Конструкція методика розр та штовхальних методичних печей

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

скачати

Зміст

Завдання

Введення

1 Конструкція штовхальних методичних печей
1.1 Профіль пічного каналу
1.2 Конструкція пода і транспортуючих пристроїв
1.3 Режим нагріву металу
1.4 Гліссажние труби
2 Методика розрахунку печі
2.1 Розрахунок горіння палива
2.2 Час нагріву металу
2.2.1 Визначення часу нагріву металу в методичній зоні
2.2.2 Визначення часу нагріву металу в I зварювальної зоні
2.2.3 Визначення часу нагріву металу в II зварювальної зоні
2.2.4 Визначення часу томління метала
2.3 Визначення основних розмірів печі
2.4 Тепловий баланс
2.5 Розрахунок рекуператора для підігріву повітря
2.6 Вибір пальників
Висновок
Список використаних джерел

Завдання на курсову роботу
1. Уявити загальні відомості про пічних установках, а також коротку характеристику печей
2. Конструкція толкательной методичної печі чорної металургії, робота печі і застосування печі у виробництві
3. Принцип дії й пристрої толкательной методичної печі, її продуктивність і техніко-економічні показники на виробництві
4. Методика розрахунку печі

Введення
Піч - технологічне обладнання, в якому робочим видом енергії є тепло і робочий простір якого обгороджено від навколишнього середовища. Різноманітність промислових печей, використовуваних у ливарному виробництві, викликає необхідність підрозділи їх на основні групи.
За способом генерації теплоти всі печі підрозділяють на паливні, де теплота виділяється за рахунок горіння палива, і електричні, де електроенергія перетворюється в теплоту електричної дугою, нагрівальними елементами опору або індукцією.
За умовами теплопередачі печі підрозділяють на печі з теплопередачею переважно випромінюванням і конвекцією.
Робота печей характеризується тепловою потужністю, тепловим навантаженням, температурним і тепловим режимами.
По тепловому режиму печі підрозділяють на печі, що працюють по камерному режиму, і печі, що працюють з методичного режиму. У печах, що працюють по камерному режиму, температура робочого простору залишається постійною протягом усього часу роботи печі. У печах, що працюють з методичного режиму, температура в печі змінюється по довжині печі або в часі.
Методичні нагрівальні печі широко застосовуються в прокатних і ковальських цехах для нагріву квадратних, прямокутних, а іноді і круглих заготовок.
За методом транспортування металу методичні печі відносяться до так званих прохідним печей. Ряд дотичних один з одним заготовок заповнює весь під печі і просувається через піч за допомогою штовхача. При завантаженні в піч нової заготовки одна нагріта заготовка видається з печі.
Найбільш важливими класифікаційними ознаками методичних печей є:
1) температурний режим печі (по довжині);
2) двосторонній або односторонній характер нагріву металу;
3) спосіб видачі металу з печі (бічна або торцева видача).
Крім того, класифікація виконується за видом нагріваються заготовок, методу утилізації тепла відхідних димових газів, виду палива, числу рядів заготовок в печі.

1. Конструкція методичних печей
Конструкція методичної печі залежить від характеристик нагрівається металу, продуктивності стану та виду палива, на якому працює піч. Параметри нагрівається металу визначають наявність або відсутність наступних важливих складових частин печі: кількох ділянок підведення палива в зварювальну зону, томильной зони і зони нижнього підігріву. Від форми заготовок залежить горизонтальне або похиле розташування пода печі.
При нагріванні тонких заготовок (50 - 60 мм), які і з одного боку прогріваються досить швидко, можна не застосовувати нижній обігрів. Нагріваючи циліндричну заготовку, яку не можна проштовхувати, необхідно робити похилий під по всій довжині, щоб заготівлі могли перекочуватися.
Продуктивність прокатного стану або ковальсько-пресової установки визначає загальну продуктивність печі і їх розміри. Вид застосовуваного палива обумовлює вибір таких конструктивних елементів печі, як рекуператори і пальника. В якості палива для методичних печей використовуються суміші коксового і доменного газів з різною теплотою згоряння, природний газ і різні суміші природного, коксового і доменного газів, а також рідке паливо - мазут.
Для досягнення вимагається робочої температури в печі необхідно, щоб калориметричних температура горіння становила 1800 о С і більше. Подібна калориметричних температура може бути досягнута при використанні:
1) висококалорійного палива, - газу з теплотою згоряння вище 12570 кДж / м 3 або мазуту. У цьому випадку утилізація тепла димових газів переслідує тільки одну мету - підвищити економічність роботи печі (знизити витрату палива), а для підвищення калориметричної температури підігрів повітря і газу в даному випадку не є обов'язковими;
2) холодного газу, що характеризується середньою теплотою згоряння, рівною 8400 кДж / м 3, з підігрівом повітря до 450 - 500 о С і застосуванням пальників будь-якої конструкції - як з попередніми, так і з зовнішнім змішуванням;
3) газу з низькою теплотою згоряння, т. е. = 5000 +5800 кДж / м 3, аж до чистого доменного газу з підігрівом повітря до 500 - 550 о С і газу до 250 - 300 о С, а також обов'язково із застосуванням інжекційних пальників, що забезпечують хороше змішання палива з повітрям.
Методичні печі, що працюють на газоподібному паливі з низькою теплотою згоряння. Подібна конструкція була створена під керівництвом Б. Р. Іменітова (рисунок 1). У печі передбачена бічна видача, опалюють за допомогою інжекційних пальників, які працюють на підігрітому повітрі (до 550 о) і - газі (до 300 о). застосування інжекційних пальників дозволяє найбільш раціонально використовувати хімічне тепло палива, так як при беспламенно горінні досягається прискорення процесів горіння і наближення дійсної температури горіння до теоретичної (при зменшенні надлишку повітря і доведення до мінімуму недопалювання палива).

Малюнок 1 - двозонна методична піч старої конструкції
У цих печах повітря для горіння засмоктується з атмосфери через розташований під піччю керамічний рекуператор (обсягом 125 м 3) і систему повітропроводів. Аеродинамічний опір повітряного шляху долається за рахунок геометричного напору підігрітого повітря, що рухається вгору через рекуператор і повітропроводи, а також за рахунок інжектується дії пальників. Газоподібне паливо зазвичай підігрівається в трубчастому металевому рекуператорі, що встановлюється в димовому кабані послідовно за повітряним рекуператором. Управління печами може бути автоматизовано, причому автоматика працює найбільш ефективно при опаленні одним доменним газом. Подібні печі працюють досить ефективно, забезпечуючи питому продуктивність ~ 550 кг / м 2 год при питомій витраті палива 500 ккал / кг і поки є більш досконалими. Однак ці печі мають велику кількість недоліків. Справа в тому, що практично вони працюють на межі своїх можливостей. Підвищити температуру підігріву повітря вище 550 про не можна, щоб уникнути самозаймання суміші в корпусі пальника. Здійснити стійкий підігрів газу вище 300 о також важко, оскільки температура димових газів за керамічним рекуператором не перевищує 550 - 600 о.
Разом з тим конструкції інжекційних пальників виключають їх застосування для спалювання газоподібного палива з високим вмістом водню і у випадках змішаного газо-мазутного опалення.
Методичні печі, що працюють на газі високої теплоти згоряння. У печах, що працюють на паливі високої теплоти згоряння, підігрів газу не є необхідним. Підігрів повітря в металевих рекуператорах до 300 - 400 про необхідний тільки в тих печах, які працюють на паливі теплотою згоряння 2000 - 2500 ккал / м 3. при теплоті згоряння вище 2500 ккал / м 3 підігрів повітря для досягнення необхідної температури горіння необов'язковий, проте для зменшення витрати палива підігрів повітря завжди доцільний.
Крім палива, конструкція методичних печей в значній мірі залежить від необхідної продуктивності.
Висока продуктивність методичних печей може бути забезпечена шляхом збільшення розмірів печей і підвищення питомої їх продуктивності. Для підвищення питомої продуктивності печей необхідно вести нагрівання металу форсовано, для чого слід підняти температурний рівень по всій довжині печі. З цією метою стали застосовувати печі з двома рядами пальників у верхній частині зварювальної зони печей. Одна з таких печей для нагріву слябів до безперервного тонколистовому стані представлена ​​на малюнку 2.

Рисунок 2 - Методична нагрівальна піч із здвоєною зварювальної зоною
Піч розрахована на опаленні паливом з високою теплотою згоряння при підігріві повітря в керамічному рекуператорі до400 - 450 о. Повітря просмоктується через рекуператор за допомогою ексгаустера. Застосовуються турбулентні пальника низького тиску.
Установка четвертої лінії пальників дозволяє підвищити температуру димових газів хвості печі до 1100 - 1150 о і забезпечити питому продуктивність ~ 600 кг / м 2 год. Подібні печі, ширина і довжина яких відповідно рівні близько 10 і 30 м, забезпечують при холодному посаді продуктивність 150 т / год, а при гарячому - 200 т / год.
Методичні печі, що працюють на рідкому паливі. На методичних печах мазут застосовується не тільки як додаткове, але і як основне.
Застосування мазуту в якості додаткового палива дозволяє збільшити продуктивність методичних печей на 10 - 15%, однак при одночасному збільшенні питомої витрати палива.
В якості основного палива мазут застосовують як на двозонних, так і на тризонного методичних печах. Висока температура горіння мазуту дозволяє отримувати гарну продуктивність печей при роботі на холодному повітрі. У залежності від розмірів методичних печей для спалювання можуть бути застосовані форсунки низького і високого тиску.
Методичні печі для нагріву трубної заготовки. Круглі, трубні заготовки не можна проштовхувати через піч, тому їх нагрівають у печах з похилим подом, за яким і перекочують. Такі печі називаються рольовими методичними.
Відмінною рисою цих печей є підвищений чад металу і великі затрати праці (в тому числі фізичної) на перекочування заготовок і чистку подини від окалини.
Підвищений чад металу (до 3,5 - 4%) у рольових печах пояснюється тим, що при перекочування заготовок утворилася окалина відскакує і оголить метал окислюється знову.
Велика кількість обпадаючою на під окалини викликає інтенсивне наростання подини і перешкоджає нормальному перекатуванню заготовок. Тому зупинилися заготовки дуже часто доводиться перекочувати вручну. Швидке зростання подини змушує часто виконувати її чищення від окалини, що є досить тривалою і дуже трудомісткою операцією.
1.1 Профіль пічного каналу
Сучасні методичні нагрівальні печі по конфігурації склепіння можна підрозділити в основному на три типи:
1) печі, що складаються з конструктивно відокремлених послідовно розташованих камер, в яких завдяки герметизації пічних стінок і відповідному розташуванню топлівосжігающіх пристроїв створюється інтенсивна циркуляція газового середовища (рисунок 3). Це призводить до того, що в обсязі кожного з таких камер встановлюється практично однакова температура газового середовища і пічних стінок і, отже, створюється передумова до застосування методу розрахунку нагрівання металу за умови t г = const. Винятки становлять: зона I (методична), де відбувається теплообмін із зміною температури теплоносіїв, відповідним протитоку, і зона III (Витримки), в якій температура середовища повинна змінюватися відповідно до вимог режиму витримки.

Малюнок 3 - тризонного методична піч з інтенсивною циркуляцією газів в герметизированном робочому просторі
Внаслідок того, що камери даної печі конструктивно відособлені, теплообмін випромінюванням вздовж пічного каналу не має істотного значення;
2) печі, підрозділені на ряд камер з самостійним введенням палива, в яких режими руху і горіння газів такі, що в межах кожної камери (поширений приклад конструкції представлений на малюнку 4) ефективна температура пічної середовища змінюється. Зважаючи на це спрощує умова t г = const до даних печей є некоректним, і в процесі розрахунку припадає визначати зміну температури пічної середовища по довжині окремих камер.

Малюнок 4 - тризонного методична піч
I - III - зони по теплотехнічних ознаками; 1 - 5 - зони за конструктивними ознаками
Завдяки перепаду висоти пічного каналу на кордонах камер випромінювання уздовж печі так само, як у попередньому випадку, не може бути суттєвим;
3) печі, що не мають на всьому протязі або на значних за довжиною ділянках будь-яких пережимів зводу, що відокремлюють частині пічного каналу одну від іншої (рисунок 5), характеризуються безперервною зміною температури пічної середовища. Однак теплові потоки, що сприймаються нагрівається матеріалом, не визначаються місцевої ефективною температурою внаслідок дуже суттєвого переносу променистого тепла уздовж печі.

Малюнок 5 - двозонна методична піч з неканалізованими подом і розосередженим підведенням тепла
Профіль зводу методичних печей в значній мірі відповідає графіку зміни температури по довжині печі (малюнок 6).

Малюнок 6 - Зміна температури газів і металу по довжині методичної печі

1.2 Конструкція пода і транспортуючих пристроїв
Можливі такі основні конструктивні варіанти:
1) суцільний (неканалізованих) під с неохолоджуваними опорами та іншими пристроями для транспорту заготовок;
2) каналізовані під с неохолоджуваними або охолоджуваними транспортують пристроями.
Конструкції без охолодження впливають по суті тільки на величину ефективної поверхні нагрівається матеріалу. Конструкції, які включають охолоджувані елементи, віднімають тепло від робочого простору і нагрівається матеріалу.
1.3 Режим нагрівання матеріалу та спосіб видачі його з печі
Укрупнене цей режим може бути визначений як трьохзонний і двозонний.
При роботі печі по тризонного режимові (рисунок 7) в першій по ходу металу зоні (зоні I чи методичної) відбувається нагрів металу за рахунок фізичного тепла продуктів згоряння, яке завершується на кордоні зон I і II, позначеної на малюнку 5 цифрою 1. Так як віддача фізичного тепла викликає охолодження газів, то їх температура по довжині зони I помітно знижується.


Рисунок 7 - Схема тризонного методичної печі та її температурного режиму
I - III - Зони печі; 0, 1, 2, 3 - межі розрахункових зон; t П.М - температура нижньої поверхні заготовки (тільки для зони III); крапковий пунктир - температура газів, введених в торці зони II
У зоні II - зварювальної, спалюється паливо і на поверхні нагрівається матеріалу досягається максимальна температура. Виділення тепла при горінні в тій чи іншій мірі компенсує віддачу тепла газами, і цим стримується зниження їх температури. Проте зазвичай при введенні палива через торцеві пальника (або форсунки) спостерігається зниження температури газів від кордону 2 до кордону 1 і до торцевої стінки, у якій встановлені топлівосжігающіе пристрою.
Перше обумовлено посиленим відбором тепла більш холодними заготовками, які надходять із зони I в зону II. Друге пояснюється тим, що поблизу пальників або форсунок тільки починається нагрівання газів теплом, що виділяється при горінні.
Очевидно, що підвищенням тепловиділення на початку і кінці зони II шляхом відповідного розташування пальників або форсунок можна домогтися вирівнювання температури газів по довжині всієї зони.
Призначенням зони III є вирівнювання температури в об'ємі нагріваються заготовок. При русі останніх за водоохолоджуваним гліссажним трубах на нижній поверхні заготовок залишаються смуги зі зниженою температурою (темні смуги). Знаходження заготовок на суцільному поді зони III дозволяє вирівняти нагрів нижньої поверхні і одночасно зменшити перепад температури на товщині заготовок.
Двозонний режим роботи методичних печей передбачає нагрівання металу в зонах I і II, але виключає витримку. Будь-яка з печей, зображених на малюнках 3 - 5, конструктивно забезпечуючи можливість тризонного режиму роботи, є придатною і для роботи з двозонним режиму, тобто з підвищенням температури поверхні заготовок до самого моменту видачі їх з печі.
Велике значення для роботи методичних печей має спосіб видачі металу з печі. Розрізняють торцеву і бічну видачі металу. При торцевої видачу необхідний один штовхач, який виконує і роль виштовхувача. Для печей з бічним видачею встановлюють не тільки штовхачем, а й виштовхувач, тому такі печі при розміщенні в цеху вимагають великих площ. Однак з точки зору теплової роботи печі з бічним видачею мають переваги. При торцевої видачу через вікно видачі, розташоване нижче рівня пода печі, відбувається інтенсивний підсмоктування холодного повітря. Явище підсосу посилюється інжектується дією пальників, розташованих у торці томильной зони. Подсосанний в піч холодне повітря викликає зайвий витрата палива і сприяє інтенсивному заростання подини печі утворилася окалиною.
У методичних печах з нижнім обігрівом метал проштовхується по водоохолоджуваним гліссажним трубах.
1.4 Гліссажние труби методичних печей
Як зазначалося, що нагрівається метал в методичних печах з нижнім обігрівом пересувається по водоохолоджуваним гліссажним трубах. На кожен ряд рухаються в печі заготовок встановлюють по дві поздовжні гліссажние труби. Відстань між ними становить ~ довжини заготовки. Для запобігання труби від истирающего впливу рухається металу до неї приварюють металевий пруток. Поздовжні гліссажние труби в межах значної частини методичної зони печі спираються на подовжні вогнетривкі стовпчики (малюнок 8).

Рисунок 8 - Гліссажние труби тризонного нагрівальної печі
У межах високотемпературної зони поздовжні гліссажние труби спираються на поперечні водоохолоджувальні труби, розташовані на відстані 1 - 1,5 м одна від одної. Кінці поперечних труб виведені за межі печі і прикріплені до вертикальних стійок каркаса печі. У середині поперечні гліссажние труби спираються на вертикальну опору, виконану з пари водоохолоджуваних труб, футерованих зовні вогнетривкою цеглою.
Водоохолоджувані гліссажние труби роблять великий вплив на теплову роботу зони нижнього обігріву та теплову роботу печі в цілому. Витрата тепла з охолоджувальною водою в методичних печах становить 10%, а іноді і більше від усієї кількості надходить у піч тепла. Крім того, гліссажние труби роблять значний охолоджуючу дію на метал і перешкоджає його рівномірному нагріву. У зв'язку з цим прагнуть виконати зовні теплову ізоляцію гліссажних труб, щоб знизити надходження тепла до стінки труби та послабити її охолоджуючу дію. В якості теплової ізоляції гліссажних труб застосовують всілякі вогнетривкі обмазки. Щоб теплова ізоляція не відлетіла, користуються різними прийомами: приварюють металеві прямі і вигнуті штирі, виконують з вогнетривких мас спеціальні вогнетривкі блоки, які нанизуються на трубу. Виділяють три перспективні конструкції гліссажних труб:
1) з набиванням вогнетривкої маси між шипами, привареними безпосередньо до труб;
2) з набивними блоками (рисунок 9, а);
3) зі збірними блоками з керамічних сегментів (малюнок 9, б).
Втрати тепла з охолоджувальною водою при використанні набивної на шипи ізоляції в порівнянні з втратами при неізольованої трубі знижуються в 2 - 3 рази, а при навісний ізоляції із сегментів або блоків втрати вдається знизити в 4,6 - 6,3 рази. Значна різниця в ефективності ізоляції пояснюється тим, що набивна на шипи ізоляція з-за більшої маси металу в ній характеризується значно вищою, ніж блокова ізоляція, середньої теплопровідністю.
Промислова перевірка терміну служби блокової ізоляції показала, що для більшості печей, опалювальних газом, де температура під металом не перевищує 1375 про цілком застосовні для ізоляції подових труб набивні і збірні шамотні блоки, термін служби яких в зазначених умовах становить від 9 місяців (в області підвищених температур) до 2 років (в області знижених температур).
У печах, опалювальних мазутом, де температура під металом досягає 1500 про, хороші результати показали набивні блоки, виготовлені з магнезитової (магнезітохромітовой) маси, термін служби яких становить більше 9 місяців.

Рисунок 9 - Ізоляція гліссажних труб
а - набивні блоки; б - збірні блоки
Досвід ізоляції труб промислових печей показав, що при наявності готових блоків нанесення ізоляції по всій печі займає 5 - 8 годин. Після нанесення ізоляції піч відразу ж може бути поставлена ​​на розігрів за звичайним графіком.
Слід підкреслити, що крім зазначеного вище значного зниження втрат тепла з охолоджувальною водою, нанесення ізоляції на труби в печі супроводжується, як правило, підвищенням температур на 150 - 200 о, що істотно покращує умови теплообміну металу з пічними газами.

2. Методика розрахунку
Розрахувати Пятізонье методичну піч з нижнім обігрівом продуктивністю = 72,22 кг / с (260 т / год) для нагріву слябів перетином 210 1400 мм і довжиною 10500 мм. Кінцева температура поверхні металу = 1250 о С. Перепад температур по перетину сляба в кінці нагрівання = 50 о С. Матеріал слябів - сталь 35. Паливо - суміш природного та доменного газів з теплотою згоряння = 20,9 МДж / м 3. повітря підігрівається в керамічному блочному рекуператорі до = 450 о С.
Розрахунок полум'яній печі виконується в такій послідовності:
1) розрахунок горіння палива;
2) визначення часу нагрівання;
3) визначення основних розмірів печі;
4) складання теплового балансу, визначення витрат палива;
5) розрахунок допоміжного обладнання: рекуператорів, пальників і т. п..
2.1 Розрахунок горіння палива
Склад вихідних газів,%: доменний газ - 10,5 СО 2, 28 СО, 0,3 СН 4; 2,7 Н 2; 58,5 N 2; природний газ - 98 СН 4; 2N 2.
Приймаючи вміст вологи в газах рівним = 30 г / м 3 отримаємо наступний склад вологих газів,%: доменний газ - 10,1 СО 2; 27,0 СО; 0,288 СН 4; 56,49 N 2; 3,59 Н 2 О; 2,532 Н 2; природний газ - 94,482 СН 4; 1,928 N 2; 3,59 Н 2 О.
Теплота згоряння газів

кДж / м 3 МДж / м 3;
кДж / м 3 МДж / м 3.
За формулою
,
знаходимо складу змішаного газу,%: 4,63 СО ; 12,40 СО ; 51,21 СН ; 1,16 Н ; 27,02 N ; 3,58 Н Про .
Витрата кисню для спалювання змішаного газу розглянутого складу при п = 1 дорівнює

м 3 / м 3.
Витрата повітря при п = 1,05

м 3 / м 3.
Склад продуктів згоряння знаходимо за формулами




м 3 / м 3,
м 3 / м 3,
м 3 / м 3,
м 3 / м 3.
Сумарний обсяг продуктів згоряння дорівнює

м 3 / м 3.
Процентний склад продуктів згоряння
%; %;
%; %;
Правильність розрахунку перевіряємо складанням матеріального балансу.
Надійшло, кг: Отримано продуктів згоряння, кг:
Газ:



______________________________
Всього 8,007
Невязка 0,0166 кг
___________________________________
Всього 0,9802
Повітря
___________________________________
Разом 8,0236
Для визначення калориметричної температури горіння необхідно знайти ентальпію продуктів згоряння
кДж / м 3.
Тут = 602,05 кДж / м 3 - ентальпія повітря при = 450 о С.
При температурі = 2200 о С ентальпія продуктів згоряння дорівнює
кДж / м 3. При = 2300 о С
кДж / м 3
За формулою знаходимо

о С.
Прийнявши пірометричний коефіцієнт рівним = 0,75, знаходимо дійсну температуру горіння палива
о С.
2.2 Час нагріву металу
Температуру що йдуть з печі димових газів приймаємо рівної = 1050 о С; температуру печі в томильной зоні на 50 о вище температури нагріву металу, тобто 1300 про С.распределеніе температур по довжині печі представлено на рисунку 10.

Рисунок 10 - Розподіл температур по довжині методичної печі
Оскільки основним призначенням методичної зони є повільне нагрівання металу до стану пластичності, то температура в центрі металу при переході з методичної в зварювальну зону повинна бути порядків 400 - 500 о С.
Різниця температур між поверхнею і серединою заготовки для методичної зони печей прокатного виробництва можна прийняти рівною (700 - 800) , Де - Прогрівається (розрахункова) товщина. У розглянутому випадку двостороннього нагріву м і, отже, о С, тобто слід прийняти температуру поверхні сляба в кінці методичної зони, що дорівнює 500 о С.
Визначаємо орієнтовні розміри печі. При однорядному розташуванні заготовок ширина печі буде дорівнює
м.
Тут а = 0,2 м - зазори між слябах і стінками печі.
Висоту печі приймаємо рівною: у томильной зоні 1,65 м, у зварювальній 2,8 м, у методичній зоні 1,6 м.
Знаходимо ступеня розвитку кладки (на 1 м довжини печі) для:

методичної зони ;
зварювальної зони ;
томильной зони .
Визначимо ефективну довжину променя
;
методична зона
м;
зварювальний зона
м;
томильную зона
м;
2.2.1 Визначення часу нагріву металу в методичній зоні
Знаходимо ступінь чорноти димових газів при середній температурі = 0,5 (1300 +1050) = 1175 о С.
Парціальний тиск СО 2 і Н 2 О одно:
кПа;
кПа;
кПа. м;
кПа. м.
Знаходимо
; ; .
Тоді
.
Наведена ступінь чорноти розглянутої системи дорівнює
;
,
ступінь чорноти металу прийнята рівною = 0,8.
Визначаємо середній по довжині методичної зони коефіцієнт тепловіддачі випромінюванням

Вт / (м 2. К)
Визначаємо температурний критерій і критерій :
;
.
Для вуглецевої сталі при середній по масі температурі металу
о С.
Критерій Фур'є = 1,4, тоді час нагрівання металу в методичній зоні печі одно
з (0,452 г).
Знаходимо температуру центру сляба при = 1,4, = 0,341, температурний критерій = 0,68:
о С.
2.2.2 Визначення часу нагріву металу в I зварювальної зоні
Знаходимо ступінь чорноти димових газів при = 1300 о С:
кПа; кПа;
кПа. м;
кПа. м.
Наведена ступінь чорноти I зварювальної зони дорівнює
;

Вт (м 2. К).
Знаходимо середню по перетину температуру металу на початку I зварювальної (наприкінці методичної) зони
о С.
Знаходимо температурний критерій для поверхні слябів
.
Так як при середній температурі металу о С теплопровідність вуглецевої сталі дорівнює = 29,3 Вт / (м. К), а коефіцієнт температуропровідності м 2 / с, то
.
Час нагріву в I зварювальної зоні
з (0,881 г).
Визначаємо температуру в центрі сляба в кінці I зварювальної зони при значеннях = 0,934, = 1,2, = 0,53
о С.
2.2.3 Визначення часу нагріву металу в II зварювальної зоні
Знаходимо ступінь чорноти димових газів при = 1350 о С.
кПа; кПа;
кПа. м;
кПа. м.
Наведена ступінь чорноти II зварювальної зони дорівнює
;

Вт / (м 2. К)
Середня температура металу на початку II зварювальної зони дорівнює
о С.
Температурний критерій для поверхні слябів в кінці II зварювальної зони дорівнює
.
При середній температурі металу
о С = 28,2 Вт / (м. К), м 2 / с.
Тоді
.
Час нагріву металу в II зварювальної зоні одно
з (0,727 г).
Температура центру сляба в кінці II зварювальної зони при значеннях = 1,61, = 1,1, = 0,4.
о С.

2.2.4 Визначення часу томління металу
Перепад температур по товщині металу на початку томильной зони становить о. Допустимий перепад температур в кінці нагрівання становить о.
Ступінь вирівнювання температур дорівнює

При коефіцієнті несиметричності нагріву, рівному = 0,55 критерій = 0,58, для томильной зони.
При середній температурі металу в томильной зоні о С, = 29,6 Вт / (м. К) і м 2 / с.
Час томління
з (0,383 г).
Повне перебування металу в печі одно
з (2,44 год).
2.3 Визначення основних розмірів печі
Для забезпечення продуктивності 72,22 кг / с у печі має одночасно перебувати наступну кількість металу
кг.
Маса однієї заготовки дорівнює
кг.
Кількість заготовок, що одночасно знаходяться в печі
шт.
При однорядному розташуванні заготовок загальна довжина печі
м.
По ширині печі = 10,9 м
м 2.
Довжину печі розбиваємо на зони пропорційно часу нагрівання металу в кожній зоні.
Довжина методичної зони
м.
Довжина I зварювальної зони
м.
Довжина II зварювальної зони
м.
Довжина томильной зони
м.
У даному випадку прийнята безударна видача слябів з печі. В іншому випадку довжину томильной зони слід збільшити на довжину сковзала = 1,5 м.
Звід печі виконуємо підвісного типу з каолінового цегли товщиною 300 мм. Стіни мають товщину 460 мм, причому шар шамоту становить 345 мм, а шар ізоляції (діатомітовий цегла), 115 мм. Під томильной зони виконуємо тришаровим: тальковий цегла 230 мм, шамот 230 мм і теплова ізоляція (діатомітовий цегла) 115 мм.
2.4 Тепловий баланс
Прихід тепла
1. Тепло від горіння палива
У кВт,
тут В - витрата палива, м 3 / с, при нормальних умовах.
2. Тепло, що вноситься підігрітим повітрям
У кВт.
3. Тепло екзотермічних реакцій (приймаючи, що чад металу становить 1%)
кВт.
Витрата тепла
1. Тепло, витрачений на нагрівання металу
кВт,
де = 838 кДж / кг - ентальпія вуглецевої сталі при о С; = 9,72 кДж / кг - те ж, при о С.
2. Тепло, що буря йдуть димовими газами
У кВт.
Ентальпію продуктів згоряння знаходимо при температурі = 1050 о С




___________________________________
= 1622,35 кДж / м 3
3. Втрати тепла теплопровідністю через кладку.
Втратами тепла через під в даному прикладі нехтуємо.
Розраховуємо тільки втрати тепла через склепіння та стіни печі.
Втрати тепла через звід
Площа зводу приймаємо рівної площі пода 396,76 м 2; товщина зводу 0,3 м, матеріал каолін. Приймаємо, що температура внутрішньої поверхні склепіння дорівнює середній по довжині печі температурі газів, яка дорівнює
о С.
Якщо вважати температуру навколишнього середовища рівної = 30 о С, то температуру поверхні одношарового склепіння можна прийняти рівною = 340 о С.
При середній по товщині температурі зводу о С коефіцієнт теплопровідності каоліну Вт / (м. К).
Тоді втрати тепла через склепіння печі будуть рівні
кВт,
де Вт / (м 2. К).
Втрати тепла через стіни печі
Стіни печі складаються із шару шамоту товщиною = 0,345 м і шару діятимуть, товщиною = 0,115 м.
Зовнішня поверхня стін дорівнює:
методична зона
м 2;
I зварювальний зона
м 2;
II зварювальний зона
м 2;
томильную зона
м 2;
торці печі
м 2.
Повна площа стін дорівнює
м 2.
Для обчислення коефіцієнтів теплопровідності, що залежать від температури, необхідно знайти середнє значення температури шарів. Середня температура шару шамоту дорівнює , А шару діатоміту , Де - Температура на межі поділу шарів, о С; - Температура зовнішньої поверхні стін, яку можна прийняти рівною 160 про С. Коефіцієнт теплопровідності шамоту
, Вт / (м. К).
Коефіцієнт теплопровідності діатоміту
, Вт / (м. К).
У стаціонарному режимі
.
Підставляючи значення коефіцієнтів теплопровідності

або
.
Вирішення цього квадратичного рівняння дає значення
= 728,8 про С.
Тоді
о С,
о С.
Остаточно отримуємо
Вт / (м. К).
Вт / (м. К).
Кількість тепла, що втрачається теплопровідністю через стіни печі, одно
кВт,
де Вт / (м 2. К).
Загальна кількість тепла, що втрачається теплопровідністю через кладку
кВт.
4. Втрати тепла з охолоджувальною водою з практичних даними приймаємо рівними 10% від тепла, внесеного паливом і повітрям
У кВт.
5. Невраховані втрати визначаємо за формулою

У кВт.
Рівняння теплового балансу

.
Звідки
= 5,46 м 3 / с.
Результати розрахунків заносимо в таблицю
Таблиця 1. Тепловий баланс методичної печі
Стаття приходу
кВт (%)
Стаття витрати
кВт (%)
Тепло від горіння палива. . . . . . . .
Фізичне тепло повітря. . . . . . . .
Тепло екзотермічних реакцій. . . . . . . .
_____________________
Разом:
114114 (83, 82)
17948,06 (13, 18)
4080 (3, 00)
________________________
136142,06 (100, 0)
Тепло на нагрівання металу. . . . . . . . .
Тепло, що буря газами
Втрати тепла теплопровідністю через кладку. . . . .
Втрати тепла з охолоджувальною водою. . . . . . . . . . .
Невраховані втрати
__________________________
Разом:
59820,2 (43, 94)
56602,83 (41, 16)
3908,5 (2, 87)
13206,16 (9, 70)
2604,43 (2, 33)
________________________
136142,06 (100,0)
Питома витрата тепла на нагрівання 1 кг металу
кДж / кг.
2.5 Розрахунок рекуператора для підігріву повітря
Вихідні дані для розрахунку: на вході в рекуператор = 0 о С, на виході = 450 о С. Температура диму на вході в рекуператор = 1050 о С. Витрата газу на опалення печі = 5,46 м 3 / с. Витрата повітря на горіння палива м 3 / с. Кількість димових газів на вході в рекуператор м 3 / с. Склад димових газів 10,6% СО 2; 16,8% Н 2 О; 0,8% О 2 і 71,8% N 2.
Вибираємо керамічний блочний рекуператор. Матеріал блоків - шамот, марка цегли Б-4 та Б-6. Величину витоку повітря в димові канали приймаємо рівною 10%. Тоді в рекуператор необхідно подати наступну кількість повітря 29,8 / 0,9 = 33,1 м 3 / с.
Кількість загубленого в рекуператорі повітря
м 3 / с.
Середня кількість повітря
м 3 / с.
Кількість димових газів, що залишають рекуператор (з урахуванням витоку повітря) дорівнює
м 3 / с.
Середня кількість димових газів
м 3 / с.
Задамо температуру димових газів на виході з рекуператора = 650 о С. При цій температурі теплоємність димових газів
,



_____________________________
= 1462 кДж / (м 3. К)
Теплоємність диму на вході в рекуператор ( = 1050 о С)




_____________________________
= 1,538 кДж / (м 3. К)
Тепер , Де = 1,3583 кДж / (м 3. К) - теплоємність повітря при = 650 о С.
Вирішуючи це рівняння щодо , Отримаємо = 651,3 о С 651 о С.
У прийнятій конструкції рекуператора схема руху теплоносіїв - перехресний струм. Визначаємо среднелогаріфміческую різниця температур для противоточной схеми руху теплоносіїв
;
о.
Знайшовши поправочні коефіцієнти
і ,
, Тоді о С.
Для визначення сумарного коефіцієнта теплопередачі приймемо середню швидкість руху димових газів = 1,2 м / с, середню швидкість руху повітря = 1,5 м / с.
Враховуючи, що еквівалентний діаметр повітряних каналів дорівнює = 0,055 м = 55 мм, знаходимо значення коефіцієнта тепловіддачі конвекцією на повітряній стороні
= 14 Вт / (м 2. К).
Враховуючи шорсткість стін, отримаємо
Вт / (м 2. К).
Коефіцієнт тепловіддачі на димовій стороні знаходимо за формулою
.
Враховуючи, що гідравлічний діаметр каналу, по якому рухаються димові гази дорівнює = 0,21 м, знаходимо коефіцієнт тепловіддачі конвекцією на димовій стороні
= 6,4 Вт / (м 2. К),
або з урахуванням шорсткості стін
Вт (м 2. К).
Величину коефіцієнта тепловіддачі випромінюванням на димовій стороні визначаємо для середньої температури димових газів в рекуператорі, рівної
о С.
Середню температуру стінок рекуператора приймаємо рівної
о С.
Ефективна довжина променя в каналі дорівнює
м.
При = 850,5 о С знаходимо
= 0,05; = 0,035; = 1,06.
.
При = 537,75 о С, .
Враховуючи, що при ступені чорноти стін рекуператора , Їх ефективна ступінь чорноти дорівнює , Знаходимо коефіцієнт тепловіддачі випромінюванням
Вт / (м 2. К).
Сумарний коефіцієнт тепловіддачі на димовій стороні дорівнює
Вт / (м 2. К).
При температурі стінки = 537,75 о С коефіцієнт теплопровідності шамоту дорівнює
Вт / (м. К)
З урахуванням товщини стінки елемента рекуператора = 0,019 м знаходимо сумарний коефіцієнт теплопередачі за формулою
Вт / (м 2. К),
де і - Відповідно основна поверхня теплообміну і обребрена, м 2.
При , Вт / (м 2. К).
Визначаємо поверхню нагріву і основні розміри рекуператора. Кількість тепла, що передається через поверхню теплообміну, так само

кВт.
За наступною формулою знаходимо величину поверхні нагрівання рекуператора

м 2.
Так як питома поверхня нагріву рекуператора, виконаного з цеглин Б = 4 та Б = 6, дорівнює = 10,3 м 2 / м 3, можна знайти об'єм рекуператора
м 3.
Необхідна площа перерізів для проходу диму дорівнює
м 2.
Враховуючи, що площа димових каналів складає 44% загальної площі вертикального перерізу рекуператора, знайдемо величину останнього
м 2.
Приймаючи ширину рекуператора рівній ширині печі, тобто = 10,9 м, знаходимо висоту рекуператора
м.
Довжина рекуператора
м.

2.6 Вибір пальників
У багатозонних методичних печах подводимая теплова потужність отже, і витрата палива) розподіляється по зонах печі наступним чином: у верхніх зварювальних зонах по 18 - 22%; в нижніх зварювальних зонах по 20 - 25% і в томильной зони 12 - 18%.
Розподіляючи витрата палива по зонах пропорційно теплової потужності, отримаємо: верхні зварювальні зони по 1,09 м 3 / с; нижні зварювальні зони по 1,23 м 3 / с, томильную зона 0,82 м 3 / с.
Щільність газу 1,0 кг / м 3, витрата повітря при коефіцієнті витрати п = 1,05 дорівнює 5,46 м 3 / м 3 газу.
Пропускна здатність пальників по повітрю: верхні зварювальні зони м 3 / с; нижні зварювальні зони м 3 / с; томильную зона м 3 / с.
Розрахункова кількість повітря визначаємо за формулою:
;
верхні зварювальні зони
м 3 / с;
нижні зварювальні зони
м 3 / с;
томильную зона
м 3 / с.

Висновок
Техніко-економічна оцінка роботи методичних печей
Широке застосування методичних штовхальних печей викликано тим, що ці печі забезпечують досить високу продуктивність при невисокому питомій витраті палива, а також забезпечують високий коефіцієнт використання тепла в робочому просторі. Це пояснюється наявністю методичної зони.
Застосування гліссажних труб з Рейтера підвищує рівномірність нагріву металу (без подряпин і холодних плям) і створює передумови для збільшення ширини і довжини печі.
Проте всі методичні печі толкательной типу мають недоліки, зумовлені неможливістю швидкої вивантаження металу з печі і труднощами переходу від нагрівання слябів одного розміру до нагрівання слябів іншого розміру. Ці проблеми можуть бути вирішені тільки при використанні методичних печей з простує подом.

Список використаних джерел
1. Крівандін В.А. Металургійні печі / В.А. Крівандін; професор, доктор техн. наук. - Москва: Металургія, 1962 р. - 461 с.
2. Крівандін В.А. Теорія, конструкції та розрахунки металургійних печей - 2 том / В.А. Крівандін; професор, доктор техн. наук. - Москва: Металургія, 1986 р. - 212 с.
3. Телегін А. С. Лебедєв М. С. Конструкції і розрахунок нагрівальних пристроїв - 2-е видання перероблене і доповнене. Москва: Машинобудування, 1975 р. - 170 с.
Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Виробництво і технології | Курсова
136.9кб. | скачати


Схожі роботи:
Конструкція і методика розр та індукційних вакуумних печей
Конструкція методика розр та мартенівських печей чорної металургії
Конструкція і методика розр та шахтних печей кольорової металургії
Конструкція методика розр та випалювальних печей год рной металургії
Конструкція методика розр та нагрівальних та термічних печей для сортового прокату
Конструкція і методика розрахунку індукційних вакуумних печей
Конструкція методика розрахунку мартенівських печей чорної металургії
Конструкція і методика розрахунку шахтних печей кольорової металургії
Конструкція методика розрахунку нагрівальних та термічних печей для сортового прокату
© Усі права захищені
написати до нас