Реконструкция башенной печи для отжига трансформаторной полосы

где h – расстояние от отверстий до полосы, м;

d_стр – диаметр отверстий, м.

 

 

Зная скорость полосы ω и относительное расстояние до полосы h_стр можно найти коэффициент теплоотдачи конвекцией при струйной обдувке. Он находится по рисунку 13.19 [8] с учетом поправочных коэффициентов:

α_конв(1)=110 Вт/(м²·К).

Поправочный коэффициент  на относительное расстояние от плоскости  истечения газа из круглых отверстий  и он равен k_h/d=0,78, а поправка на состав атмосферы, которая равна k_t=0,9.

Тогда α_конв(1)= 77,22 Вт/(м²·К).

Время нахождения полосы в одном проходе можно найти по формуле (14), зная ω и L_общ:

τ_пр= 0,0013 ч.

Продолжительность нагрева полосы при нагреве конвекций находится по формуле:

 

(30)

где S – полутолщина полосы;

ρ – плотность трансформаторной стали;

k_ф – коэффициент формы.

 

Коэффициент формы для  полосы k_ф = 1. Полутолщина полосы S = 0,175 мм.

Тогда из формулы (29) можно вывести:

 

 

 

 

 

 

 

Температура , полученная по формуле (30), сходится с заданной конечной температурой, что означает, что она выбрана правильно.

2.5 Расчет нагрева полосы в проходе камеры подогрева с радиационными трубами

 

Для второго прохода камеры подогрева выбрана типовая труба  с горелкой ВНИИМТ-СТАЛЬПРОЕКТ ТРУ 152-2150 диаметром d_тр = 0,152 м. Шаг между трубами S_тр = 0,28 м. Температура радиационных труб t_тр = 900 ºС [7].

Полоса поступает во второй поход с температурой 205 ºС.

Принимаем, что во втором проходе полоса нагревается до 450 ºС.

Средняя температура полосы во втором проходе находится по формуле (2):

 

Зная среднюю температуру  можно найти среднюю теплоемкость, которая находится из таблицы  V.48 [8] теплоемкостей для трансформаторной стали. Чтобы найти теплоемкость металла при 352 °С используется метод интерполяции:

с_м(2)=0,533 кДж/(кг·К).

Степень черноты металла находится из таблицы 13.1 [8] для сталей со светлой блестящей поверхностью. Ее можно высчитать методом интерполяции, зная среднюю температуру полосы.

ε_м(2)=0,563.

Степень черноты радиационных труб принимаем ε_м(2)=0,7.

Определение угловых коэффициентов  излучения зависят от положения  нагревателей и металла относительно друг друга. В данном случае металл принимается как бесконечная  плоскость, а радиационные трубы  как однорядный пучок гладких  цилиндров.

Угловой коэффициент излучения  от полосы на радиационные трубы находится  по формуле:

 

(31)

где - диаметр трубы, м;

- шаг между  трубами, м.

 

 

 

Угловой коэффициент излучения  от радиационных труб на полосу находится  по формуле:

 

(32)

где - диаметр трубы, м;

- шаг между  трубами, м.

 

 

 

С учетом кладки угловой  коэффициент  излучения от полосы к радиационным трубам находится  по формуле:

 

(33)

 

Угловой коэффициент излучения  от радиационных труб к полосе с  учетом кладки определяется по формуле:

 

(34)

 

При подстановке значений в формулы (32) и (33) соответственно, получается:

 

 

Приведенный коэффициент  излучения:

 

(35)

 

где

- степень черноты  металла;

- степень черноты  электронагревателей.

 

= 5,77 Вт/(м²·К⁴);

 

 

 

Средняя температура печной атмосферы:

 

(36)

 

°С.

Средняя температура пограничного слоя у радиационных труб:

 

(37)

 

 

Средняя температура между  радиационными трубами и печной атмосферой:

 

∆= - ,

(38)

 

∆ = 900 – 757 = 286 .

Зная температуру радиационных труб , перепад температур между радиационными трубами и печной атмосферой ∆ и характерный размер, а именно диаметр радиационной трубы d_тр, можно найти по рисунку 13.10 [8] коэффициент свободной конвекцией от радиационных труб к печной атмосфере:

 

Эквивалентный диаметр второго  прохода камеры находится по формуле:

 

(39)

где В – ширина печи, м;

Н – длина свободного прохода, м.

 

Расстояние от внутренней стенки до края ленты составляет 0,35 м, тогда ширина печи будет равна:

В = 1 + 2 · 0,35 = 1,7 м.

Длина свободного прохода Н = 1 м.

Тогда при подстановке  вышеуказанных параметров в формулу  (39) получается:

 

Зная состав защитной атмосферы 5% Н₂ и 95% N₂  и температуру печной атмосферы t_атм(II) по таблице V.3 [8] можно определить кинематический коэффициент вязкости:

ν=99,3·10^-6 м²/с

Число Рейнольдса:

 

(40)

 

 

Так как > 5·10³, то значит режим турбулентный.

Коэффициент теплоотдачи  конвекцией от печной атмосферы к полосе для турбулентного режима можно определить по графику 13.11 [8] при скорости полосы ω=3,53 м/с и эквивалентном диаметре d_э = 1,4 м:

 

Приведенный коэффициент  теплоотдачи конвекцией от радиационных труб к полосе определяется по формуле:

 

(41)

 

 

 

 

 

Отношение Био к критерию Старка определяется по формуле (9):

 

 

Относительная температура  полосы в начале участка:

 

(42)

 

Относительная температура  полосы в конце участка:

 

(43)

Подставляя значения в  формулы (41) и (42), получается:

 

 

 

Зная относительную температуру  и отношение  можно найти температурный фактор. Он находится по рисунку 1.19 [8]:

Ф_н(2) = 0,14;

Ф_к(2) = 0,40.

Содержание Si в стали составляет 2,8 %. Зная содержание Si в трансформаторной стали и среднюю температуру на участке, методом интерполяции можно найти коэффициент теплопроводности. Он находится из таблицы V.48[8]:

λ₍₂₎ = 31,10 Вт/(м·К).

Критерий Старка определяется по формуле:

 

(44)

 

где S – полутолщина полосы, мм;

 приведенный  коэффициент излучения, Вт/(м²·К⁴).

температура радиационных труб, °С.

 

Толщина нагреваемой ленты 0,35 мм.

S = 0,35/2 = 0,175 мм;

 

 

По формуле (13) определяется время нагрева полосы в проходе с радиационными трубами:

 

 

Полученное время совпадает  со временем необходимым на нагрев ленты в одном проходе 

Это означает то, что конечная температура нагрева выбрана  правильно.

2.6 Расчет нагрева полосы в камере нагрева после камеры подогрева

 

Нагрев полосы в камере нагрева производится с учетом пребывания в камере подогрева.

Нагрев полосы в камере нагрева осуществляется от 450 °С до 800 °С. Нагрев осуществляется проволочными электронагревателями из стали Х20Н80Т3, расположенными на стенах проходов. Температура электронагревателей t_эл = 1000 °С. Диаметр проволоки d_эл = 0,007 м, а средний шаг между ветвями S_эл = 0,5 м [7]. Для более точного расчета следует разбить нагрев полосы на два температурных расчетных участка.

Для более точного расчета  следует разбить нагрев полосы по температуре на два расчетных  участка.

Данные по температурным  участкам и средняя температура, посчитанная по формуле (1), представлены в таблице 19.

 

Таблица 19 – Начальная, конечная и средняя температура по участкам

Расчетный участок	Начальная температура, tнач, °С	Конечная температура, tкон, °С	Средняя температура, tср, °С
I	500	600	500
II	600	800	700

 

Зная среднюю температуру  на участке можно найти среднюю  теплоемкость металла на участке, которая  находится из таблицы V.48 [8] теплоемкостей  для трансформаторной стали. Средняя  теплоемкость металла по температурным  зонам представлена в таблице  20.

 

 

Таблица 20 – Средняя теплоемкость по участкам

Расчетный участок	Средняя теплоемкость по участкам,  см, кДж/(кг·К)
I	0,615
II	0,641

 

Степень черноты металла  находится из таблицы 13.1 [8] для  сталей со светлой блестящей поверхностью. Ее можно высчитать методом интерполяции, зная среднюю температуру по участкам. Степень черноты металла по участкам представлена в таблице 21.

 

Таблица 21 – Степень черноты металла по участкам

Расчетный участок	Степень черноты металла, εм
I	0,573
II	0,581

 

Также нужно задаться степенью черноты электронагревателей:

ε_эл = 0,5.

Определение угловых коэффициентов  излучения зависит от положения  нагревателей и металла относительно друг друга. В данном случае металл принимается как бесконечная  плоскость, а нагреватель как  однорядный пучок гладких цилиндров.

Тогда угловой коэффициент  излучения от полосы на электронагреватель определяется по формуле (3):

 

Угловой коэффициент излучения  от электронагревателя к полосе находится  по формуле (4):

 

С учетом кладки угловой  коэффициент излучения от полосы к электронагревателю находится  по формуле (5):

 

Угловой коэффициент излучения  от электронагревателя к полосе с  учетом кладки определяется по формуле  (6):

 

Приведенный коэффициент  излучения, вычисленный по формуле  (7) по участкам представлен в таблице 22.

 

 

 

 

Таблица 22 – Приведенный коэффициент излучения

Расчетный участок	Приведенный коэффициент  излучения, спр, Вт/(м2·К4)
I	1,016
II	1,020

 

Средняя температура печной атмосферы по участкам, посчитанная  по формуле (8), представлена в таблице 23.

 

Таблица 23 – Средняя температура печной атмосферы

Расчетный участок	Средняя температура печной атмосферы, tатм, °С
I	763
II	850

 

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

Отношение Био к критерию Старка по участкам, посчитанное по формуле (9), представлено в таблице 24.

 

Таблица 24 – Отношение

Расчетный участок
I	0,887
II	0,692