МЕТАЛЛУРГИЯ ЖЕЛЕЗА – Часть 65

Рассмотрим случай, когда т < 1 и Wr > Wm. На рис. 37 показано изменение температуры газа fr и шихты tm во вре­мени или по высоте печи. В результате теплообмена темпе­ратура шихты почти достигает начальной температуры газо­теплоносителя f0, конечная температура которого на выходе из теплообменника fK. Даже при бесконечно высокой шахте и без учета потерь газ не может отдать шихте все свое тепло; избыточная температура колошника неизбежна. Для бесконечно теплопроводных кусков

Гf CLFFVm u ^niI ^ *

Tjt0 – 1 – .хр {[- —^J [l – — ]т|, (201)

‘Of’

Где Vm — объем материала, м3; F – поверхность кусков, м2/м3; fш — температура материала при выходе из тепло­обменника, 0C; f0- температура газа на входе в тепло­обменник, 0C.

При г = » fm = f0 и tK = ф – (Wm/Wr) ]. Поскольку контактная поверхность в слое неизвестна, удобно вместо аР пользоваться av, где aFF = av. Тогда 142

Рве. 37. Изменение температуры газа и шихты по высоте шахтной печи Рмс. 38. Изменение температуры газа и шихты по высоте шахтной печи

Г Г OLyVul Г Wul – J – I-)

Ги – f.(l – ехр[- [l – — JrJ J. (202)

Г г Illllln

¦ Ч1 – ехрг с„рш<. – о Jj

Jl – ехр[-

Если учесть, что рнас — насыпная плотность, причем Рнас ~ P ш(! – е)> r^e Рш – плотность материала, а е – порозность, то

Объемная теплоемкость слоя Сш = CuiPuaet л T = HZVw тогда

<М 1 – (Wm/WT)]H

= U ‘

F„

(204)

Практически нагрев считается законченным, когда = 0,95tn В этом случае высота этой ступени тепло­обмена

(205)

Я =

3Pmc i

OCyll – (WulZWr)]

В случае, когда т> 1, Wr < Wm, газы все свое тепло отдадут шихте и охладятся до температуры поступающего в

143

Зону материала, но этого тепла не хватит, чтобы нагреть шихту до начальной температуры газов (рис. 38). С тече­нием времени разность температур шихты и газа не умень – шится, а возрастет, и тем значительнее, чем больше Wm/Wr.

Температура газа в ходе теплообмена определяется

Qr = ——————– = 1 – ехр——————————– т . (206)

.нач _ ,нач L r, , ^sJ

‘г ‘ш сшРш ( 1 -С)

Температуру шихты можно определить из выражения ‘о ~ ‘ш Г Wr ¦)

Где t0— начальная температура газа, 0C; fH и tm — на­чальная и конечная температура материала, 0C.

Конечная температура шихты

TOC \o "1-3" \h \z Wr Г Wr^

= f° IT + H1 " "^J – (208>

Высота нижней ступени теплообмена

– е>

H = —————————- . (209)

Лу[ (WmIWt – 1)] . .. V

Вышеприведенные формулы относятся к кускам с бесконеч­ной теплопроводностью. Для реального куска эти уравнения справедливы, если удастся определить величину внутреннего теплового сопротивления кусков. Тогда коэффициент тепло­отдачи (а) должен иметь значение суммарного коэффициента теплоотдачи.

По Б. И.Китаеву, для шарообразных кусков

Г CCf FyulIl – (WmIWr) ] 1

TJU – 1 – ехР[- ^iiill. (afR/5X)] 4 (2Ю) где Tx – время нагрева куска; R – размер куска; X – теплопроводность куска.

OLp

Величина ^ + (apR/sX) является суммарным коэффициен­том теплоотдачи. В этом случае 1/а^ = (l/af) + (Д/5Х),

Где первое слагаемое характеризует внешний, а второе—, внутренний теплообмены.

При малой теплопроводности кусков нагрев лимитируется внутренним теплообменом, а при высокой— внешним. Обычно величину OCg определяют опытным путем.

Современная теория теплообмена в шахтных печах создана Б. И.Китаевым и его учениками. Согласно этой теории в высокотемпературной шахтной печи существуют две ступени теплообмена (верхняя и нижняя). Для верхней зоны Wr > Wm, т. е. газ несет всегда больше тепла, чем может принять шихта, поэтому температура колошникового газа не может быть равна температуре окружающей среды.

Рассматривая нагрев единичного куска, руководствуемся следующими соображениями. Коэффициент теплопередачи а по­казывает, какое количество тепла обменивается между газом и поверхностью твердой среды при разнице температур I0C. В результате для теплового потока