Исследование методов охлаждения садки колпаковой печи с помощью математического моделирования

уравнения теплопереноса теплопроводностью в рулоне, уравнения переноса

тепла излучением в лучепрозрачной среде, а также уравнения теплового

баланса защитного газа.

Математическая модель позволяет определять температурные поля садки,

футеровки, муфеля, а также температуры продуктов сгорания и защитного газа

в зависимости от изменения различных режимных параметров, как то: расход

топлива, его калорийность, массивность садки и прочее. Кроме того, в модель

входит блок управления печью с помощью которого можно задавать различные

расходы газа на нагреве и выдержке, изменять вид регулирования как в период

нагрева, так и в период выдержки.

В начальный момент времени имеются все температурные поля элементов печи:

футеровки, муфеля, садки, защитного газа.

Рассчитываем геометрические угловые коэффициенты излучения в наружном и во

внутреннем контурах теплообмена.

Производим расчет горения газа.

Рассчитываем теплообмен в наружном контуре:

По известным температурам продуктов сгорания находим скорость их движения в

пространстве между муфелем и колпаком.

Рассчитываем коэффициенты теплоотдачи конвекцией от продуктов сгорания к

муфелю и футеровке, а также от наружной поверхности колпака в окружающую

среду.

Вычисляем радиационные характеристики продуктов сгорания Апс и (пс.

Рассчитываем и нормируем матрицы обобщенных и обобщенных разрешающих

коэффициентов излучения.

По формулам:

[pic][pic],

(1)[pic][pic]

где m - количество расчетных зон, принимающих участие

в теплообмене излучением с зоной «i»;

(к - степень черноты зоны «к»;

Тк - температура зоны «к»;

(i, k - обобщенный разрешающий угловой коэффициент

и

[pic],[pic]

(2)

где (0 - постоянная Стефана-Больцмана;

А1 - поглощательная способность зоны «i»;

(0 = 5,67 * 10-8 Вт/м2К4;

находим коэффициенты теплоотдачи излучением и яркостные температуры для

всех расчетных зон контура.

Расчет температур продуктов сгорания на новом временном шаге производим при

помощи теплового баланса.

Решая дифференциальное уравнение теплопроводности для каждой расчетной зоны

футеровки колпака, находим температурное поле кладки на последующем шаге по

времени.

На выходе из расчета теплообмена в наружном контуре имеем новые значения

температур футеровки и продуктов сгорания, а также коэффициенты теплоотдачи

излучением и конвекцией и яркостные температуры для расчетных зон на

наружной поверхности муфеля.

Рассчитываем теплообмен во внутреннем контуре:

По известным температурам муфеля и рулонов находим степени черноты и

поглощательные способности для всех поверхностных расчетных зон контура.

Рассчитываем и нормируем матрицу угловых коэффициентов излучения.

Вычисляем коэффициенты теплоотдачи излучением и конвекцией, а также

яркостные температуры для всех расчетных зон контура.

Рассчитываем тепловой баланс защитного газа на всех участках его циркуляции

и находим температуры объемных зон.

Решая уравнение теплопроводности для рулонов, находим температурное поле

садки на последующем шаге по времени.

Из теплового баланса дисков конвекторного кольца получаем их температуры на

новом шаге по времени.

В результате расчета теплообмена во внутреннем контуре получаем температуры

рулонов и защитного газа на последующем шаге по времени, а также

коэффициенты теплоотдачи конвекцией и излучением и яркостные температуры

для расчетных зон на внутренней поверхности муфеля.

Находим температуру муфеля на новом шаге по времени путем расчета его

теплового баланса.

По формулам

[pic],

(3)

где Тф - температура футеровки, К;

Тпс - температура продуктов сгорания, К;

Тм - температура муфеля, К;

а1, а2, а3 - эмпирические коэффициенты;

и

[pic]

(4)

где Тр - температура боковой поверхности

нижнего рулона, К;

Тэг - температура защитного газа на выходе из

диффузора направляющего аппарата

стенда, К;

в1, в2, в3, в4 - эмпирические коэффициенты;

(м(мсм(Тм)(((Тм/(()=(лс(Тпс-Тм)+(зг(Тзг-Тм)+(изл.,внут.((Тизл.,внут.-

Тм)+(изл.,нар.((Тизл.,нар.-Тм) (5)

Проверяем условие:

[pic],

(6)

где В - расход топлива, м3/с;

Тст - температура стендовой термопары,

К;

Тзт - температура зональной термопары,

К;

Тзадст , Тзадзт - задание по стендовой и зональной

термопары,

и определяем расход топлива на новом шаге по времени:

Если расход топлива изменился по сравнению с предыдущим шагом по времени,

то продолжаем расчет с п.3, если нет - с п.4.

Окончание расчета - по достижении заданного времени отжига. Технологический

режим ведется путем установления закона изменения во времени заданий

зональной и стендовой термопар:

Тзадст=f(() и Тзадзон=f(().

Данная математическая модель, как указывалось выше, была адаптирована для

КП КарМК в данном исследовании проведена адаптация к условиям работы КП ЛПЦ-

5 ММК.

Адаптация математической модели тепловой работы колпаковой печи

При адаптации математической модели к условиям ЛПЦ-5 ММК были приняты

следующие значения основных параметров, влияющих на длительность и качество

отжига в колпаковой печи. Эти значения приведены в табл. 8 -17.

Таблица 8

Данные по конструкции печи

|Колпак |Муфель |Внутренний |

|Высота от |Внутренний |Высота от |Толщина, |Внутренний |радиус |

|стенда, мм |радиус, мм |стенда, мм |мм |радиус, мм |рулонов, мм|

|5735 |1605 |5400 |0.800 |1150 |800 |

Таблица 9

Футеровка колпака

|Толщина свода печи, |Толщина боковых стен, |Толщина горелочного |

|мм |мм |пояса, мм |

|130 |135 |230 |

Таблица 10

Циркуляция в колпаковой печи

|Производительность ЦВ, тыс. |Время |Время |Объем |

|м3/ч | | | |

|продувка |отжиг |продувки N2, ч|продувки Н2, ч|продувки, N2, |

| | | | |м3/ч |

|14,000 |12,000 |2,000 |2,000 |23,000 |

Таблица 11

Отопление в колпаковой печи

|Максимум |Минимум |Температура |

|Расход газа, |Коэффициент |Расход газа, |Коэффициент |подогрева |

|м3/ч |расхода |м3/ч |расхода |воздуха, 0С |

| |воздуха | |воздуха | |

|144,000 |1,100 |20,000 |1,300 |20 |

Таблица 12

Холодильники в колпаковой печи

|Площадь |Средний |Температура |Расход |Место выдачи |

|поверхности |коэффициент |охлаждающей |охлаждающей |газа из |

|теплообмена, |теплопередачи,|воды, |воды, |холодильника |

|м2 | |0С |м3/с | |

| |Вт/(м2К) | | | |

|55,000 |20,000 |20,000 |1,800 |к муфелю |

Таблица 13

Состав природного газа, %

|СО2 |N2 |H2O |CO |H2 |H2S |CH4 |C2H6|C3H8|C4H1|C5H1|O2 |C2H2|

| | | | | | | | | |0 |2 | | |

|0,00|2,00|0,00|0,00|0,00|0,00|97,6|0,40|0,00|0,00|0,00|0,00|0,00|

|0 |0 |0 |0 |0 |0 | |0 |0 |0 |0 |0 |0 |

Таблица 14

Режим отжига в колпаковой печи

|Началь|Первая |Скорос|Вторая |Услови|Темпер|Время |Темпер|

|ный |выдержка |ть |выдержка |я |а-тура|просто|атура |

|период| |подъем| |оконча|оконча|я под |распак|

|(задан| |а на | |ния |ния |горячи|овки |

|ие): | |вторую| |отжига|отжига|м | |

|колпак| |ступен| |, | |колпак| |

| | |ь, | |время |(по |ом | |

| | |0С/час| |или |холодн| | |

| | | | |темпер|ой | | |

| | | | |а-тура|точке)| | |

| | | | |холодн| | | |

| | | | |ой | | | |

| | | | |точки | | | |

| |продол|темпер| |продол|темпер| | | | |

| |жи-тел|а-тура| |жи-тел|а-тура| | | | |

| |ьность|, | |ьность|, | | | | |

| |, час |0С | |, час |0С | | | | |

|870,00|6,00 |580,00|70,00 |10,00 |650,00|что |690,00|2,00 |150,00|

| | | | | | |быстре| | | |

| | | | | | |е | | | |

Таблица 15

Начальные условия и параметры расчета для отжига

|Начальные условия |Параметры расчета (настройка) |

|Температура |Температура |Шаг по времени|Пирометри- |Степень |

|колпака, 0С |рулона, 0С | |ческий |черноты торца |

| | | |коэффициент |верхнего |

| | | | |рулона |

|400,000 |60,000 |300,000 |0,650 |0,990 |

Изменением настроечных коэффициентов (табл. 16), было обеспечено

соответствие реального и расчетного режима отжига в колпаковых печах ЛПЦ-5,

причем длительность нагрева и выдержки составляет 128 часов, а охлаждения -

63 часа.

Таблица 16

Настроечные коэффициенты

|Коэффициент |Коэффициент |Тст |Тк |

|контакта газа с |заполнения витков в|А(Тмуф+В(Тр+С(|А(Тколп+В(Тмуф+С(Тп|

|торцом рулона |рулоне |Тзг |с |

|100 |300 |500 |700 |100 |300 |500 |700 |А |В |С |А |В |С |К |

|0С |0С |0С |0С |0С |0С |0С |0С | | | | | | | |

|1,30|1,40|1,50|1,60|0,00|0,00|0,00|0,00|0,05|0,05|0,90|0,10|0,80|0,10|0,70|

|0 |0 |0 |0 |2 |2 |2 |2 |0 |0 |0 |0 |0 |0 |0 |

Таблица 17

Сведения о садки колпаковой печи (4 рулона)

|Толщина |Ширина |Плотность|Вес |Наружный |Тип |Доля |

|полосы, |полосы, |смотки, |рулона, |радиус |конвектор|защитного|

|мм |высота |% |т |рулона, |-ного |газа, |

| |рулона, | | |мм |кольца |проходя-щ|

| |мм | | | | |его в |

| | | | | | |кольцо, %|

|1 |2 |3 |4 |5 |6 |7 |

|1,500 |1250 |0,97 |23,000 |975 |Серийные |30,000 |

|1,500 |1250 |0,97 |23,000 |975 |Серийные |30,000 |

|1,500 |1250 |0,97 |23,000 |975 |Серийные |20,000 |

|1,500 |1250 |0,975 |23,000 |975 |Серийные |15,000 |

На рис. 5 приведены кривые изменения коэффициента теплообмена к воздуху -

(. Начальное значение этого коэффициента равно 50, дальнейшее его изменение

приведет к сокращению процесса охлаждения. Чтобы достичь изменения скорости

процесса охлаждения рулонов под муфелем на 25 %, величина коэффициента (

должна равняться 82,53. Также на рис. 5 приведены кривые охлаждения, при

которых коэффициент теплообмена к воздуху соответственно равен 75 и 100.

Влияние коэффициента теплообмена к воздуху - ( на скорость охлаждения садки

колпаковой печи

[pic]

(=50 Вт /(м2(К), 2. (=75 Вт /(м2(К), 3. (=82.53 Вт /(м2(К), 4. (=100 Вт

/(м2(К)

Рис. 5

БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ

Анализ потенциально опасных и вредных факторов, сопутствующих работе с

компьютером

В данном разделе проводится анализ потенциально опасных и вредных

производственных факторов, сопутствующих работе с персональным компьютером.

Анализ условий труда имеет основное значение для разработки мероприятий,

обеспечивающих защиту работающих от опасных и вредных производственных

факторов.

Результаты анализа потенциально опасных и вредных производственных факторов

представлены в табл. 18, в соответствии с ГОСТ 12.0.003-74 /7/.

Таблица 18

Потенциально опасные и вредные факторы

|Наименование |Используемое |Опасные и вредные |

|операции |оборудование |факторы |

|1 |2 |3 |

|Работа с ПК |Процессор, монитор, |Ультрафиолетовое |

| |защитный экран, |излучение, рентгеновское|

| |клавиатура |излучение, гиподинамия, |

| | |прямая и отраженная |

| | |блескость |

|Работа с ПК и принтером |ПК, принтер |Опасный уровень |

| | |напряжения в |

| | |электрической цепи, |

| | |замыкание которой может |

| | |произойти через тело |

| | |человека, U=220 В |

Продолжение табл. 18

|1 |2 |3 |

|Работа с сопутствующей |Учебники, тетради |Недостаток естественного|

|литературой | |освещения, пониженная |

| | |контрастность |

|Работа с принтером |Матричный принтер |Повышенный уровень шума |

| | |на рабочем месте |

Санитарно-гигиеническая и противопожарная характеристики помещений

машинного зала

Исследовательская работа проводится в машинном зале, расположенном в

подвале пятиэтажного здания и имеющем следующие размеры: площадь - 48 м2,

высота - 3,5 м2, объем - 168 м3. Стены зала кирпичные, покрыты штукатуркой

и краской. Пол покрыт линолеумом, потолок побелен.

Все оборудование, применяемое в машинном зале, соответствует «Санитарным

нормам проектирования промышленных предприятий /7/,/11/, /13/ и его

характеристики приведены в табл. 19.

Число одновременно работающих преподавателей и студентов не должно

превышать 14 человек. При этом на одного человека приходится 12 м3 объема и

3,48 м2 площади.

Категория работ - легкая. Работы производятся сидя за столом перед экраном

монитора, не связаны с переносом тяжестей, не требуют больших физических

усилий.

В машинном зале отсутствует избыток тепла, поддерживаются условия для

создания благоприятного микроклимата. Все данные по

климатическим условиям приведены в

табл. 20.

Таблица 19

Оборудование машинного зала

|Наименование оборудования |Количество, шт.|Площадь, м2 |

|Персональные компьютеры (ПК) |11 |6,5 |

|Принтеры |2 |1,7 |

|Столы для установки ПК |8 |24,0 |

|Столы преподавателей |2 |3,6 |

|Шкафы для хранения бумаг и дискет |2 |6,3 |

|Сейф |1 |0,6 |

|Стулья |18 |5,3 |

|ИТОГО: | |48,0 |

Таблица 20

Климатические параметры машинного зала

|Параметры |Значение |

|Температура воздуха в холодный период, 0С |20 |

|Температура воздуха в теплый период, 0С |22 |

|Относительная влажность воздуха, % |50-60 |

|Скорость движения воздуха, м/с |0,1 |

В качестве нагревательных приборов в холодный период года используются

водяные радиаторы с температурой воды до 80 0С.

В машинном зале предусмотрено естественное и искусственное освещение. Нормы

естественного освещения приведены в табл. 21, составленной по СНИП II-4-79

/20/ - /23/.

Искусственное освещение машинного зала представляет собой общее освещение

люминесцентными лампами. Нормы искусственного освещения приведены в табл.

22.

Электроснабжение машинного зала осуществляется присоединением к

низковольтной сети энергосистемы. По опасности поражения электрическим

током машинный зал относится к помещениям с повышенной опасностью. Возможно

одновременное касание металлического корпуса электроустановки и

заземленного трубопровода.

Выполняемые работы относятся пожароопасным категории «В».

Помещение по пожароопасности классифицируется как категории П1-1а, так как

в нем находятся сгораемые предметы: компьютеры, принтеры, шкафы, столы,

стулья. Здание имеет II степень огнестойкости. Стены и перегородки здания

несгораемые, имеют предел огнестойкости 0,25-0,75 часов. Для тушения пожара

в здании предусмотрены огнетушители ОП-5, для тушения электроустановок ОУ-

5.

Проход между столами - 4 метра. Столы с компьютерами стоят вдоль стен.

Ширина выхода - 1,7 метра. Расстояние от наиболее удаленного рабочего места

до выхода из помещения - 9 метров. Машины имеют закрытое исполнение. Это

удовлетворяет требованиям СНИП II-2-80 /21/.

Таблица 21

Нормы естественного освещения

|Выполняе|Наимень-|Разряд |КЕО для |Световой|Коэффи-ц|Коэффи-ц|КЕО, % |

|-мая |ший |зрительн|Шпояса, | |иент |иент | |

|операция|объект, |ых |% |пояс |световог|солнечно| |

| |мм |работ | | |о |го | |

| | | | | |климата |климата | |

|1 |2 |3 |4 |5 |6 |7 |8 |

|Считыва-|0,5 | III |5 |III |1 |1 |5 |

|ние | | | | | | | |

|информа-| | | | | | | |

|ции с | | | | | | | |

|мони- | | | | | | | |

|тора | | | | | | | |

Продолжение табл. 21

|1 |2 |3 |4 |5 |6 |7 |8 |

|Работа с|1 |V |3 |III |1 |1 |3 |

|клавиату| | | | | | | |

|-рой | | | | | | | |

|Распечат|5 |V |3 |II |1 |1 |3 |

|ка на | | | | | | | |

|принтере| | | | | | | |

Таблица 22

Нормы искусственного освещения

|Выполняемая|Разряд |Контраст |Характерист|Освещенност|Освещенност|

| |зритель- |объекта с |ика |ь |ь |

|операция |ных работ |фоном |фона |комбинирова|общая, |

| | | | |н-ная, |лк |

| | | | |лк | |

|Считывание |III |большой |средний |400 |200 |

|информации | | | | | |

|с монитора | | | | | |

|Работа с |V |средний |светлый |400 |200 |

|клавиатурой| | | | | |

| |V |средний |светлый |400 |200 |

|Распечатка | | | | | |

|на принтере| | | | | |

Разработка мер защиты от выявленных опасных и вредных факторов

Расчет искусственного освещения

Необходимо улучшить освещенность машинного зала и пересмотреть количество

люминесцентных ламп.

Исходные данные: лампы - ЛБ 40; площадь зала - 48 м2; освещенность - 200

лк; высота подвеса - 3,5 м; коэффициент запаса - 1,5

Определяем суммарную мощность осветительной установки и количество

светильников методом удельной мощности.

Удельная мощность установки:

Py = 18 Вт/м2 ,

Суммарная мощность установки вычисляется по формуле:

Pх = Py(S,

(7)

где S - площадь зала, м2;

Px = 18(48 = 864 Вт

Количество светильников вычисляется по формуле:

N = Px/(Pл(n)

(8)

где Pл - мощность одной лампы, Вт;

n - количество светильников в лампе, шт.

N = 864 / (400(3) = 7

Результаты расчетов показали, что необходимо добавить один светильник к

шести имеющимся.

Защита от излучения мониторов

Для ослабления излучения мониторов установлены защитные экраны «SEPOMS F-

14SB» на монитор каждого компьютера. Количество защитных экранов - 11 штук.

Данные экраны позволяют снизить аккумуляцию статического электричества,

поглощают 100 % ультрафиолетового и рентгеновского излучения.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5