tгIн – температура газа начальная, С

tгIк – температура газа конечная, С

            800 + 1150

  tгI =                        = 975 С

                         2

Температура кладки

               tмI + tгI

tклI =                          ,С

                        2

              310 + 975

tклI =                         = 642,5 С

                        2

Парциальное давление излучающих компонентов продуктов сгорания

                     Vсо2

Рсо2 = Рат            , кПа,

                         Vсм

где Рат = 98,1 кПа;

    Vсо2 – процентное содержание СО2 в продуктах сгорания топлива, %;

Vсм = 100%.

                     8,97

Рсо2 = 98,1               = 8,8 кПа

                       100

                       Vн2о

Рн2о = Рат                 , кПа,

                             Vсм

где Vн2о – процентное содержание Н2О в продуктах сгорания, %.

                         17,70

    Рн2о = 98,1                      = 17,4 кПа

                              100

Эффективная длина луча

                   V           ВНL - hbl

Sэф = 3,6          =                       , м,

                       F            Fк + Fм

где В – ширина рабочего пространства печи, м

                 (В = b + 2а, где а = 0,5м);   В = 0,7 + 2*0,5 = 1,7м

Н – высота рабочего пространства (примите Н = 1,8м);

L - длина рабочего пространства, м (L = l + 0,5);   L = 2,4 + 0,5 = 2,9м

Fк – площадь внутренней поверхности рабочего пространства печи (за вычетом площади занятой металлом), м2  

           (Fк = 2ВН + 2НL + 2ВL – bl);                                                                                  Fк = 2*1,7*1,8 + 2*1,8*2,9 +2*1,7*2,9 – 0,7*2,4 = 24,74м2

Fм – площадь тепловоспринимающей поверхности металла, м2

              ( Fм = 2bh + 2hl + bl).  Fм = 2*0,7*0,8 = 2*0,8*2,4 + 0,7*2,4 = 6,64м2

                 1,7*1,8*2,9 – 0,8*0,7*2,4

Sэф = 3,6                                               = 0,864м

                               24,74 + 6,64

  Определим произведение

Рсо2 * Sэф, кПа*м;         8,8*0,864 = 7,6

Рн2о * Sэф,кПа*м;         17,4*0,864 = 15

Выполним номограммы

εсо2 = 0,09, где εсо2 – степень черноты углекислого газа, содержащегося в продуктах сгорания;

ε,н2о = 0,13, где εн2о – степень черноты водяных паров;

β = 1,12, где β – поправочный коэффициент.

   Степень черноты газа

    ε,г = εсо2 + β*ε,н2о

ε,г = 0,09 + 1,12*0,13 = 0,24

Для природного газа

εгI = 1,5*ε,г;

εгI = 1,5*0,24 = 0,36

Для мазута

εг = 2,5*εг;

εг = 2,5* 0,24 = 0,6

Степень развития кладки

        Fк        

ω =           .

             Fм

        24,74

ω =                  = 3,73

              6,64

   Номограмма для определения εсо2

εсо2

0,09

                    975                           t, C

Рисунок 2 Номограмма для определения εсо2

Номограмма для определения ε,н2о

ε,н2о

0,13

                                                                               t, С

                    975

Рисунок 3 Номограмма для определения εн2о

Номограмма для определения β

    β

1,12

                                                                Рн2о, кПа

      Рисунок 4 Номограмма для определения β                                                             

Определим значение комплексов, принимая εм = 0,8; εк = 0,6.

                                                                 1                                                              1

М = 1 – (1 – εг) * ( 1 – εк) * (1 -      ω  ) – (1 – εг)2* (1 – εм) * (1 – εк)*        ;

                                                                                                   ω

                                                       1                                                          1

М = 1 – (1 – 0,6)*(1 – 0,6)*(1 -            ) – (1 – 0,6)2*(1 – 0,8)*(1- 0,6)*              = 0,6

                                                            3,73                                                         3,73

                                                                   1

             εг*εм [ 1 + (1 – εг)*(1 – εк)*   ω]

 А =                            М                                  

                                                                   1

        0,6*0,8 [1 + (1 – 0,6)*(1 – 0,6)*3,73]

А =                          0,6                           = 0,76

             εм*εк(1 – εг)

В =             М                      

           0,8*0,6(1 – 0,6)

В =                                       = 0,3

                        0,6

Удельный тепловой поток результирующего излучения

qмIрез = С0*А [(  tгI + 273)4 – (   tмI + 273)4 ] + С0*В [( tкI + 273   )4 – ( tмI + 273)4]              

                                   100                      100                                  100             100

   Вт/м2, где С0 – коэффициент лучеиспускания абсолютно черного тела, = 5,7 Вт/м2*К4.

qмIрез = 5,7*0,76[( 975 +273   )4 – (310 + 273       )4] + 5,7*0,3 [( 642,5 + 273)4 –

                                      100                     100                                       100                     

310 + 273

     (                      )4] = 110072,5 Вт/м2

             100

Коэффициент теплоотдачи излучением

                   qмIрез

    £Iизл =                        , Вт/м2*К

                    tгI - tмI

           110072,5

£Iизл =                         = 165,5 Вт/м2*К

                 975 - 310

Суммарный коэффициент теплоотдачи

£∑1 = £кон + £Iизл, Вт/м2*К , где £кон – коэффициент теплоотдачи конвекцией = 15 Вт/м2*К.

£∑1 = 15 + 165,5 = 180,5 Вт/м2*К

Заготовку прямоугольного сечения с     b    ≤1,8 можно представить в виде

h

     эквивалентного цилиндра с диаметром

dэ = 1,128*√h*b, м.      dэ = 1,128*√0,8*0,7 = 0,9 м.

      Критерий Био

           £∑I*S

ВiI =

                   λ

    £ - коэффициент теплоотдачи

S – прогреваемая толщина изделия

    λ– коэффициент теплопроводности

           180,5*0,35

ВiI =                       = 1,3

                       48,6

Температурный критерий

               tгI - tпов

QповI =    tгI - tмн

    tпов – температура поверхности

                         975 - 600

     QповI =                         = 0,4

                         975 - 20

   Время нагрева металла в I интервале

     τI = F0I     S2         , С

                     а

    где F0I – критерий Фурье в I интервале

а – коэффициент температуропроводности стали

               0,12

τI = 0,8    0,000001 = 9600 : 3600 = 2часа

Температура в центре заготовки в конце I интервала периода нагрева

tцентI = tгI - QцентI *( tгI - tмн), С

QцентI – температурный критерий в центре заготовки в конце I интервала

tцентI = 975 – 0,68*(975 – 20) = 325,6 С

Средняя по сечению температура заготовки в конце I интервала периода нагрева

          tмIк + tцентI                               600 + 325,6

tI-II =         2           , С         tI-II =                        = 462,8 С

                                                                                2

3.2 Расчет нагрева металла во II интервале

Температура поверхности металла изменяется от tмIIн, С = 600 С, до tмIIк, С = 1000 С.

Температура газа изменяется от tгIIн , С = 1150 С, до tгIIк, С = 1300 С.

Средние за интервал температуры:

          tнмII + tкмII                                             600 +  1000

tмII =             2           , С                 tмII =               2                 = 800 C

                    tнгII + tкгII                                                   1150 + 1300

tгII =             2                , С             tгII =               2                = 1225 С

                  tмII + tгII                                                          800 + 1225

tкII =            2              , С                 tкII =                2                 = 1013 С

Средняя во II интервале плотность потока результирующего излучения металла

qмIIрез = С0*А [(  tгII + 273)4 – (   tмII + 273)4 ] + С0*В [( tкII + 273   )4 – ( tмII + 273)4]                          

                                   100                      100                                  100             100

                                      1125 + 273           800 + 273                              1013 + 273

qмIIрез = 5,7*0,76 [(                       )4 – (                       )4] + 5,7*0,3 [(                      )4 –

                                          100                       100                                           100

     800 + 273

(                       )4] = 132097,9 Вт/м2

          100

Средний за II интервал коэффициент теплоотдачи излучением

                   qмIIрез                                                                132097,9

    £IIизл =                       , Вт/м2*К        £IIизл =                            = 310,8 Вт/м2*К

                    tгII – tмII                                                         1225 - 800

Примим коэффициент теплоотдачи конвекцией £конвII  = 15 Вт/м2*К

Суммарный коэффициент теплоотдачи

£∑1I = £IIконв + £IIизл, Вт/м2*К ,           £∑1I = 15 + 310,8 = 325,8 Вт/м2*К

 Критерий Био

           £∑II*S         325,8 * 0,35

ВiII =                =              30,2       = 3,8

                   λ

Температурный критерий

               tгII - tкмII                           1225 - 1000

QповII =    tгII – tI-II            =                                      = 0,3

1225 – 462,8

Продолжительность II интервала периода нагрева

                                                             0,4*0,12

     τII = F0II    S2     , С                  τII =                            = 18182 С, 18182 : 3600 = 5часов

                        а                                   0,0000055

Температура в центре заготовки в конце II интервала периода нагрева

 tцентII = tгII - QцентII *( tгII – tI-II), С    tцентII = 1225 – 0,6*(1225 – 462,8) = 767,7 С

Средняя по сечению температура заготовки в конце II интервала периода нагрева

           tкмII + tцентII                                              1000 + 767,7

tII -III =                          , С              tII -III =                2               = 884 C

                       2

             III интервал

Температура поверхности металла изменяется от tнмIII, С = 1000, до tкмIII, С = 1250

Температура газа изменяется от tнгIII, С = 1300, до tкгIII, С = 1400.

Средние за интервал температуры:

            tнмIII + tкмIII                                       1000 + 1250

tмIII =                2         , С                tмIII =                       = 1125 С

                                                                           2

             tнгIII + tкгIII                                          

tгIII =                         , С                                   1300 + 1300

                        2                                    tгIII =                         = 1300 С

                                                                                  2

  tмIII + tгIII                                                         1125 + 1300

tкIII =                         , С                   tкIII =                 2                   = 1213 C

                     2

      Средняя в III интервале плотность потока результирующего излучения металла

qмIIIрез = С0*А [(  tгIII + 273)4 – (   tмIII + 273)4 ] + С0*В [( tкIII + 273 )4 –                                                                                                       

                                       100                      100                              100

    tмIII + 273

(                      )4] , Вт/м2

           100

                                   1300 +273              1125 + 273                             1213 +173

qмIIIрез = 5,7*0,76 [(                     )4 – (                         )4] + 5,7*0,3[ (                 )4 –

                                           100                      100                                          100

    1125 + 273

(         100         )4] = 117767,6 Вт/м2

Средний за III интервал коэффициент теплоотдачи излучением

                  qмIIIрез                                                                117767,6

    £IIIизл =    tгIII – tмIII    , Вт/м2*К          £IIIизл =                                         = 673 Вт/м2*К     

                                                                                  1300 - 1125

  Суммарный коэффициент теплоотдачи

£∑1II = £IIIконв + £IIIизл, Вт/м2*К ,        £∑1II = 15 + 673 = 688 Вт/м2*К

Критерий Био

               £∑III*S                  688*0,35

ВiIII =                        =              28,5            = 8,5

                  λ

   Температурный критерий

                  tгIII - tкм                1300 - 1250

QIIIпов =                         =                                    = 0,1

                     tгIII – tII-III               1300 - 884

     Продолжительность III интервала периода нагрева

                           0,6 * 0,12

     τIII = F0III *S2, С                                   τIII =                              = 18154 :3600 = 5часов

                      а                                                                                                              0,0000055

     Температура в центре заготовки в конце III интервала периода нагрева

tцентIII = tгIII - QцентIII *( tгIII – tII-III), С    tцентIII = 1300 – 0,8(1300 – 884) = 1009 С

Перепад температур по сечению заготовки в конце периода нагрева

∆tнач = tкм – tцентIII, С           ∆tнач = 1250 – 1009 = 241 С

Общая продолжительность периода нагрева

  τн = τI + τII + τIII,  C               τн = 2 + 5 + 5 = 12часов

     3.3 Период выдержки. Общее время пребывания металла в печи

В течение периода выдержки средняя температура продуктов      

сгорания

   tг = tкм + 50 = 1250 + 50 = 1300 С

кладки

                  tг + tкм                                                1300 + 1250

    tк =                             , С                   tк =                                    = 1275 С

                       2                                                                2

   В конце периода выдержки перепад температур по сечению заготовок ∆tкон, С. Тогда степень выравнивания.                             

                       ∆tкон                                               1250

    δвыр  =                       .                 δвыр  =                        = 5,2

                       ∆tнач                                                   241

Продолжительность периода выдержки τв = F0II * S2  , С  = 5часов

                                                                             а

Общее время пребывания металла в печи

τ∑ = τн + τв, С                     τ∑ = 12 + 5 = 17 часов

4. Температурная диаграмма нагрева металла печи

5. Расчет основных размеров печи

Примим расстояние между садкой и боковыми стенками, равным аI = 0,5 м, садкой и сводом а2 = 1,0 м и садкой и торцевыми стенами а3 = 0,25 м.

Рабочее пространство имеет следующие размеры:

Ширина В = в + 2аI, м      В = 0,7 + 2*0,5 = 1,7 м

Высота Н = h + а2, м        Н = 0,80 +1 = 1,80 м

Длина L = l + 2а3,м           L = 2,40 + 2*0,25 = 2,9 м

Примим, что выкатной под, стены и свод печи выполнены из шамота толщиной 0,15 м и диатомитового кирпича толщиной 0,30 м.

 С учетом этого определите размеры печи:

Ширину В,,м В = 1,7 + 0,9 = 2,6 м

Высоту Н,, м Н = 1,80 + 0,9 = 2,7 м

Длину L,, м L = 2,9 + 0,9 = 3,8 м

6. Мероприятия по охране труда и окружающей среде

Для безопасной работы персонала, обслуживающего нагревательные печи, обязательно выполнение правил по технике безопасности.

 Взрывчатая смесь может образоваться, если до пуска печи газо­провод не был продут. Воздух, оставшийся в газопроводе, смеши­ваясь с газом, образует взрывчатую смесь. Продувка газопровода газом с удалением его через продувочную свечу и последующая проверка содержания в нем кислорода - обязательные операции, предотвращающие взрыв.

При резком снижении давления газа воздух через горелки может попасть в газопровод и образовать взрывчатую смесь. Для предупре­ждения этого необходимо газопровод и печь отключать при давлении менее 200-400 Н/м2.

Взрывчатая смесь образуется во время ремонта при плохой продувке газопровода или при проникновении в него газа через неплот­ности в задвижках. Во избежание этого надо устанавливать заглушку, отсекающую ремонтируемый участок газопровода от действующей сети, и своевременно продувать его.

Взрывчатая смесь образуется при попадании в воздухопровод газа или паров мазута через горелку при небольшом давлении воздуха, а также при неправильном пуске печи с отключенным венти­лятором, т. е. когда вначале подают газ и поджигают его, а затем включают вентилятор. При этом газ может проникнуть в воздухо­провод и образовать взрывчатую смесь, попадание которой на костер, горящий в печи, или факел запальника приводит - к взрыву.

Для предупреждения взрывов при пуске печи предварительно включают вентилятор, продувают воздухопровод, а затем уже вклю­чают горелки.

Взрывы газов в печи, топке и борове могут произойти в следую­щих случаях:

·                    при недостаточной плотности запорных задвижек у горелок, через которые газ просачивается и заполняет печь;

·                    при нарушении инструкции при пуске печи, когда вначале подают

·                    газ, а потом подносят к горелке факел, который может погаснуть;

·                    в низкотемпературных печах, работающих при температурах иго

·                    выше 500° С (ниже предела воспламенения газа), когда газ подается с избытком; при этом газ, не успевший сгореть в топке; может образовать взрывчатую смесь в рабочем пространстве печи;

·                    при прекращении горения топлива в низкотемпературных печах с автоматическим регулированием температуры при выключении и включении горелок;

·                    при работе печи с недостатком воздуха, когда топливо, не сго­ревшее в печи, смешивается в боровах с воздухом, засасываемым через неплотности в шиберах и кладке, и образует взрывчатую смесь;

·                    при испарении мазута, когда его подают в большом количестве, особенно в начальный период пуска печи; при испарении его обра­зуется взрывчатая смесь.

·                    при перекрытии вентилей, установленных на трубах, подающих и отводящих воду от водоохлаждаемой арматуры (рам, заслонок, глиссажных труб ), оставшаяся в арматуре вода испаряется, давле­ние в трубах резко повышается, что может привести к разрыву вентилей. Для предупреждения этого регулировочные вентили следует устанавливать только на трубах, подводящих воду к арма­туре; на

Цилиндры пневмотолкателей и подъемников могут взорваться в том случае, если толщина их стенок, мала, и не рассчитана на давле­ние, оказываемое на стенки. Разрывы чугунных крышек и взрыв цилиндров особенно опасны.

Во избежание взрывов пневмоцилиндров толщину стенок следует

определять расчетом.

После сборки цилиндры должны подвергаться особым гидравлическим испытаниям при повышенном давлении.

Испытывать их компрессорным воздухом или паром запрещается.

Взрыв в селитровых ваннах может произойти при прогорании стенок тигля. При температурах свыше 600° С селитра интенсивно испаряется, осаждается на одежде персонала, обслуживающего ванны, стенах здания и оборудовании, что небезопасно. Поэтому при эксплуатации селитровых ванн необходимо соблюдать правила по технике безопасности. Нельзя использовать ванны с наружным обогревом, они должны быть с внутренним обогревом специальными трубчатыми электронагревателями. Должно быть исключено попа­дание в селитру аммонийных и фосфатных солей, алюминиевой и магниевой стружки и органических соединений, с которыми, соеди­няясь, селитра образует взрывчатые соединения

В масляных ваннах возможны перегрев и воспламенение масла. Для безопасной работы температура воспламенения масла должна быть на 80-100° С выше температуры нагрева деталей. В масляных ваннах имеются устройства для гашения пламени паром и сливные баки для аварийного спуска масла. Для предупреждения перегрева селитры или масла предусмотрены автоматическое регулирование температуры и автоматическая сигнализация, предупреждающие обслуживающий персонал о повышении температуры селитры или масла выше допустимой. При разогреве соль, застывшая на дне холодной соляной ванны, быстро плавится, тогда, как верхние ее слои находятся еще в твер­дом состоянии. При этом объем расплавленной соли увеличивается, гидростатическое давление на стенки тигля повышается, и он может взорваться. Во избежание этого соль в ваннах нельзя доводить до полного затвердевания. Если же она затвердела, то, используя специальные приспособления, расплавляют верхние слои соли. Влага в виде льда, снега или воды, попадая в расплавленную ванну, быстро испаряется, что приводит к взрыву и выбросу соли из ванны. Для предупреждения взрывов запрещается, загружать ванну деталями, поверхность которых покрыта льдом или снегом. Во избежание попадания влаги селитровые, масляные и щелочные ванны снабжают крышками и экранами.

Газовое топливо, продукты неполного горения и контролируемые атмосферы не имеют запаха, цвета и способны проникать через любые неплотности и даже фильтры противогазов.

По степени воздействия на организм человека вредные вещества подразделяют на 4 класса.

1) чрезвычайно опасные;  3) умеренно опасные;

2) высокоопасные;            4) малоопасные.

Окись углерода - наиболее опасная составляющая газообраз­ного топлива и продуктов неполного горения газа. Она не имеет запаха, цвета и раздражающих свойств, которые могли бы своевре­менно сигнализировать о ее присутствии в атмосфере цеха.

Сернистые соединения (сероводород, сернистый газ, содержащиеся в газообразном топливе или в продуктах горения) вызывают раз­дражение слизистых оболочек и верхних дыхательных путей. Однако даже ничтожные концентрации сернистых соединений в атмосфере цеха быстро обнаруживаются по запаху. Углекислый газ, содержащийся в продуктах горения топлива, в полтора раза тяжелее воздуха, он может скапливаться на дне колодцев, в приямках и боровах. Отравление этим газом сопрово­ждается головной болью, шумом в ушах, сердцебиением и обмороком. Хронических отравлений не бывает.

 Метан, ацетилен, этан и этилен - это составная часть про­мышленного газового топлива и в первую очередь природного газа. Метан иногда встречается в канализационных колодцах и трубах.

Аммиак - сильно пахнущий газ. Раздражает верхние дыхатель­ные пути.

Окислы азота могут образовываться при эксплуатации цианистых ванн для азотирования изделий. Удаляют их за пределы цеха с по­мощью мощной вентиляции.

Из цианистых соединений наиболее опасен цианистый водород, образующийся, при взаимодействии цианистых солей с влагой или соляной кислотой. При обслуживании цианистых ванн необходимо выполнять все правила .по технике безопасности.

В большинстве случаев отравление происходит через органы ды­хания. Поэтому основное внимание должна быть обращено на обеспе­чение безопасных концентраций вредных веществ в воздухе рабочей зоны, что достигается герметичностью аппаратуры и соответствующей вёнтиляцией промышленных помещений.

Для воздуха рабочей зоны производственных помещений уста­навливают предельно допустимые концентрации вредных веществ, утверждаемые Минздравом РФ, превышение которых не допускается.

Предельно допустимыми концентрациями вредных веществ в воз­духе рабочей. зоны являются такие, которые при ежедневной работё в пределах.8 ч в течение всего рабочего стажа не могут вызвать у работающих заболеваний или отклонений в состоянии здоровья.

Концентрации газов в атмосфере цеха определяют различными методами. Наиболее простым из них является_ метод определения с помощью бумаги (индикаторной), пропитанной различными реак­тивами,, цвет которых изменяется в зависимости от концентрации газа. Например, индикаторная бумага, пропитанная l%-ным раствором хлористого палладия и обработанная 5о/о-ным раствором уксусно­кислого натрия, при внесении в атмосферу, загрязненную окисью углерода, чернеет. При концентрации в атмосферё цеха 760 мг/м3 СО индикаторная бумага сразу же чернеет, при концентрации 76 мг/м3 - через 1 мин -, а при концентрации 7,6 мг/м3 - через 20 мин.

С помощью различных газоанализаторов определяют концентра­ции газов в газопроводе или в печи перед ремонтом. Однако эти приборы не сигнализируют о повышении концентраций газов в рабо­чей зоне. Поэтому в таких помещениях, как, например, машинные залы на газоповысительных станциях, необходимо устанавливать автоматические газоанализаторы, сигнализирующие о повышении концентраций выше допустимых.

Повышение концентраций газов чаще всего связано с проникнове­нием их в производственные помещения при наличии неплотностей в газопроводах, при недостаточной продувке их или печей перед ремонтом. Безопасные концентрации достигаются абсолютной герме­тичностью газопроводов и запорной аппаратуры, тщательно кон­тролируемой при систематических осмотрах газовых коммуникаций.

Кузнечные и термические печи и раскаленный металл излучают большое количество теплоты. Интенсивность теплового излучения достигает 25-40 кДж/(см2 • мин). При интенсивности 16 кДж/(см2 • мин) на незащищенной поверхности тела могут появиться ожоги.

Для борьбы с тепловыделением применяют различные предохра­нительные устройства: душирующие переносные вентиляторы, за­щитные очки, футерованные заслонки, экраны с водяной или воздуш­ной завесой.

Для очистки воздуха применяется газоочистные аппараты: циклоны, фильтры, электрофильтр и пылеуловители мокрого типа.

Защита гидросферы от вредных сбросов осуществляется применением следующих методов: механическая очистка, физико – химические методы очистки, биологическая очистка.

Список литературы

1. Телегин А.С, Лебедев Н.С. Конструкции и расчет нагревательных печей. – М.: Машиностроение, 1975. – С. 280.

2. Кривандин В.А. Теория, конструкции и расчеты металлургических печей. – М.: Металлургия, 1986. – С. 359.

3.Мастрюков Б.С. Теория, конструкции и расчеты металлургических печей. – М.: Металлургия, 1986. – С. 271.

4. Долотов Г.П., Кондаков Е.А. Печи и сушила литейного производства. – М.: Машиностроение, 1990. – С. 303.

Страницы: 1, 2