в камере.

 

Q_1рол = 13,8 кВт;

Q_рол = 12 · 13,8 = 165,6 кВт.

Начальная температура восстановительной  атмосферы равна температуре  окружающей среды = 20 °С, а конечная = 850 °С.