Введення.
Нагрівальні печі в ковальських цехах використовують для нагрівання під пластичну деформацію і під термічну обробку. Нагрівальні печі для нагріву заготовок, злитків або блюмсов з чорних і кольорових металів під ковку, пресування, штампування, висадку, гнучка й печі для термічної обробки деталей, що поліпшує їх властивості, працюють при 150-1300 С. Вимоги, до нагрівальних сучасним печей:
1) забезпечення необхідної температури і заданого режиму нагріву;
2) висока теплова економічність з повним спалюванням палива і максимальним к.к.д.;
3) простота конструкції і мінімальні габаритні розміри, що забезпечують нагрів великого асортименту виробів при різних режимах і з високою продуктивністю;
4) механізація і автоматизація завантаження і вивантаження виробів, а також їх просування в печі, що збільшує її продуктивність, полегшує обслуговування і дозволяє встановлювати в загальному виробничому потоці цеху або в потокових автоматичних лініях;
5) автоматичне регулювання теплового режиму, що забезпечує більш точне дотримання заданого режиму в порівнянні з ручним регулюванням; У результаті цього підвищується якість нагріваються виробів;
6) зручність обслуговування при експлуатації та ремонті;
7) можливість застосування захисної контрольованої атмосфери для отримання без окисного нагріву метала.
Всім цим вимогам в першу чергу задовольняють електричні та газові печі, що працюють на природному газі і отримують переважне застосування в ковальсько-термічних печах. При нагріванні стали під пластичну деформацію температура печі повинна бути не нижче 1250 С. У ковальських печах цю температуру найбільш просто досягти при використанні високо калорійного палива з високою теоретичною температурою горіння.
Для отримання робочої температури 1200-1250 З теоретична температура горіння палива повинна бути для камерних та щілинних печей не нижче 1850 С, для методичних штовхальних - не нижче 1700С, Такі температури можна отримати і при спалюванні низькокалорійного палива, використовуючи для горіння підігріте повітря.
У печах з інтенсивною циркуляцією газів вироби нагріваються рівномірно. Більш високі вимоги по рівномірності нагрівання пред'являють до печей для нагрівання виробів і заготовок з легких сплавів і до термічних печей. У цих випадках максимальна різниця температур в різних точках виробу не повинна перевищувати 10С. Перепад температур визначають термопарами, поміщеними в декількох точках нагрівається вироби. Чим досконаліше конструкція печі, тим менше перепад.
1 Призначення і принцип роботи печі
Призначення і область застосування. Печі нагрівальні камерні з висувним подом застосовуються для нагріву злитків або великих заготовок під кування з кінцевою температурою нагріву 1100 - 1300 С. Завантаження на під і з'їм заготовок з пода здійснюються за допомогою засобів цехової механізації (зазвичай мостовими кранами).
Продуктивність печей може змінюватися в залежності від марки сталі, розмірів заготовок або злитків, виду палива і повинна уточнюватися в кожному конкретному випадку.
Склад установки печі. До комплекту установки печі входять рейкові шляхи як у печі, так і зовнішні, механізми викатки пода і підйому заслінок, а також прилади теплового контролю і автоматики.
Основні технічні рішення. Печі цього типу опалюються природним газом або рідким паливом нафтовим (мазутом), спалюється за допомогою типових пальників або форсунок. Застосування для печей з висувним подом газових пальників середнього тиску (інжекційних) не рекомендується.
Для підігріву повітря, що йде на горіння, печі цього типу обладнуються рекуператором (трубчастими, голчастими або радіаційними).
Продукти горіння відводяться в борів і димову трубу або вгору під парасольку і далі в систему цехових димопроводов.
Тепловий режим і режим тисків у печах підтримуються автоматично.
Кладка печей виконується з шамотної, шамотного легковісного, діатомового і глиняного (червоного) цегли і полягає в зварний металевий каркас з обшивкою з листової сталі. Печі встановлюються на спеціальний фундамент, загальний для печі і для рейкових шляхів висувного пода (усередині печі і поза нею).
У фундаменті передбачаються приямки для розміщення механізмів викатки пода і для механізмів підйому заслінки.
Подини печей складаються з рами, звареної з прокату, литий гарнітури і футеровки з шамотної нормального і легковісного цегли. Рама подини переміщається на ланцюгах ковзанок.
Механізми викатки пода застосовуються з рейками цевочного типу. Як механізми підйому заслінок використовуються типізовані електричні лебідки або гідравлічні підйомники.
Розташування механізмів може бути як правим, так і лівим.
У разі необхідності викатки пода на трансбордер Подина встановлюється на колесах та викочування її здійснюється за допомогою механізму трансбордер.
Малюнок 1 Піч з викатним подом
1 - Шлях роликовий;
2 - Механізм викочування пода;
3 - Під викочування;
4 - дверцятами;
5 - Механізм підйому дверцят;
6 - Каркас;
7 - Футеровка;
8 - Пальник;
9 - Димар;
10 - Рекуператор;
11 - Димар.
2 Розрахунок горіння палива
2.1 Розрахунок кількості повітря
Піч опалюється природним газом родовище "Елшанское" при n = 1,07
Склад газу
Таблиця 1.1
Хімічні реакції горіння
СН 4 + 2О 2 = СО 2 + 2Н 2 О
З 2 Н 6 + 3,5 О 2 = 2СО 2 + 3Н 2 О
З 2 Н 8 + 4О 2 = 2СО 2 + 4Н 2 О
З 4 Н 10 + 6,5 О 2 = 4СО 2 + 5Н 2 О
N 2т N 2п.г.
Розрахунок ведемо на 100м 3 газу.
2.2 Розрахунок кількості та складу продуктів горіння
Табліца1.2 Розрахунок горіння палива
2.3 Розрахунок температури горіння
Температура горіння палива - важливий показник при розрахунку горіння палива. Розрізняють температури калориметричну, теоретичну і практичну.
Калориметричної температурою t до горіння називають температуру, яку мали б продукти горіння при відсутності втрат теплоти в навколишній простір і на дисоціацію. У цьому випадку мають на увазі, що вся теплота, що виділяється при згорянні, йде тільки на нагрів продуктів горіння. Калориметричних температура є розрахунковою величиною.
1. Визначають склад продуктів горіння палива, Q н і обсяг продуктів горіння одиниці палива V п.г.пр. при заданому коефіцієнті витрати повітря n.
2. Визначають дійсне питома кількість теплоти 1 м 3 продуктів горіння (кДж / м 3):
i П.Г. = Q н / V, п.г.пр.
i п.р. - дійсне питома кількість теплоти
Q н - теплота згоряння газоподібного палива
V, п.г.пр. - обсяг продуктів горіння практичний
V, п.г.пр. = 1100,88: 100 = 11,0088 м 3
Q н = 358 * СН 4 + 638 * С 2 Н 6 + 913 * С 2 Н 8 + 1187 * З 4 Н 10 = 358 * 93,7 + 638 * 0,7 + 913 * 0,6 + 1187 * 0 , 6 = 5051,2 кДж / м 3
i п.г.пр. = 5051,2 / 11,0088 = 458,833 кДж / м 3
3. За значенням отриманого питомої кількості теплоти продуктів горіння i П.Г. приблизно визначають відповідну йому температуру продуктів горіння t 1.
4. По температурі t 1 розраховують питома кількість теплоти 1 м 3 продуктів горіння даного складу (кДж / м 3):
при 1900С
i 1 = 0,01 * t 1 (СО 2 * ССО 2 + Н 2 О * Сн 2 про + N 2 * З N 2 + О 2 * З 2) i 1 = 0,01 * 1900 (8,97 * 2,42 + 17,70 * 1,93 + 72,11 * 1,48 + 1,22 * 1,57) = 3125,69 кДж / м 3
при 2000С
i 2 = 0,01 * t 2 (СО 2 * ССО 2 + Н 2 О * Сн 2 про + N 2 * З N 2 + О 2 * З 2) i 2 = 0,01 * 2000 (8,97 * 2,43 + 17,70 * 1,94 + 72,11 * 1,49 + 1,22 * 1,58) = 3310,2 кДж / м 3
5. За значеннями температур t 1 і t 2 і питомою кількостей теплоти i 1п.г. і i 2п.г, відповідним цим температур, знаходять t к.
i 0-i 1
t к = t 1 + ─ ─ ─
i 2-i 1
458,833 - 3125,69
t к = t 1 + ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ = 1885,55 З
3310,2 - 3125,69
t пр. = Η * t к, де η = 0,62 ... .. 0,82 t пр. = 0,62 * 1885,55 = 1169,041
2.4 Матеріальний баланс горіння
Надійшло: Отримано:
газу в 100м 3, у тому числі в кг: продуктів горіння в кг:
СН 4 = 93,7 * 16 / 22,4 = 66,929 СО 2 = 98,7 * 44 / 22,4 = 193,875
З 2 Н 6 = 0,7 * 30 / 22,4 = 0,938 Н 2 О = 194,9 * 18 / 22,4 = 156,616
З 2 Н 8 = 0,6 * 32 / 22,4 = 0,857 N 2 = 793,55 * 28 / 22,4 = 991,938
З 4 Н 10 = 0,6 * 58 / 22,4 = 1,554 О 2 = 13,73 * 32 / 22,4 = 19,614
N 2 = 4,4 * 28 / 22,4 = 5,5
75,778 1362,043
Повітря: Про 2 = 209,88 * 32 / 22,4 = 299,829
N 2 = 789,15 * 28 / 22,4 = 986,438
1286,267
Σ прих = 75,778 + 1286,267 = 1362,045 кг
Σ расх = 1362,043 кг
3 Розрахунок нагрівання металу
3.1 Розрахунок нагрівання металу в I інтервалі
Температура металу
t м н + t м I до
tмI =, С де t м I к - прийміть 600 С.
2
tм н - температура металу початкова, З
tм I до - температура металу кінцева, З
20 + 600
tмI = = 310 З
2
Температура газу
t р I н + t р I до
tгI = 2, С де t р I к - прийміть 1150 С.
tгI н - температура газу початкова, З
tгI до - температура газу кінцева, З
800 + 1150
tгI = = 975 З
2
Температура кладки
t м I + t р I
tклI =, З
2
310 + 975
tклI = = 642,5 З
2
Парціальний тиск випромінюючих компонентів продуктів згоряння
Vсо 2
РСО 2 = Рат, кПа,
Vсм
де Рат = 98,1 кПа;
Vсо 2 - процентний вміст СО 2 у продуктах згоряння палива,%;
Vсм = 100%.
8,97
РСО 2 = 98,1 = 8,8 кПа
100
Vн 2 про
Рн 2 про = Рат, кПа,
Vсм
де Vн 2 про - процентний вміст Н 2 О в продуктах згорання,%.
17,70
Рн 2 про = 98,1 = 17,4 кПа
100
Ефективна довжина променя
V ВНL - hbl
Sеф = 3,6 =, м,
F Fк + Fм
де В - ширина робочого простору печі, м
(В = b + 2а, де а = 0,5 м); У = 0,7 + 2 * 0,5 = 1,7 м
Н - висота робочого простору (прийміть Н = 1,8 м);
L - довжина робочого простору, м (L = l + 0,5); L = 2,4 + 0,5 = 2,9 м
Fк - площа внутрішньої поверхні робочого простору печі (за винятком площі зайнятої металом), м 2
(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 = 24,74 м 2
Fм - площа теплосприймаючої поверхні металу, м 2
(Fм = 2bh + 2hl + bl). Fм = 2 * 0,7 * 0,8 = 2 * 0,8 * 2,4 + 0,7 * 2,4 = 6,64 м 2
1,7 * 1,8 * 2,9 - 0,8 * 0,7 * 2,4
Sеф = 3,6 = 0,864 м
24,74 + 6,64
Визначимо твір
РСО 2 * Sеф, кПа * м; 8,8 * 0,864 = 7,6
Рн2о * Sеф, кПа * м; 17,4 * 0,864 = 15
Виконаємо номограми
εсо 2 = 0,09, де εсо 2 - ступінь чорноти вуглекислого газу, що міститься в продуктах згоряння;
ε, н 2 о = 0,13, де εн 2 про - ступінь чорноти водяної пари;
β = 1,12, де β - поправочний коефіцієнт.
Ступінь чорноти газу
ε, м = εсо 2 + β * ε, н 2 про
ε, м = 0,09 + 1,12 * 0,13 = 0,24
Для природного газу
εгI = 1,5 * ε, г;
εгI = 1,5 * 0,24 = 0,36
Для мазуту
εг = 2,5 * εг;
εг = 2,5 * 0,24 = 0,6
Ступінь розвитку кладки
Fк
ω =.
Fм
24,74
ω = = 3,73
6,64
Номограма для визначення εсо 2
εсо 2
0,09
975 t, C
Малюнок 2 Номограма для визначення εсо 2
Номограма для визначення ε, н 2 про
ε, н 2 про
0,13
t, З
975
Малюнок 3 Номограма для визначення εн 2 про
Номограма для визначення β
β
1,12
Рн 2 О, кПа
Малюнок 4 Номограма для визначення β
Визначимо значення комплексів, приймаючи εм = 0,8; εк = 0,6.
1 січня
М = 1 - (1 - εг) * (1 - εк) * (1 - ω) - (1 - εг) 2 * (1 - εм) * (1 - εк) *;
ω
Нагрівальні печі в ковальських цехах використовують для нагрівання під пластичну деформацію і під термічну обробку. Нагрівальні печі для нагріву заготовок, злитків або блюмсов з чорних і кольорових металів під ковку, пресування, штампування, висадку, гнучка й печі для термічної обробки деталей, що поліпшує їх властивості, працюють при 150-1300 С. Вимоги, до нагрівальних сучасним печей:
1) забезпечення необхідної температури і заданого режиму нагріву;
2) висока теплова економічність з повним спалюванням палива і максимальним к.к.д.;
3) простота конструкції і мінімальні габаритні розміри, що забезпечують нагрів великого асортименту виробів при різних режимах і з високою продуктивністю;
4) механізація і автоматизація завантаження і вивантаження виробів, а також їх просування в печі, що збільшує її продуктивність, полегшує обслуговування і дозволяє встановлювати в загальному виробничому потоці цеху або в потокових автоматичних лініях;
5) автоматичне регулювання теплового режиму, що забезпечує більш точне дотримання заданого режиму в порівнянні з ручним регулюванням; У результаті цього підвищується якість нагріваються виробів;
6) зручність обслуговування при експлуатації та ремонті;
7) можливість застосування захисної контрольованої атмосфери для отримання без окисного нагріву метала.
Всім цим вимогам в першу чергу задовольняють електричні та газові печі, що працюють на природному газі і отримують переважне застосування в ковальсько-термічних печах. При нагріванні стали під пластичну деформацію температура печі повинна бути не нижче 1250 С. У ковальських печах цю температуру найбільш просто досягти при використанні високо калорійного палива з високою теоретичною температурою горіння.
Для отримання робочої температури 1200-1250 З теоретична температура горіння палива повинна бути для камерних та щілинних печей не нижче 1850 С, для методичних штовхальних - не нижче 1700С, Такі температури можна отримати і при спалюванні низькокалорійного палива, використовуючи для горіння підігріте повітря.
У печах з інтенсивною циркуляцією газів вироби нагріваються рівномірно. Більш високі вимоги по рівномірності нагрівання пред'являють до печей для нагрівання виробів і заготовок з легких сплавів і до термічних печей. У цих випадках максимальна різниця температур в різних точках виробу не повинна перевищувати 10С. Перепад температур визначають термопарами, поміщеними в декількох точках нагрівається вироби. Чим досконаліше конструкція печі, тим менше перепад.
1 Призначення і принцип роботи печі
Призначення і область застосування. Печі нагрівальні камерні з висувним подом застосовуються для нагріву злитків або великих заготовок під кування з кінцевою температурою нагріву 1100 - 1300 С. Завантаження на під і з'їм заготовок з пода здійснюються за допомогою засобів цехової механізації (зазвичай мостовими кранами).
Продуктивність печей може змінюватися в залежності від марки сталі, розмірів заготовок або злитків, виду палива і повинна уточнюватися в кожному конкретному випадку.
Склад установки печі. До комплекту установки печі входять рейкові шляхи як у печі, так і зовнішні, механізми викатки пода і підйому заслінок, а також прилади теплового контролю і автоматики.
Основні технічні рішення. Печі цього типу опалюються природним газом або рідким паливом нафтовим (мазутом), спалюється за допомогою типових пальників або форсунок. Застосування для печей з висувним подом газових пальників середнього тиску (інжекційних) не рекомендується.
Для підігріву повітря, що йде на горіння, печі цього типу обладнуються рекуператором (трубчастими, голчастими або радіаційними).
Продукти горіння відводяться в борів і димову трубу або вгору під парасольку і далі в систему цехових димопроводов.
Тепловий режим і режим тисків у печах підтримуються автоматично.
Кладка печей виконується з шамотної, шамотного легковісного, діатомового і глиняного (червоного) цегли і полягає в зварний металевий каркас з обшивкою з листової сталі. Печі встановлюються на спеціальний фундамент, загальний для печі і для рейкових шляхів висувного пода (усередині печі і поза нею).
У фундаменті передбачаються приямки для розміщення механізмів викатки пода і для механізмів підйому заслінки.
Подини печей складаються з рами, звареної з прокату, литий гарнітури і футеровки з шамотної нормального і легковісного цегли. Рама подини переміщається на ланцюгах ковзанок.
Механізми викатки пода застосовуються з рейками цевочного типу. Як механізми підйому заслінок використовуються типізовані електричні лебідки або гідравлічні підйомники.
Розташування механізмів може бути як правим, так і лівим.
У разі необхідності викатки пода на трансбордер Подина встановлюється на колесах та викочування її здійснюється за допомогою механізму трансбордер.
Малюнок 1 Піч з викатним подом
1 - Шлях роликовий;
2 - Механізм викочування пода;
3 - Під викочування;
4 - дверцятами;
5 - Механізм підйому дверцят;
6 - Каркас;
7 - Футеровка;
8 - Пальник;
9 - Димар;
10 - Рекуператор;
11 - Димар.
2 Розрахунок горіння палива
2.1 Розрахунок кількості повітря
Піч опалюється природним газом родовище "Елшанское" при n = 1,07
Склад газу
Таблиця 1.1
| СН 4 | З 2 Н 6 | З 2 М 8 | З 4 Н 10 | N 2 | СО 2 |
| 93,7 | 0,7 | 0,6 | 0,6 | 4,4 | - |
СН 4 + 2О 2 = СО 2 + 2Н 2 О
З 2 Н 6 + 3,5 О 2 = 2СО 2 + 3Н 2 О
З 2 Н 8 + 4О 2 = 2СО 2 + 4Н 2 О
З 4 Н 10 + 6,5 О 2 = 4СО 2 + 5Н 2 О
Розрахунок ведемо на 100м 3 газу.
2.2 Розрахунок кількості та складу продуктів горіння
Табліца1.2 Розрахунок горіння палива
| Паливо | Повітря, м 3 | Продукти горіння, м 3 | ||||||||
| Складові | Вміст,% | Кількість, м 3 | О 2 | N 2 | Всього | СО 2 | Н 2 О | О 2 | N 2 | Всього |
| СН 4 | 93,7 | 93,7 | 187,4 | 196,15 * 3,76 = 737,52 | 196,15 +737,52 = 933,67 | 93,7 | 187,4 | - | 737,52 +4,4 = 741,92 | 98,7 +194,9 +741,92 = 1035,52 |
| З 2 Н 6 | 0,7 | 0,7 | 2,45 | 1,4 | 2,1 | - | ||||
| З 2 М 8 | 0,6 | 0,6 | 2,4 | 1,2 | 2,4 | - | ||||
| З 4 Н 10 | 0,6 | 0,6 | 3,9 | 2,4 | 3 | - | ||||
| N 2 | 4,4 | 4,4 | - | - | - | - | ||||
| СО 2 | - | - | - | - | - | - | ||||
| 100 | 100 | 196,15 | 737,52 | 933,67 | 98,7 | 194,9 | - | 741,92 | 1035,52 | |
| Коефіцієнт витрати повітря, n | n = 1,0 складу,% | 21 | 79 | 100 | 9,53 | 18,82 | - | 71,65 | 100,00 | |
| n = 1,07 кількості,% | 209,88 | 789,15 | 999,02 | 98,7 | 194,9 | 13,73 | 793,55 | 1100,88 | ||
| n = 1,07 склад,% | 21 | 79 | 100 | 8,97 | 17,70 | 1,22 | 72,11 | 100,00 | ||
Температура горіння палива - важливий показник при розрахунку горіння палива. Розрізняють температури калориметричну, теоретичну і практичну.
Калориметричної температурою t до горіння називають температуру, яку мали б продукти горіння при відсутності втрат теплоти в навколишній простір і на дисоціацію. У цьому випадку мають на увазі, що вся теплота, що виділяється при згорянні, йде тільки на нагрів продуктів горіння. Калориметричних температура є розрахунковою величиною.
1. Визначають склад продуктів горіння палива, Q н і обсяг продуктів горіння одиниці палива V п.г.пр. при заданому коефіцієнті витрати повітря n.
2. Визначають дійсне питома кількість теплоти 1 м 3 продуктів горіння (кДж / м 3):
i П.Г. = Q н / V, п.г.пр.
i п.р. - дійсне питома кількість теплоти
Q н - теплота згоряння газоподібного палива
V, п.г.пр. - обсяг продуктів горіння практичний
V, п.г.пр. = 1100,88: 100 = 11,0088 м 3
Q н = 358 * СН 4 + 638 * С 2 Н 6 + 913 * С 2 Н 8 + 1187 * З 4 Н 10 = 358 * 93,7 + 638 * 0,7 + 913 * 0,6 + 1187 * 0 , 6 = 5051,2 кДж / м 3
i п.г.пр. = 5051,2 / 11,0088 = 458,833 кДж / м 3
3. За значенням отриманого питомої кількості теплоти продуктів горіння i П.Г. приблизно визначають відповідну йому температуру продуктів горіння t 1.
4. По температурі t 1 розраховують питома кількість теплоти 1 м 3 продуктів горіння даного складу (кДж / м 3):
при 1900С
i 1 = 0,01 * t 1 (СО 2 * ССО 2 + Н 2 О * Сн 2 про + N 2 * З N 2 + О 2 * З 2) i 1 = 0,01 * 1900 (8,97 * 2,42 + 17,70 * 1,93 + 72,11 * 1,48 + 1,22 * 1,57) = 3125,69 кДж / м 3
при 2000С
i 2 = 0,01 * t 2 (СО 2 * ССО 2 + Н 2 О * Сн 2 про + N 2 * З N 2 + О 2 * З 2) i 2 = 0,01 * 2000 (8,97 * 2,43 + 17,70 * 1,94 + 72,11 * 1,49 + 1,22 * 1,58) = 3310,2 кДж / м 3
5. За значеннями температур t 1 і t 2 і питомою кількостей теплоти i 1п.г. і i 2п.г, відповідним цим температур, знаходять t к.
i 0-i 1
t к = t 1 + ─ ─ ─
i 2-i 1
458,833 - 3125,69
t к = t 1 + ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ = 1885,55 З
3310,2 - 3125,69
t пр. = Η * t к, де η = 0,62 ... .. 0,82 t пр. = 0,62 * 1885,55 = 1169,041
2.4 Матеріальний баланс горіння
Надійшло: Отримано:
газу в 100м 3, у тому числі в кг: продуктів горіння в кг:
СН 4 = 93,7 * 16 / 22,4 = 66,929 СО 2 = 98,7 * 44 / 22,4 = 193,875
З 2 Н 6 = 0,7 * 30 / 22,4 = 0,938 Н 2 О = 194,9 * 18 / 22,4 = 156,616
З 2 Н 8 = 0,6 * 32 / 22,4 = 0,857 N 2 = 793,55 * 28 / 22,4 = 991,938
З 4 Н 10 = 0,6 * 58 / 22,4 = 1,554 О 2 = 13,73 * 32 / 22,4 = 19,614
N 2 = 4,4 * 28 / 22,4 = 5,5
75,778 1362,043
Повітря: Про 2 = 209,88 * 32 / 22,4 = 299,829
N 2 = 789,15 * 28 / 22,4 = 986,438
1286,267
Σ прих = 75,778 + 1286,267 = 1362,045 кг
Σ расх = 1362,043 кг
3 Розрахунок нагрівання металу
3.1 Розрахунок нагрівання металу в I інтервалі
Температура металу
2
tм н - температура металу початкова, З
tм I до - температура металу кінцева, З
20 + 600
2
Температура газу
tгI н - температура газу початкова, З
tгI до - температура газу кінцева, З
800 + 1150
2
Температура кладки
2
310 + 975
2
Парціальний тиск випромінюючих компонентів продуктів згоряння
Vсо 2
Vсм
де Рат = 98,1 кПа;
Vсо 2 - процентний вміст СО 2 у продуктах згоряння палива,%;
Vсм = 100%.
8,97
100
Vн 2 про
Vсм
де Vн 2 про - процентний вміст Н 2 О в продуктах згорання,%.
17,70
100
Ефективна довжина променя
V ВНL - hbl
F Fк + Fм
де В - ширина робочого простору печі, м
(В = b + 2а, де а = 0,5 м); У = 0,7 + 2 * 0,5 = 1,7 м
Н - висота робочого простору (прийміть Н = 1,8 м);
L - довжина робочого простору, м (L = l + 0,5); L = 2,4 + 0,5 = 2,9 м
Fк - площа внутрішньої поверхні робочого простору печі (за винятком площі зайнятої металом), м 2
(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 = 24,74 м 2
Fм - площа теплосприймаючої поверхні металу, м 2
(Fм = 2bh + 2hl + bl). Fм = 2 * 0,7 * 0,8 = 2 * 0,8 * 2,4 + 0,7 * 2,4 = 6,64 м 2
1,7 * 1,8 * 2,9 - 0,8 * 0,7 * 2,4
24,74 + 6,64
Визначимо твір
РСО 2 * Sеф, кПа * м; 8,8 * 0,864 = 7,6
Рн2о * Sеф, кПа * м; 17,4 * 0,864 = 15
Виконаємо номограми
εсо 2 = 0,09, де εсо 2 - ступінь чорноти вуглекислого газу, що міститься в продуктах згоряння;
ε, н 2 о = 0,13, де εн 2 про - ступінь чорноти водяної пари;
β = 1,12, де β - поправочний коефіцієнт.
Ступінь чорноти газу
ε, м = εсо 2 + β * ε, н 2 про
ε, м = 0,09 + 1,12 * 0,13 = 0,24
Для природного газу
εгI = 1,5 * ε, г;
εгI = 1,5 * 0,24 = 0,36
Для мазуту
εг = 2,5 * εг;
εг = 2,5 * 0,24 = 0,6
Ступінь розвитку кладки
Fк
Fм
24,74
6,64
Номограма для визначення εсо 2
Малюнок 2 Номограма для визначення εсо 2
Номограма для визначення ε, н 2 про
ε, н 2 про
975
Малюнок 3 Номограма для визначення εн 2 про
Номограма для визначення β
β
Малюнок 4 Номограма для визначення β
Визначимо значення комплексів, приймаючи εм = 0,8; εк = 0,6.
1 січня
ω
1 січня
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
Питомий тепловий потік результуючого випромінювання
qмI рез = С 0 * А [(tгI + 273) 4 - (tмI + 273) 4] + З 0 * У [(tкI + 273) 4 - (tмI + 273) 4]
100 100 100 100
Вт / м 2, де С 0 - коефіцієнт лучеиспускания абсолютно чорного тіла, = 5,7 Вт / м 2 * К 4.
qмI рез = 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 / м 2
100
Коефіцієнт тепловіддачі випромінюванням
qмI рез
ЈI изл =, Вт / м 2 * К
tгI - tмI
110072,5
ЈI изл = = 165,5 Вт / м 2 * К
975 - 310
Сумарний коефіцієнт тепловіддачі
ЈΣ 1 = Јкон + ЈI изл, Вт / м 2 * К, де Јкон - коефіцієнт тепловіддачі конвекцією = 15 Вт / м 2 * К.
ЈΣ 1 = 15 + 165,5 = 180,5 Вт / м 2 * К
Заготівлю прямокутного перерізу з b ≤ 1,8 можна представити у вигляді
h
еквівалентного циліндра з діаметром
dе = 1,128 * √ h * b, м. dе = 1,128 * √ 0,8 * 0,7 = 0,9 м.
Критерій Біо
ЈΣI * S
Вi I =
λ
Ј - коефіцієнт тепловіддачі
S - прогрівається товщина вироби
λ-коефіцієнт теплопровідності
180,5 * 0,35
ВII = = 1,3
48,6
Температурний критерій
tгI - tпов
QповI = tгI - t м н
tпов - температура поверхні
975 - 600
QповI = = 0,4
975 - 20
Час нагріву металу в I інтервалі
τI = F 0 I S 2, З
а
де F 0 I - критерій Фур'є в I інтервалі
а - коефіцієнт температуропровідності стали
0,12
τI = 0,8 0,000001 = 9600: 3600 = 2 години
Температура в центрі заготівлі в кінці I інтервалу періоду нагріву
tцентI = tгI - Qцент I * (tгI - tм н), З
QцентI - температурний критерій у центрі заготівлі в кінці I інтервалу
tцентI = 975 - 0,68 * (975 - 20) = 325,6 З
Середня по перетину температура заготовки в кінці I інтервалу періоду нагріву
tмI до + tцентI 600 + 325,6
tI-II = 2, З tI-II = = 462,8 З
2
3.2 Розрахунок нагрівання металу в II інтервалі
Температура поверхні металу змінюється від tмII н, С = 600 С, до tмII до, З = 1000 С.
Температура газу змінюється від tгII н, З = 1150 С, до tгII до, З = 1300 С.
Середні за інтервал температури:
t н мII + t до мII 600 + 1000
tмII = 2, З tмII = 2 = 800 C
t н гII + t до гII 1150 + 1300
tгII = 2, З tгII = 2 = 1 225 З
tмII + tгII 800 + 1225
tкII = 2, З tкII = 2 = 1013 З
Середня в II інтервалі щільність потоку результуючого випромінювання металу
qмII рез = С 0 * А [(tгII + 273) 4 - (tмII + 273) 4] + З 0 * У [(tкII + 273) 4 - (tмII + 273) 4]
100 100 100 100
1125 + 273 800 + 273 1013 + 273
qмII рез = 5,7 * 0,76 [() 4 - () 4] + 5,7 * 0,3 [() 4 -
100 100 100
800 + 273
() 4] = 132097,9 Вт / м 2
100
Середній за II інтервал коефіцієнт тепловіддачі випромінюванням
qмII рез 132097,9
ЈII изл =, Вт / м 2 * К ЈII изл = = 310,8 Вт / м 2 * К
tгII - tмII 1225 - 800
Приймемо коефіцієнт тепловіддачі конвекцією Ј конв II = 15 Вт / м 2 * К
Сумарний коефіцієнт тепловіддачі
ЈΣ 1 I = ЈII конв + ЈII изл, Вт / м 2 * К, ЈΣ 1 I = 15 + 310,8 = 325,8 Вт / м 2 * К
Критерій Біо
ЈΣII * S 325,8 * 0,35
Вi II = = 30,2 = 3,8
λ
Температурний критерій
tгII - t до мII 1225 - 1000
QповII = tгII - tI-II = = 0,3
1225 - 462,8
Тривалість II інтервалу періоду нагріву
0,4 * 0,12
τII = F 0 II S 2, З τII = = 18182 С, 18182: 3600 = 5 год
а 0,0000055
Температура в центрі заготівлі в кінці II інтервалу періоду нагріву
tцентII = tгII - Qцент II * (tгII - tI-II), З tцентII = 1225 - 0,6 * (1225 - 462,8) = 767,7 З
Середня по перетину температура заготовки в кінці II інтервалу періоду нагріву
t до мII + tцентII 1000 + 767,7
tII-III =, З tII-III = 2 = 884 C
2
III інтервал
Температура поверхні металу змінюється від t н мIII, С = 1000, до t до мIII, З = 1250
Температура газу змінюється від t н гIII, С = 1300, до t до гIII, С = 1400.
Середні за інтервал температури:
t н мIII + t до мIII 1000 + 1250
tмIII = 2, З tмIII = = 1125 З
2
t н гIII + t до гIII
tгIII =, З 1300 + 1300
2 tгIII = = 1300 З
2
tмIII + tгIII 1125 + 1300
tкIII =, З tкIII = 2 = 1213 C
2
Середня в III інтервалі щільність потоку результуючого випромінювання металу
qмIII рез = С 0 * А [(tгIII + 273) 4 - (tмIII + 273) 4] + З 0 * У [(tкIII + 273) 4 -
100 100 100
tмIII + 273
() 4], Вт / м 2
100
1300 +273 1125 + 273 1213 +173
qмIII рез = 5,7 * 0,76 [() 4 - () 4] + 5,7 * 0,3 [() 4 -
100 100 100
1125 + 273
(100) 4] = 117767,6 Вт / м 2
Середній за III інтервал коефіцієнт тепловіддачі випромінюванням
qмIII рез 117767,6
ЈIII изл = tгIII - tмIII, Вт / м 2 * К ЈIII изл = = 673 Вт / м 2 * К
1300 - 1125
Сумарний коефіцієнт тепловіддачі
ЈΣ 1 II = ЈIII конв + ЈIII изл, Вт / м 2 * К, ЈΣ 1 II = 15 + 673 = 688 Вт / м 2 * К
Критерій Біо
ЈΣIII * S 688 * 0,35
Вi III = = 28,5 = 8,5
λ
Температурний критерій
tгIII - t до м 1300 - 1250
Q III пов = = = 0,1
tгIII - tII-III 1300 - 884
Тривалість III інтервалу періоду нагріву
0,6 * 0,12
τIII = F 0 III * S 2, З τIII = = 18154: 3600 = 5 год
а 0,0000055
Температура в центрі заготівлі в кінці III інтервалу періоду нагріву
tцентIII = tгIII - Qцент III * (tгIII - tII-III), С tцентIII = 1300 - 0,8 (1300 - 884) = 1009 З
Перепад температур по перетину заготовки в кінці періоду нагріву
Δtнач = t до м - tцентIII, З Δtнач = 1250 - 1009 = 241 З
Загальна тривалість періоду нагріву
τн = τI + τII + τIII, C τн = 2 + 5 + 5 = 12часов
3.3 Період витримки. Загальний час перебування металу в печі
Протягом періоду витримки середня температура продуктів
згоряння
tг = t до м + 50 = 1250 + 50 = 1300 З
кладки
tг + t до м 1300 + 1250
tк =, З tк = = 1275 З
2 лютого
В кінці періоду витримки перепад температур по перетину заготовок Δtкон, С. Тоді ступінь вирівнювання.
Δtкон 1250
δвир =. δвир = = 5,2
Δtнач 241
Тривалість періоду витримки τв = F 0 II * S 2, С = 5 год
а
Загальний час перебування металу в печі
τΣ = τн + τв, З τΣ = 12 + 5 = 17 годин
4. Температурна діаграма нагріву металу печі
5. Розрахунок основних розмірів печі
Приймемо відстань між садкой і бічними стінками, рівним АI = 0,5 м, садкой і склепінням а2 = 1,0 м і садкой і торцевими стінами а3 = 0,25 м.
Робочий простір має наступні розміри:
Ширина В = в + 2аI, м В = 0,7 + 2 * 0,5 = 1,7 м
Висота Н = h + а2, м Н = 0,80 +1 = 1,80 м
Довжина L = l + 2а3, м L = 2,40 + 2 * 0,25 = 2,9 м
Приймемо, що викочування під, стіни і склепіння печі виконані з шамоту товщиною 0,15 м і діатомітової цегли товщиною 0,30 м.
З урахуванням цього визначите розміри печі:
Ширину В,, м В = 1,7 + 0,9 = 2,6 м
Висоту Н,, м Н = 1,80 + 0,9 = 2,7 м
Довжину L,, м L = 2,9 + 0,9 = 3,8 м
6. Заходи з охорони праці та навколишнього середовища
Для безпечної роботи персоналу, що обслуговує нагрівальні печі, обов'язкове виконання правил з техніки безпеки.
Вибухова суміш може утворитися, якщо до пуску печі газопровід не був продутий. Повітря, що залишився в газопроводі, змішуючись з газом, утворює вибухову суміш. Продування газопроводу газом з видаленням його через продувну свічку і подальша перевірка вмісту в ньому кисню - обов'язкові операції, що запобігають вибух.
При різкому зниженні тиску газу повітря через пальники може потрапити в газопровід і утворити вибухову суміш. Для попередження цього необхідно газопровід і піч відключати при тиску менше 200-400 Н / м 2.
Вибухова суміш утворюється під час ремонту при поганій продувці газопроводу або при проникненні в нього газу через нещільності в засувках. Щоб уникнути цього треба встановлювати заглушку, що відсікає ремонтується ділянку газопроводу від діючої мережі, і своєчасно продувати його.
Вибухова суміш утворюється при попаданні у повітропровід газу або парів мазуту через пальник при невеликому тиску повітря, а також при неправильному пуску печі з відключеним вентилятором, тобто коли спочатку подають газ і підпалюють його, а потім включають вентилятор. При цьому газ може проникнути у повітропровід і утворити вибухову суміш, потрапляння якої на вогнище, що горить в печі, або факел запальника призводить - до вибуху.
Для попередження вибухів при пуску печі попередньо включають вентилятор, продувають повітропровід, а потім вже включають пальника.
Вибухи газів в печі, топці і кабані можуть відбутися в наступних випадках:
· При недостатній щільності запірних засувок у пальників, через які газ просочується і заповнює піч;
• при порушенні інструкції при пуску печі, коли спочатку подають
· Газ, а потім підносять до пальника факел, який може згаснути;
· У низькотемпературних печах, що працюють при температурах ярмо
· Вище 500 ° С (нижче межі займання газу), коли газ подається з надлишком; при цьому газ, який не встиг згоріти в топці; може утворити вибухову суміш у робочому просторі печі;
· При припиненні горіння палива в низькотемпературних печах з автоматичним регулюванням температури при виключенні і включенні пальників;
· При роботі печі з недоліком повітря, коли паливо, не згоріла в печі, змішується в лежаках з повітрям, засмоктується через нещільність в шиберах і кладці, і утворює вибухову суміш;
· При випаровуванні мазуту, коли його подають у великій кількості, особливо в початковий період пуску печі; при випаровуванні його утворюється вибухова суміш.
· При перекритті вентилів, установлених на трубах, що подають і відвідних воду від водоохлаждаемой арматури (рам, заслінок, гліссажних труб), що залишилася в арматурі вода випаровується, тиск у трубах різко підвищується, що може призвести до розриву вентилів. Для попередження цього регулювальні вентилі слід встановлювати тільки на трубах, що підводять воду до арматури; на
Циліндри пневмотолкателей і підйомників можуть вибухнути в тому випадку, якщо товщина їх стінок, мала, і не розрахована на тиск, який чиниться на стінки. Розриви чавунних кришок і вибух циліндрів особливо небезпечні.
Щоб уникнути вибухів пневмоциліндрів товщину стінок слід
визначати розрахунком.
Після складання циліндри повинні піддаватися особливим гідравлічним випробуванням при підвищеному тиску.
Відчувати їх компресорним повітрям або парою забороняється.
Вибух у селітрових ваннах може відбутися при прогорання стінок тигля. При температурах понад 600 ° С селітра інтенсивно випаровується, осідає на одязі персоналу, обслуговуючого ванни, стінах будівлі та обладнанні, що небезпечно. Тому при експлуатації селітрових ванн необхідно дотримуватися правила з техніки безпеки. Не можна використовувати ванни з зовнішнім обігрівом, вони повинні бути з внутрішнім обігрівом спеціальними трубчастими електронагрівачами. Повинно бути виключено попадання в селітру амонійних і фосфатних солей, алюмінієвої і магнієвої стружки і органічних сполук, з якими, з'єднуючись, селітра утворює вибухові сполуки
У масляних ваннах можливі перегрів і займання масла. Для безпечної роботи температура займання масла повинна бути на 80-100 ° С вище температури нагріву деталей. У масляних ваннах є пристрої для гасіння полум'я парою і зливні баки для аварійного спуску масла. Для попередження перегріву селітри або масла передбачені автоматичне регулювання температури і автоматична сигналізація, попереджувальні обслуговуючий персонал про підвищення температури селітри або масла вище допустимої. При розігріві сіль, застигла на дні холодної соляної ванни, швидко плавиться, тоді, як верхні її шари знаходяться ще в твердому стані. При цьому обсяг розплавленої солі збільшується, гідростатичний тиск на стінки тигля підвищується, і він може вибухнути. Щоб уникнути цього сіль у ваннах не можна доводити до повного затвердіння. Якщо ж вона затверділа, то, використовуючи спеціальні пристосування, розплавляють верхні шари солі. Волога у вигляді льоду, снігу або води, потрапляючи в розплавлену ванну, швидко випаровується, що призводить до вибуху і викиду солі з ванни. Для попередження вибухів забороняється, завантажувати ванну деталями, поверхня яких покрита льодом або снігом. Щоб уникнути попадання вологи селітрові, масляні та лужні ванни постачають кришками й екранами.
Газове паливо, продукти неповного горіння і контрольовані атмосфери не мають запаху, кольору і здатні проникати через будь-які нещільності і навіть фільтри протигазів.
За ступенем впливу на організм людини шкідливі речовини поділяють на 4 класи.
1) надзвичайно небезпечні; 3) помірно небезпечні;
2) високонебезпечні; 4) малонебезпечні.
Окис вуглецю - найбільш небезпечна складова газоподібного палива і продуктів неповного горіння газу. Вона не має запаху, кольору і подразнюючих властивостей, які могли б своєчасно сигналізувати про її присутність у цеху.
Сірчисті сполуки (сірководень, сірчистий газ, що містяться в газоподібному паливі або в продуктах горіння) викликають подразнення слизових оболонок і верхніх дихальних шляхів. Проте навіть нікчемні концентрації сірчистих сполук у атмосфері цеху швидко виявляються за запахом. Вуглекислий газ, що міститься в продуктах горіння палива, в півтора рази важчий за повітря, він може накопичуватися на дні колодязів, в приямках і лежаках. Отруєння цим газом супроводжується головним болем, шумом у вухах, серцебиттям і запамороченням. Хронічних отруєнь не буває.
Метан, ацетилен, етан і етилен - це складова частина промислового газового палива і в першу чергу, природного газу. Метан іноді зустрічається в каналізаційних колодязях і трубах.
Аміак - сильно пахне газ. Дратує верхні дихальні шляхи.
Оксиди азоту можуть утворюватися при експлуатації ціаністих ванн для азотування виробів. Видаляють їх за межі цеху з допомогою потужної вентиляції.
З ціаністих сполук найбільш небезпечний ціаністий водень, що утворюється, при взаємодії ціаністих солей з вологою або соляною кислотою. При обслуговуванні ціаністих ванн необхідно виконувати всі правила. З техніки безпеки.
У більшості випадків отруєння відбувається через органи дихання. Тому основну увагу має бути звернено на забезпечення безпечних концентрацій шкідливих речовин у повітрі робочої зони, що досягається герметичністю апаратури і відповідної вентиляцією промислових приміщень.
Для повітря робочої зони виробничих приміщень встановлюють гранично допустимі концентрації шкідливих речовин, які затверджуються Міністерством охорони здоров'я РФ, перевищення яких не допускається.
Гранично допустимими концентраціями шкідливих речовин в повітрі робочої. зони є такі, які при щоденній роботі в пределах.8 год протягом усього робочого стажу не можуть викликати в працюючих захворювань або відхилень у стані здоров'я.
Концентрації газів в атмосфері цеху визначають різними методами. Найбільш простим з них является_ метод визначення за допомогою паперу (індикаторного), просоченої різними реактивами,, колір яких змінюється в залежності від концентрації газу. Наприклад, індикаторний папір, просочений l%-ним розчином хлористого паладію і оброблена 5о/о-ним розчином оцтовокислого натрію, при внесенні в атмосферу, забруднену окисом вуглецю, чорніє. При концентрації в атмосфері цеху 760 мг / м 3 СО індикаторний папір відразу ж чорніє, при концентрації 76 мг / м 3 - через 1 хв -, а при концентрації 7,6 мг / м 3 - через 20 хв.
За допомогою різних газоаналізаторів визначають концентрації газів у газопроводі чи у печі перед ремонтом. Однак ці прилади не сигналізують про підвищення концентрацій газів у робочій зоні. Тому в таких приміщеннях, як, наприклад, машинні зали на газоповисітельних станціях, необхідно встановлювати автоматичні газоаналізатори, які сигналізують про підвищення концентрацій вище допустимих.
Підвищення концентрацій газів частіше за все пов'язане з проникненням їх у виробничі приміщення за наявності нещільностей в газопроводах, при недостатній продувці їх або печей перед ремонтом. Безпечні концентрації досягаються абсолютної герметичністю газопроводів і запірної апаратури, ретельно контрольованою при систематичних оглядах газових комунікацій.
Ковальські і термічні печі і розпечений метал випромінюють велика кількість теплоти. Інтенсивність теплового випромінювання досягає 25-40 кДж / (см 2 • хв). При інтенсивності 16 кДж / (см 2 • хв) на незахищеній поверхні тіла можуть з'явитися опіки.
Для боротьби з тепловиділенням застосовують різні запобіжні пристрої: душірующіе переносні вентилятори, захисні окуляри, футеровані заслінки, екрани з водяною або повітряною завісою.
Для очищення повітря застосовується газоочисні апарати: циклони, фільтри, електрофільтр і пиловловлювачі мокрого типу.
Захист гідросфери від шкідливих скидів здійснюється застосуванням таких методів: механічна очистка, фізико - хімічні методи очищення, біологічна очистка.
Список літератури
1. Телегін А.С, Лебедєв Н.С. Конструкції і розрахунок нагрівальних печей. - М.: Машинобудування, 1975. - С. 280.
2. Крівандін В.А. Теорія, конструкції та розрахунки металургійних печей. - М.: Металургія, 1986. - С. 359.
3.Мастрюков Б.С. Теорія, конструкції та розрахунки металургійних печей. - М.: Металургія, 1986. - С. 271.
4. Долотов Г.П., Кондаков Є.А. Печі і сушила ливарного виробництва. - М.: Машинобудування, 1990. - С. 303.
3,73 3,73
1
1
εм * εк (1 - εг)
0,8 * 0,6 (1 - 0,6)
0,6
Питомий тепловий потік результуючого випромінювання
100 100 100 100
Вт / м 2, де С 0 - коефіцієнт лучеиспускания абсолютно чорного тіла, = 5,7 Вт / м 2 * К 4.
100 100 100
310 + 273
100
Коефіцієнт тепловіддачі випромінюванням
qмI рез
110072,5
975 - 310
Сумарний коефіцієнт тепловіддачі
ЈΣ 1 = Јкон + ЈI изл, Вт / м 2 * К, де Јкон - коефіцієнт тепловіддачі конвекцією = 15 Вт / м 2 * К.
ЈΣ 1 = 15 + 165,5 = 180,5 Вт / м 2 * К
h
еквівалентного циліндра з діаметром
dе = 1,128 * √ h * b, м. dе = 1,128 * √ 0,8 * 0,7 = 0,9 м.
Критерій Біо
ЈΣI * S
λ
Ј - коефіцієнт тепловіддачі
S - прогрівається товщина вироби
λ-коефіцієнт теплопровідності
180,5 * 0,35
48,6
Температурний критерій
tгI - tпов
tпов - температура поверхні
975 - 600
975 - 20
Час нагріву металу в I інтервалі
а
де F 0 I - критерій Фур'є в I інтервалі
а - коефіцієнт температуропровідності стали
0,12
Температура в центрі заготівлі в кінці I інтервалу періоду нагріву
tцентI = tгI - Qцент I * (tгI - tм н), З
QцентI - температурний критерій у центрі заготівлі в кінці I інтервалу
tцентI = 975 - 0,68 * (975 - 20) = 325,6 З
Середня по перетину температура заготовки в кінці I інтервалу періоду нагріву
tмI до + tцентI 600 + 325,6
2
3.2 Розрахунок нагрівання металу в II інтервалі
Температура поверхні металу змінюється від tмII н, С = 600 С, до tмII до, З = 1000 С.
Температура газу змінюється від tгII н, З = 1150 С, до tгII до, З = 1300 С.
Середні за інтервал температури:
t н мII + t до мII 600 + 1000
t н гII + t до гII 1150 + 1300
tмII + tгII 800 + 1225
Середня в II інтервалі щільність потоку результуючого випромінювання металу
100 100 100 100
1125 + 273 800 + 273 1013 + 273
100 100 100
800 + 273
100
Середній за II інтервал коефіцієнт тепловіддачі випромінюванням
qмII рез 132097,9
Приймемо коефіцієнт тепловіддачі конвекцією Ј конв II = 15 Вт / м 2 * К
Сумарний коефіцієнт тепловіддачі
ЈΣ 1 I = ЈII конв + ЈII изл, Вт / м 2 * К, ЈΣ 1 I = 15 + 310,8 = 325,8 Вт / м 2 * К
Критерій Біо
ЈΣII * S 325,8 * 0,35
λ
Температурний критерій
tгII - t до мII 1225 - 1000
1225 - 462,8
Тривалість II інтервалу періоду нагріву
0,4 * 0,12
а 0,0000055
Температура в центрі заготівлі в кінці II інтервалу періоду нагріву
tцентII = tгII - Qцент II * (tгII - tI-II), З tцентII = 1225 - 0,6 * (1225 - 462,8) = 767,7 З
Середня по перетину температура заготовки в кінці II інтервалу періоду нагріву
2
III інтервал
Температура поверхні металу змінюється від t н мIII, С = 1000, до t до мIII, З = 1250
Температура газу змінюється від t н гIII, С = 1300, до t до гIII, С = 1400.
Середні за інтервал температури:
2
t н гIII + t до гIII
2
2
Середня в III інтервалі щільність потоку результуючого випромінювання металу
100 100 100
tмIII + 273
100
1300 +273 1125 + 273 1213 +173
100 100 100
1125 + 273
Середній за III інтервал коефіцієнт тепловіддачі випромінюванням
qмIII рез 117767,6
1300 - 1125
Сумарний коефіцієнт тепловіддачі
ЈΣ 1 II = ЈIII конв + ЈIII изл, Вт / м 2 * К, ЈΣ 1 II = 15 + 673 = 688 Вт / м 2 * К
Критерій Біо
ЈΣIII * S 688 * 0,35
λ
Температурний критерій
tгIII - t до м 1300 - 1250
tгIII - tII-III 1300 - 884
Тривалість III інтервалу періоду нагріву
0,6 * 0,12
а 0,0000055
Температура в центрі заготівлі в кінці III інтервалу періоду нагріву
tцентIII = tгIII - Qцент III * (tгIII - tII-III), С tцентIII = 1300 - 0,8 (1300 - 884) = 1009 З
Перепад температур по перетину заготовки в кінці періоду нагріву
Δtнач = t до м - tцентIII, З Δtнач = 1250 - 1009 = 241 З
Загальна тривалість періоду нагріву
τн = τI + τII + τIII, C τн = 2 + 5 + 5 = 12часов
3.3 Період витримки. Загальний час перебування металу в печі
Протягом періоду витримки середня температура продуктів
згоряння
tг = t до м + 50 = 1250 + 50 = 1300 З
кладки
tг + t до м 1300 + 1250
2 лютого
В кінці періоду витримки перепад температур по перетину заготовок Δtкон, С. Тоді ступінь вирівнювання.
Δtкон 1250
Δtнач 241
а
Загальний час перебування металу в печі
τΣ = τн + τв, З τΣ = 12 + 5 = 17 годин
4. Температурна діаграма нагріву металу печі
5. Розрахунок основних розмірів печі
Приймемо відстань між садкой і бічними стінками, рівним АI = 0,5 м, садкой і склепінням а2 = 1,0 м і садкой і торцевими стінами а3 = 0,25 м.
Робочий простір має наступні розміри:
Ширина В = в + 2аI, м В = 0,7 + 2 * 0,5 = 1,7 м
Висота Н = h + а2, м Н = 0,80 +1 = 1,80 м
Довжина L = l + 2а3, м L = 2,40 + 2 * 0,25 = 2,9 м
Приймемо, що викочування під, стіни і склепіння печі виконані з шамоту товщиною 0,15 м і діатомітової цегли товщиною 0,30 м.
З урахуванням цього визначите розміри печі:
Ширину В,, м В = 1,7 + 0,9 = 2,6 м
Висоту Н,, м Н = 1,80 + 0,9 = 2,7 м
Довжину L,, м L = 2,9 + 0,9 = 3,8 м
6. Заходи з охорони праці та навколишнього середовища
Для безпечної роботи персоналу, що обслуговує нагрівальні печі, обов'язкове виконання правил з техніки безпеки.
Вибухова суміш може утворитися, якщо до пуску печі газопровід не був продутий. Повітря, що залишився в газопроводі, змішуючись з газом, утворює вибухову суміш. Продування газопроводу газом з видаленням його через продувну свічку і подальша перевірка вмісту в ньому кисню - обов'язкові операції, що запобігають вибух.
При різкому зниженні тиску газу повітря через пальники може потрапити в газопровід і утворити вибухову суміш. Для попередження цього необхідно газопровід і піч відключати при тиску менше 200-400 Н / м 2.
Вибухова суміш утворюється під час ремонту при поганій продувці газопроводу або при проникненні в нього газу через нещільності в засувках. Щоб уникнути цього треба встановлювати заглушку, що відсікає ремонтується ділянку газопроводу від діючої мережі, і своєчасно продувати його.
Вибухова суміш утворюється при попаданні у повітропровід газу або парів мазуту через пальник при невеликому тиску повітря, а також при неправильному пуску печі з відключеним вентилятором, тобто коли спочатку подають газ і підпалюють його, а потім включають вентилятор. При цьому газ може проникнути у повітропровід і утворити вибухову суміш, потрапляння якої на вогнище, що горить в печі, або факел запальника призводить - до вибуху.
Для попередження вибухів при пуску печі попередньо включають вентилятор, продувають повітропровід, а потім вже включають пальника.
Вибухи газів в печі, топці і кабані можуть відбутися в наступних випадках:
· При недостатній щільності запірних засувок у пальників, через які газ просочується і заповнює піч;
• при порушенні інструкції при пуску печі, коли спочатку подають
· Газ, а потім підносять до пальника факел, який може згаснути;
· У низькотемпературних печах, що працюють при температурах ярмо
· Вище 500 ° С (нижче межі займання газу), коли газ подається з надлишком; при цьому газ, який не встиг згоріти в топці; може утворити вибухову суміш у робочому просторі печі;
· При припиненні горіння палива в низькотемпературних печах з автоматичним регулюванням температури при виключенні і включенні пальників;
· При роботі печі з недоліком повітря, коли паливо, не згоріла в печі, змішується в лежаках з повітрям, засмоктується через нещільність в шиберах і кладці, і утворює вибухову суміш;
· При випаровуванні мазуту, коли його подають у великій кількості, особливо в початковий період пуску печі; при випаровуванні його утворюється вибухова суміш.
· При перекритті вентилів, установлених на трубах, що подають і відвідних воду від водоохлаждаемой арматури (рам, заслінок, гліссажних труб), що залишилася в арматурі вода випаровується, тиск у трубах різко підвищується, що може призвести до розриву вентилів. Для попередження цього регулювальні вентилі слід встановлювати тільки на трубах, що підводять воду до арматури; на
Циліндри пневмотолкателей і підйомників можуть вибухнути в тому випадку, якщо товщина їх стінок, мала, і не розрахована на тиск, який чиниться на стінки. Розриви чавунних кришок і вибух циліндрів особливо небезпечні.
Щоб уникнути вибухів пневмоциліндрів товщину стінок слід
визначати розрахунком.
Після складання циліндри повинні піддаватися особливим гідравлічним випробуванням при підвищеному тиску.
Відчувати їх компресорним повітрям або парою забороняється.
Вибух у селітрових ваннах може відбутися при прогорання стінок тигля. При температурах понад 600 ° С селітра інтенсивно випаровується, осідає на одязі персоналу, обслуговуючого ванни, стінах будівлі та обладнанні, що небезпечно. Тому при експлуатації селітрових ванн необхідно дотримуватися правила з техніки безпеки. Не можна використовувати ванни з зовнішнім обігрівом, вони повинні бути з внутрішнім обігрівом спеціальними трубчастими електронагрівачами. Повинно бути виключено попадання в селітру амонійних і фосфатних солей, алюмінієвої і магнієвої стружки і органічних сполук, з якими, з'єднуючись, селітра утворює вибухові сполуки
У масляних ваннах можливі перегрів і займання масла. Для безпечної роботи температура займання масла повинна бути на 80-100 ° С вище температури нагріву деталей. У масляних ваннах є пристрої для гасіння полум'я парою і зливні баки для аварійного спуску масла. Для попередження перегріву селітри або масла передбачені автоматичне регулювання температури і автоматична сигналізація, попереджувальні обслуговуючий персонал про підвищення температури селітри або масла вище допустимої. При розігріві сіль, застигла на дні холодної соляної ванни, швидко плавиться, тоді, як верхні її шари знаходяться ще в твердому стані. При цьому обсяг розплавленої солі збільшується, гідростатичний тиск на стінки тигля підвищується, і він може вибухнути. Щоб уникнути цього сіль у ваннах не можна доводити до повного затвердіння. Якщо ж вона затверділа, то, використовуючи спеціальні пристосування, розплавляють верхні шари солі. Волога у вигляді льоду, снігу або води, потрапляючи в розплавлену ванну, швидко випаровується, що призводить до вибуху і викиду солі з ванни. Для попередження вибухів забороняється, завантажувати ванну деталями, поверхня яких покрита льодом або снігом. Щоб уникнути попадання вологи селітрові, масляні та лужні ванни постачають кришками й екранами.
Газове паливо, продукти неповного горіння і контрольовані атмосфери не мають запаху, кольору і здатні проникати через будь-які нещільності і навіть фільтри протигазів.
За ступенем впливу на організм людини шкідливі речовини поділяють на 4 класи.
1) надзвичайно небезпечні; 3) помірно небезпечні;
2) високонебезпечні; 4) малонебезпечні.
Окис вуглецю - найбільш небезпечна складова газоподібного палива і продуктів неповного горіння газу. Вона не має запаху, кольору і подразнюючих властивостей, які могли б своєчасно сигналізувати про її присутність у цеху.
Сірчисті сполуки (сірководень, сірчистий газ, що містяться в газоподібному паливі або в продуктах горіння) викликають подразнення слизових оболонок і верхніх дихальних шляхів. Проте навіть нікчемні концентрації сірчистих сполук у атмосфері цеху швидко виявляються за запахом. Вуглекислий газ, що міститься в продуктах горіння палива, в півтора рази важчий за повітря, він може накопичуватися на дні колодязів, в приямках і лежаках. Отруєння цим газом супроводжується головним болем, шумом у вухах, серцебиттям і запамороченням. Хронічних отруєнь не буває.
Метан, ацетилен, етан і етилен - це складова частина промислового газового палива і в першу чергу, природного газу. Метан іноді зустрічається в каналізаційних колодязях і трубах.
Аміак - сильно пахне газ. Дратує верхні дихальні шляхи.
Оксиди азоту можуть утворюватися при експлуатації ціаністих ванн для азотування виробів. Видаляють їх за межі цеху з допомогою потужної вентиляції.
З ціаністих сполук найбільш небезпечний ціаністий водень, що утворюється, при взаємодії ціаністих солей з вологою або соляною кислотою. При обслуговуванні ціаністих ванн необхідно виконувати всі правила. З техніки безпеки.
У більшості випадків отруєння відбувається через органи дихання. Тому основну увагу має бути звернено на забезпечення безпечних концентрацій шкідливих речовин у повітрі робочої зони, що досягається герметичністю апаратури і відповідної вентиляцією промислових приміщень.
Для повітря робочої зони виробничих приміщень встановлюють гранично допустимі концентрації шкідливих речовин, які затверджуються Міністерством охорони здоров'я РФ, перевищення яких не допускається.
Гранично допустимими концентраціями шкідливих речовин в повітрі робочої. зони є такі, які при щоденній роботі в пределах.8 год протягом усього робочого стажу не можуть викликати в працюючих захворювань або відхилень у стані здоров'я.
Концентрації газів в атмосфері цеху визначають різними методами. Найбільш простим з них является_ метод визначення за допомогою паперу (індикаторного), просоченої різними реактивами,, колір яких змінюється в залежності від концентрації газу. Наприклад, індикаторний папір, просочений l%-ним розчином хлористого паладію і оброблена 5о/о-ним розчином оцтовокислого натрію, при внесенні в атмосферу, забруднену окисом вуглецю, чорніє. При концентрації в атмосфері цеху 760 мг / м 3 СО індикаторний папір відразу ж чорніє, при концентрації 76 мг / м 3 - через 1 хв -, а при концентрації 7,6 мг / м 3 - через 20 хв.
За допомогою різних газоаналізаторів визначають концентрації газів у газопроводі чи у печі перед ремонтом. Однак ці прилади не сигналізують про підвищення концентрацій газів у робочій зоні. Тому в таких приміщеннях, як, наприклад, машинні зали на газоповисітельних станціях, необхідно встановлювати автоматичні газоаналізатори, які сигналізують про підвищення концентрацій вище допустимих.
Підвищення концентрацій газів частіше за все пов'язане з проникненням їх у виробничі приміщення за наявності нещільностей в газопроводах, при недостатній продувці їх або печей перед ремонтом. Безпечні концентрації досягаються абсолютної герметичністю газопроводів і запірної апаратури, ретельно контрольованою при систематичних оглядах газових комунікацій.
Ковальські і термічні печі і розпечений метал випромінюють велика кількість теплоти. Інтенсивність теплового випромінювання досягає 25-40 кДж / (см 2 • хв). При інтенсивності 16 кДж / (см 2 • хв) на незахищеній поверхні тіла можуть з'явитися опіки.
Для боротьби з тепловиділенням застосовують різні запобіжні пристрої: душірующіе переносні вентилятори, захисні окуляри, футеровані заслінки, екрани з водяною або повітряною завісою.
Для очищення повітря застосовується газоочисні апарати: циклони, фільтри, електрофільтр і пиловловлювачі мокрого типу.
Захист гідросфери від шкідливих скидів здійснюється застосуванням таких методів: механічна очистка, фізико - хімічні методи очищення, біологічна очистка.
Список літератури
1. Телегін А.С, Лебедєв Н.С. Конструкції і розрахунок нагрівальних печей. - М.: Машинобудування, 1975. - С. 280.
2. Крівандін В.А. Теорія, конструкції та розрахунки металургійних печей. - М.: Металургія, 1986. - С. 359.
3.Мастрюков Б.С. Теорія, конструкції та розрахунки металургійних печей. - М.: Металургія, 1986. - С. 271.
4. Долотов Г.П., Кондаков Є.А. Печі і сушила ливарного виробництва. - М.: Машинобудування, 1990. - С. 303.