Расчет вертикальной стены под уровнем расплава

Определяем материал и толщину рабочего слоя ограждения с учетом заданной основности расплава О = 2.6. Согласно табл. 3.8[1] расплав является ультраосновным. Температура внутренней поверхности рабочего слоя равна температуре расплава , высота стены 2,76м. 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. 3.13[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. 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], принимаем к установке во втором слое шамотный легковес ШКЛ-1.0 со следующими рабочими свойствами:

Принимаем температуру на внешней границе второго слоя :

Толщина второго слоя δ₂ легковеса:

Выбираем толщину второго слоя: . Уточняем температуру на внешней границе второго слоя:

 

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

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:

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

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

 

Окончательно получим:

 

В качестве материала четвертого слоя по приложению 15 [1] принимаем к установке асбазурит мастичный 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:

Расчет свода

Так как свод копильника – распорный и внутренняя поверхность рабочего слоя свода контактирует с окислительной (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

= =922.77 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:

 

=0,017 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:

 

Расчет подины

Внутренняя поверхность рабочего слоя подины копильника контактирует с основным расплавом. При высоте расплава 0,892 м и падении его температуры по глубине 105 град./м находим температуру расплава на поверхности рабочего слоя подины:

Подина подвергается механической нагрузке. Таким образом, основной задачей при проектировании подины является обеспечение ее герметичности и механической прочности.

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

Толщину рабочего слоя принимаем равной 0,230 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 =

=813.87º С

Вт/(м·К)

Определяем уточненное значение :

= =847.14º С

Сопоставляем расчетное значение с принятым значением :

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 =0,345 м (5 кирпичей на плашку) и определяем температуру наружной поверхности слоя шамота Т ₂. Для этого задаем и определяем значение :

Вт/(м·К)

Уточняем значение Т ₂:

= 473.53º 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 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:

=0,063 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: