Конструирование ограждений печи. 2.1. Расчет вертикальной стены над уровнем расплава

 

2.1. Расчет вертикальной стены над уровнем расплава

 

 

Так как длина копильника 21405мм, то для того, чтобы обеспечить прогрев всего пространства печи, необходимо установить горелки типа «труба в трубе», для которых значение коэффициента расхода воздуха равно n=1,15. В этом случае газовая среда внутри копильника является кислой. Исходя из этого и того, что рабочий слой в этой зоне имеет температуру внутренней поверхности и работает без теплосмен, определяем его материал. По табл.3.7[1] выбираем динасовый огнеупор и по прил.13[1] определяем его рабочие свойства: температуру начала деформации под нагрузкой , коэффициент теплопроводности и предельную рабочую температуру

По таблице 3.14 [1] выбираю толщину рабочего слоя: .

В соответствии с условием температура наружной поверхности стенки над уровнем расплава не должна превышать 90ºС. По таблице 3.13 [1] определяем плотность теплового потока от наружной поверхности верхней части стен:

при ;

Определяем температуру наружной поверхности рабочего слоя Т ₁ огнеупора, приняв температуру внутренней поверхности

Для определения задаем приближенное значение

;

Тогда

Определяем уточненное значение

Сопоставляем расчетное значение с принятым значением :

Так как относительная погрешность расчета больше допустимой (5%), то проводим новую итерацию, положив :

 

Сопоставляем последующее приближение с предыдущим :

Окончательно принимаем:

Приступаем к конструированию теплоизоляции ограждения, принимая предварительное решение выполнить ее двухслойной, предусмотрев в качестве материала второго слоя огнеупор-легковес и третьего слоя – теплоизоляционный материал. По приложению 14 [1] с учетом таблицы 3.10 [1], принимаем к установке во втором слое шамотный легковес ШЛА–1,3 со следующими рабочими свойствами:

В качестве теплоизоляционного материала для третьего слоя по приложению 14 [1] выбираем шамотный ультралегковес ШЛ-0,4 со следующими рабочими свойствами:

Принимаем температуру на внешней границе второго слоя :

;

Толщина второго слоя δ₂ легковеса:

Так как полученная величина 0,201 не кратна значению 0,115, то выбираем толщину второго слоя: . Уточняем температуру на внешней границе второго слоя:

 

Окончательно получаем:

 

Определяем толщину третьего слоя

Принимаем толщину третьего слоя и находим температуру на его наружной поверхности:

По принятой толщине третьего слоя уточняем значения и :

Определяем относительную погрешность расчета:

Проводим новую итерацию, приняв :

Определяем относительную погрешность расчета:

Проводим новую итерацию, приняв :

Определяем относительную погрешность расчета:

Окончательно получаем:

Для обеспечения заданной температуры наружной поверхности стен необходимо выложить четвертый слой ограждения. По приложению 15[1] воспользуемся перлитоцементными изделиями марки 250 со следующими рабочими свойствами:

= 600º С

По формуле определяем толщину четвертого слоя:

Проверяем правильность расчета, определяя значение плотности теплового потока, переносимого через сконструированную многослойную стенку в окружающую среду:

;

Проверяем степень расхождения с принятым в расчетах значением q:

 

Суммарная толщина вертикальной стены над уровнем расплава:

 

2.2. Расчет вертикальной стены под уровнем расплава

Определяем материал и толщину рабочего слоя ограждения с учетом заданной основности расплава О = 2,7. Согласно табл. 3.8[1] расплав является ультраосновным. Температура внутренней поверхности рабочего слоя равна температуре расплава , высота стены 2,78м. По данным табл. 3.7[1] выбираем из табл. 8.3[2] форстеритовый огнеупор со следующими рабочими свойствами:

Толщина рабочего слоя по данным табл. 3.14[1] равна 0,345м.

По табл. 3.14[1] определяем плотность теплового потока от наружной поверхности нижней части стен в окружающую среду при t_cт1 =70º С:

Определяем температуру наружной поверхности рабочего слоя.

Задаемся приближенным значением . Тогда

Уточняем значение :

Сопоставляем расчетное значение с принятым значением :

Так как относительная погрешность расчета больше допустимой (5%), то проводим новую итерацию, положив :

Сопоставляем последующее приближение с предыдущим :

Окончательно принимаем:

 

Перед выбором материала второго слоя, учитываем, что суммарная толщина нижней части стены не может быть меньше суммарной толщины ее верхней части. По табл. 3.10[1] и приложению 14 [1] устанавливаем шамотный легковес ШЛ-0,9со следующими рабочими свойствами:

Принимаем толщину второго слоя и определяем температуру его наружной поверхности. Задаем приближенное значение температуры и определяем соответствующее ей значение коэффициента теплопроводности

 

Уточняем значение Т ₂:

=

Относительная погрешность расчета:

Окончательно принимаем:

 

В качестве материала третьего слоя по приложению 15 [1] принимаем к установке перлитоцементные изделия марки 250 со следующими свойствами:

;

Определяем толщину слоя:

Проверяем правильность расчета, определяя значение плотности теплового потока, переносимого через сконструированную многослойную стенку в окружающую среду:

;

Проверяем степень расхождения с принятым в расчетах значением q:

 

Суммарная толщина вертикальной стены под уровнем расплава:

 

2.3. Расчет свода

Так как свод копильника – распорный и внутренняя поверхность рабочего слоя свода контактирует с кислой (n = 1,15) газовой средой, по приложению 13[1] и табл. 3.7[1] целесообразно выбрать динасовый огнеупор с температурой начала деформации под нагрузкой , коэффициентом теплопроводности , и предельной рабочей температурой

Из конструкционных соображений принимаем .

По табл. 3.13[1] определяем плотность теплового потока от наружной поверхности свода в окружающую среду при :

=5380 Вт/м²

Находим температуру наружной поверхности рабочего слоя Т ₁, приняв . Тогда

Определяем уточненное значение

= =927,58 º С

Сопоставляем расчетное значение с принятым значением :

Так как относительная погрешность расчета больше допустимой (5%), то проводим новую итерацию, положив :

Сопоставляем последующее приближение с предыдущим :

Окончательно принимаем:

 

По таблице 9.2.[2] выбираю в качестве теплоизоляционного слоя каолиновую вату 2…8 мкм со следующими рабочими свойствами:

=1100ºС

Определяем толщину слоя теплоизоляции:

=0,02 м

Проверяем правильность расчета, определяя значение плотности теплового потока, переносимого через сконструированный двухслойный свод в окружающую среду:

;

Проверяем степень расхождения с принятым в расчетах значением q:

 

Суммарная толщина свода:

 

2.4. Расчет подины

Внутренняя поверхность рабочего слоя подины копильника контактирует с основным расплавом. При высоте расплава 0,898 м и падении его температуры по глубине 105 град./м находим температуру расплава на поверхности рабочего слоя подины:

По табл. 8.3[2] и табл. 3.7. [1] выбираем в качестве рабочего форстеритовыйогнеупорсо следующими свойствами:

Толщину рабочего слоя принимаем равной 0,345 м.

Поскольку =110 º С, по таблице 3.13.[1] определяем плотность теплового потока от наружной поверхности подины к слою огнеупорного бетона фундамента:

Вт/м²

Определяем температуру наружной поверхности рабочего слоя , приняв =

=814,97º С

Вт/(м·К)

Определяем уточненное значение :

= =777,497 º С

Сопоставляем расчетное значение с принятым значением :

Так как относительная погрешность расчета больше допустимой (5%), то проводим новую итерацию, положив :

Сопоставляем последующее приближение с предыдущим :

Окончательно принимаем:

 

Для обеспечения механической прочности и герметичности подины в качестве материала второго слоя по приложению 13 [1] выбираем шамотный огнеупор ШВ со следующими рабочими свойствами:

=1250…1400 º С

Принимаем толщину слоя шамота =0,26 м (4 кирпича на плашку) и определяем температуру наружной поверхности слоя шамота Т ₂. Для этого задаем и определяем значение :

Вт/(м·К)

Уточняем значение Т ₂:

= 493,85 º С

Сопоставляем расчетное значение с принятым значением :

Окончательно принимаем:

Для обеспечения заданной температуры наружной поверхности подины t _под=110º С между наружной поверхностью второго слоя подины и поверхностью огнеупорного бетона фундамента необходимо положить дополнительный теплоизоляционный слой. Для этого по приложению 15[1] принимаем диатомитовую обожженную крошкув засыпке со следующими рабочими свойствами:

= 900 º С

Определяем толщину слоя теплоизоляции:

=0,065 Вт/(м·К)

Проверяем правильность расчета, определяя значение плотности теплового потока, переносимого через сконструированную многослойную подину:

;

Проверяем степень расхождения с принятым в расчетах значением q:

 

Суммарная толщина подины: