Проект толкательной печи для нагрева заготовок под прокатку (125х1200х8000 мм) из углеродистой стали производительностью 70 т/ч

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Комсомольский-на-Амуре» государственный технический университет»

Факультет ИКП МТО

Кафедра МиТЛП

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

К курсовому проекту

по теплотехнике

Проект толкательной печи для нагрева заготовок под прокатку (125х1200х8000 мм) из углеродистой стали производительностью 70 т/ч

Студент группы 5ОД-1

Найденов К.Г.

Руководитель проекта

Соболев Б.М.

2008

Задание

1. Введение

2. Литературный и патентный обзор

3. Расчет полного горения топлива

4. Расчет нагрева металла в печи

4.1 Расчет параметров печи

4.2 Расчет участка сварочной зоны с монолитным подом

4.3 Расчеты участка сварочной зоны с двухсторонним обогревом

4.4 Расчет методической зоны

5. Расчет рабочего пространства печи

6. Тепловой баланс

6.1 Приход тепла

6.2 Расход тепла

6.2.1 Тепло, затраченное на нагрев металла

6.2.2 Тепло, уносимое уходящими дымовыми газами

6.2.3 Потери тепла теплопроводностью через кладку

6.2.3.1 Методическая зона

6.2.3.2 Сварочная зона

6.2.4 Потери тепла на охлаждаемые подовые трубы

6.2.4.1 Методическая зона

6.2.4.2 Сварочная зона

6.2.5 Потери тепла на водоохлаждаемые элементы печи

6.2.5.1 Методическая зона

6.2.5.2 Сварочная зона

6.2.6 Потери тепла излучением через окна печи

6.2.7 Неучтенные потери

7. Выбор типа и размеров футеровки

8. Выбор горелок

9. Расчёт узла печи

9.1 Реечный толкатель

9.2 Рекуператор

10. Список использованной литературы

1. Введение

Назначение печи состоит в передаче тепла технологическим материалам. Совокупность процессов теплообмена, происходящих в рабочем пространстве печи обычно при помощи движущейся печной среды, называют тепловой работой печи. Ее подразделяют на полезную, которая представляет собой передачу тепла технологическим материалам, и потерянную, включающую все иные виды потребления тепла.

В нагревательных печах металл или другие материалы нагревают с целью:

1. Изменения механических свойств металла(главным образом пластичности) перед обработкой давлением: прокаткой, ковкой, штамповкой, волочением;

2. Изменения структуры металла;

3. Обжига материалов (известняка, доломита, магнезита, руды, огнеупорных материалов);

4. Удаления влаги из материалов (сушка литейных материалов и форм, руды, угля);

В таких печах основной продукт нагрева не меняет своего агрегатного состояния, хотя в процессе нагрева могут существенно измениться его свойства.

Нагревательные печи подразделяют на печи для термообработки отливок и печи для сушки форм, стержней, песка и глины. По конструкции нагревательные печи подразделяются на камерные и методические.

В камерных печах нагреваемый материал неподвижен, поэтому конструкция их должна обеспечить одинаковое условие передачи тепла во всех точках пространства.

В методических печах нагреваемый материал движется навстречу нагревающим его газам, или в одном направлении с ними, или при комбинации прямотока и противотока, а также при поперечном по отношению к направлению движения материалов вводе газов. В методических печах не требуется создавать одинаковых условий нагрева во всем рабочем пространстве. Необходим только одинаковый нагрев материала в поперечных сечениях печного канала, перпендикулярных направлению движения материалов. Рассматриваемая методическая печь с теплотехнической точки зрения относится к конвективной, т.е. нагрев металла или других материалов производится конвекцией.

К числу основных требований, предъявляемых к печам, относят:

1. Полное удовлетворение требований технологии;

2. Высокую производительность печи при минимальном расходе тепла и минимальных потерях металла (материала) при нагреве;

3. Минимальный расход материалов и времени для постройки и ремонта при минимальных капитальных затратах;

4. Возможность автоматизации работы печей;

5. Благоприятные условия труда.

Теплотехнические расчеты выполняются с целью конструирования новой печи или выяснения изменений, которые произойдут в тепловой работе существующей печи при переходе к другим условиям эксплуатации. Все теплотехнические расчеты основаны на теории теплопроводности и закономерностях внешнего теплообмена, учитывающих процессы тепловыделения и движения печной среды. На внешний теплообмен в основном влияет конструкция печи, поскольку ею полностью или частично определяются: источник и способ передачи тепла; интенсивность тепловыделения и распределение тепла; соответствующие изменения во времени и пространстве температуры печной среды и обрабатываемых материалов; характер движения печной среды, включая распределение давления.

2. Литературный и патентный обзор

Толкательные противоточные печи широко применяются для нагрева прямоугольной заготовки. В таких печах лежащие на поду и соприкасающиеся друг с другом заготовки задаются и перемещаются в печи при помощи специального механизма-толкателя. Выдача металла из печи может быть торцовой и боковой. При торцовой выдаче функции выталкивателя выполняет толкатель: задавая очередную заготовку в печь, он перемещает все заготовки и выталкивает ближайшую к окну выдачи заготовку, расположенное ниже уровня пода печи, происходит интенсивный подсос холодного воздуха. Явление подсоса усиливается инжектирующим действием горелок, расположенных в торце томильной зоны. Подсосанный в печь холодный воздух вызывает излишний расход топлива и способствует интенсивному зарастанию подины печи образовавшейся окалиной. При боковой выдаче применяют специальный выталкиватель, поэтому эти печи при размещении в цехе требуют больших площадей. Однако с точки зрения тепловой работы печи с боковой выдачей имеют преимущества.

При нижнем обогреве вдоль печи прокладывают специальные глиссажные трубы, по которым движется металл. Из-за охлаждающего действия глиссажных труб в нижнюю часть сварочной зоны печи необходимо подавать больше тепла, чем в верхнюю.

Глиссажные трубы выполняют только в методической и сварной зонах. В местах соприкосновения заготовки с водоохлаждаемыми трубами металл прогревается хуже и на его поверхности образуются темные пятна. Поэтому в трехзонных печах с нижним обогревом томильная зона предназначена не только для выравнивания температуры по толщине металла, но и для ликвидации темных пятен на нижней поверхности заготовки, и в ней глиссажных труб нет.

В двухзонных печах с нижним обогревом часть сварочной зоны выполняют без нижнего обогрева для ликвидации темных пятен от охлаждающего действия глиссажных труб.

В настоящее время предпринимаются попытки использования двухстороннего нагрева и в пределах томильной зоны. Для этого используют мощные глиссажные шины особой конструкции, в которых отсутствует возможность охлаждения металла снизу.

Конструкцию методических печей выбирают в зависимости от типа стана и вида топлива. Тип стана определяет производительность печей, толщину нагреваемой заготовки, температуру нагрева металла и его сортамент. От вида используемого топлива зависит конструкция горелочных устройств и применение рекуператоров.

3. Расчёт полного горения топлива

1. Топливо: Газ месторождение Северо-Сахалинское.

2. Состав и теплота сгорания:

Q^р_н=35587кДж/м³; CH₄=90,40%; C₂H₆=1,90%; C₃H₈=1,10%; C₄H₁₀=0,60%; CO₂=4,70%; N₂=1,1%; тяжелые углеводороды - 0,20%.

3. Низшая теплота сгорания:

Q^р_н=358^•90,40+590+638^.1,90+913^.1,10+1187•0,60+127,7+108+1461+

+712 ^.0,20+234=37955(кДж/м³).

4. Теоретический расход кислорода, необходимого для сжигания единицы топлива:

V_O2=0,01(0,5(CO+H₂+3H₂S)+2CH₄+3C₂H₄+3,5C₂H₆+5C₃H₈+6,5C₄H₁₀ + +(m+(n/4))C_mH_n ).

V_O2=0,01(0,5(3)+2•90,40+3+3,5•1,90+5•1,10+6,5•0,60+(12(5/4))•0,20)= 2,136(м³/кг).

5. Действительный объём сухого воздуха, необходимого для сжигания единицы топлива:

L=(1+k) V_O2,

где k - доля кислорода в воздухе; k = N₂/O₂; k = 79/21=3,762%;

- коэффициент избытка или расхода воздуха(1,1).

L=(1+3,762) ^.1,10 ^.2,136=11,19(м³/кг).

6. Массовое количество воздуха:

L_м=1,293 L; L_м=1,293 ^.11,19=14,47(кг/м³).

7. Качественный состав продуктов сгорания:

V_CO2=0,01(CO+CO₂+CH₄+2C₂H₄+2C₂H₆+3C₃H₈+4C₄H₁₀ m C_mH_n);

V_CO2=0,01(4,70+90,40+2 ^.1,90+3 ^.1,10+4 ^.0,60+12 ^.0,20)=1,07(м³/кг);

V_O2=(-1)V_O2;

V_O2=(1,10 -1) ^.2,136=0,214(м³/кг);

V_N2=0,008N^p+kV_O2;

V_N2=0,008 ^.1,1+1,10 ^.3,762 ^.2,136=8,85(м³/кг);

V_H2O=0,01(H₂O+H₂+H₂S+2CH₄+2C₂H₄+3C₂H₆+4C₃H₆+5C₄H₁₀)+0,775 Ld;

V_H2O=0,01(2 ^.90,40+3 ^.1,90+5 ^.0,60)+0,775 ^.11,19 ^.0,012=2(м³/кг);

V_д= V_CO2+V_H2O+V_SO2+V_N2+V_O2+V_CO;

V_д=1,07+0,214+8,85+2=12,134(м³/кг).

8. Состав влажных продуктов сгорания:

СО₂= V_CO2/V_д ^.100%; СО₂=1,07/12,134 ^.100=8,82%;

O₂=V_О2/V_д ^.100%; O₂=0,214/12,134 ^.100=1,76%;

N₂=V_N2/V_д ^.100%; N₂=8,85/12,134 ^.100=72,94%;

H₂O=V_H2O/V_д ^.100%; H₂O=2/12,134 ^.100=16,48%;

При сложении получим 100%.

Плотность продуктов сгорания:

_д=(0,44СО₂+0,18Н₂О+0,28N₂+0,32O₂)/22,4;

_д=(0,44 ^.8,82+0,18 ^.16,48+0,28 ^.72,94+0,32 ^.1,76)/22,4=1,24кг/м³.

9. Состав сухих продуктов сгорания:

СО₂=V_CO2 / (V_д-V_H2O) ^.100%; СО₂=1,07/(12,134-2) ^.100=10,56%;

N₂=V_N2/(V_д-V_H2O) ^.100%; N₂=8,85/(12,134-2) ^.100=87,33%;

O₂=V_О2/(V_д-V_H2O) ^.100%; O₂=0,214/(12,134-2) ^.100=2,11%;

При сложении получим 100%.

Плотность продуктов сгорания:

_д=(0,44СО₂+0,28N₂+0,32O₂)/22,4;

_д=(0,44 ^.10,56+0,28 ^.87,33+0,32 ^.2,11)/22,4=1,33кг/м³.

10. При горении природного газа в обычном воздухе энтальпия продуктов сгорания равна:

i_п = Q^р_н/ V_д ;

i_п =37955+532,08 ^.11,19/12,134=3618,7кДж/м³;

Определяем i_п(1):

Задаются приближенно температуру продуктов горения t₁ и определяют соответствующую ей энтальпию i_п(1); i₁^/=2100 ^ОС.

Примем t₁=2373К(2100 ^ОС)

i_п^//₍₂₎=(i^//_СО2 ^.V_СО2+ i^//_H2O ^.V_H2O+ i^//_N2 ^.V_N2+ i^//_O2 ^.V_O2)/ V_д=(5186,81 ^.1,07+4121,79 ^.2+3131,96 ^.8,85+3314,85 ^.0,214)/12,134=3479,5кДж/м³;

Определяем i_п(2):

Примем t₂=2473К(2200 ^ОС)

i_п^//₍₂₎=(i^//_СО2 ^.V_СО2+ i^//_H2O ^.V_H2O+ i^//_N2 ^.V_N2+ i^//_O2 ^.V_O2)/ V_д=(5464,20 ^.1,07+4358,83 ^.2+3295,84 ^.8,85+3487,44 ^.0,214)/12,134=3665,6кДж/м³;

i_п(1)< i_п< i_п(2)

3479,5 < 3618,7 < 3665,6

11. Определяем калориметрическую температуру:

t_к=t₂-( i_п(2)- i_п)(t₂-t₁)/( i_п(2)- i_п(1)).

t_к=2200 - (3665,6 - 3618,7)(2200-2100)/(3665,6 - 3479,5)=2175 ^ОС;

Действительную температуру в топке или печи определяют с учетом потерь на диссоциацию и теплопередачу в окружающую среду

t_д = ₁ t_к ;

₁ - опытный пирометрический коэффициент, зависящий от конструкции топливосжигающих устройств или печи (0,75);

t_д =0,75 ^.2175=1631 ^ОС.

4. Расчет нагрева металла в печи

4.1 Расчет параметров печи

Т.к. осуществляется однорядное расположение заготовок, следовательно ширина печи будет равна:

.

Здесь - зазор между заготовками и стенками печи.

Высоту рабочего пространства по практическим данным принимаем: в сварочной зоне h_св=1,8м, в методической h_мет=0,8.

Площадь пода печи:

- в сварочной зоне

F_св=BL_св=8,6 ^. L_св,

-в методической зоне

F_мет=BL_мет=8,6 ^. L_мет (м²).

Внутренняя поверхность стен и свода (м²):

- в сварочной зоне

;

- в методической зоне

.

Суммарная поверхность всех элементов, окружающих газовый объем:

- в сварочной зоне

;

- в методической зоне

.

Объем заполненного газом рабочего пространства (м²):

- в сварочной зоне

;

- в методической зоне

.

Средняя эффективная длина луча:

- в сварочной зоне

;

- в методической зоне

.

Произведение парциальных давлений излучающих газов на среднюю эффективную длину луча:

- в сварочной зоне

- в методической зоне

Степень черноты газа в сварочной и методической зонах определяем из номограмм.

Температуру газов в сварочной зоне принимаем на 50^о выше температуры поверхности металла в конце нагрева, т.е.

Средняя температура газов в методической зоне

.

Степень черноты газов:

- в сварочной зоне е_СО2 = 0,13; е_Н2О = 0,2; в = 1,08; тогда

е_г = е_СО2 + в е_Н2О = 0,13 + 1,08 ^. 0,2 = 0,346.

- в методической зоне е_СО2 = 0,11; е_Н2О = 0,14; в = 1,08; тогда

е_г = е_СО2 + в е_Н2О = 0,11 + 1,08 ^. 0,14 = 0,261.

Степень развития кладки:

- в сварочной зоне

- в методической зоне

Принимаем степень черноты металла е_м = 0,8.

Определяем приведенный коэффициент излучения:

- в сварочной зоне

;

- в методической зоне

;

Для дальнейших расчетов принимаем среднее значение приведенного коэффициента излучения С_пр = 2,8 Вт/(м^{2 .} к⁴).

Площадь активного пода печи:



Напряженность активного пода печи:

Длина активного пода:

Общее время нагрева:

Средняя температура и энтальпия металла в конце нагрева

Соответствующая этой температуре энтальпия металла .

Удельный тепловой поток к поверхности металла в конце нагрева, при температуре получаем коэффициент теплопроводности металла . Тогда

Расчетная температура газов в сварочной зоне



4.2 Расчет участка сварочной зоны с монолитным подом

Время нагрева металла на этом участке

Находим число Фурье:

Физические константы принимаем по температуре

Теплопроводность металла . Теплоемкость металла

Коэффициент теплопроводности

Находим число Bi:



Коэффициент теплоотдачи в конце нагрева

По и находим Ф=0,55.

Температура поверхности металла при переходе на монолитный под

Удельный тепловой поток в начале участка будет

Перепад температур по сечению металла в начале участка

Принимаем л по температуре

Средняя температура и энтальпия металла в начале участка



Для этой температуры

В конце методической зоны принимаем температуру

4.3 Расчеты участка сварочной зоны с двухсторонним обогревом

Удельный тепловой поток в начале участка

Перепад температур по сечению металла в начале участка

Принимаем л по температуре Тогда

Средняя температура и энтальпия металла в начале участка

Соответственно этой температуре

Приращение энтальпии металла на участке



Средний удельный тепловой поток на участке

Время нагрева на участке сварочной зоны с двухсторонним обогревом запишется так:

Определяем длину сварочной зоны с двухсторонним обогревом

4.4 Расчет методической зоны

Находим приращение энтальпии металла в методической зоне:

Длина методической зоны будет

Определяем активную площадь пода методической зоны



Время нагрева садки в методической зоне

Средний удельный тепловой поток в методической зоне

Удельный тепловой поток в начале методической зоны определится

Температура уходящих газов

Удельная продолжительность нагрева

Температура середины металла в конце методической зоны:

При переходе на монолитный под

Температура нижней поверхности металла при выдаче запишется

5. Расчет рабочего пространства печи

Ширина печи будет равна:

.

Высота печи:

методической зоны - 0,8 м;

сварочной зоны - 1,8 м.

Длина печи:

методическая зона - 3,6 м;

сварочная зона - 6 + 2,4 монолитный под (м);

длина склиза - 2 м.

Масса одной заготовки:

Количество заготовок, одновременно находящихся в печи:

6. Тепловой баланс

6.1 Приход тепла

1. Химическое тепло (тепло от горения топлива):

.

2. Тепло, вносимое подогретым воздухом (физическое тепло):

3. Тепло экзотермических реакций (принимаем, что угар металла составляет 1%):

6.2 Расход тепла

6.2.1 Тепло, затраченное на нагрев металла

6.2.2 Тепло, уносимое уходящими дымовыми газами



6.2.3 Потери тепла теплопроводностью через кладку

6.2.3.1 Методическая зона

Принимаем температуру внутренней поверхности рабочего пространства на этом участке равной средней температуре продуктов сгорания на этом участке t_вн. = t_г.ср.=1150^оС, температура окружающей среды t_окр=20^оС.

1)Потери тепла через верхнюю часть боковых стен

Кладка верхней части боковых стен: шамот - д_ш.=464мм, шамот- легковес 1,0 - д_шл.=116мм.

Задаемся температурой в месте соприкосновения слоев шамота и шамота-легковеса - t_ш-шл=500^оС, наружной поверхности кладки t_нар=130^оС.

Средняя температура шамота

Коэффициент теплопроводности шамота

Средняя температура шамота-легковеса

Коэффициент теплопроводности шамота-легковеса

Коэффициент теплоотдачи от наружной стенки в окружающую среду

Удельный тепловой поток через кладку верхней части боковых стен

Проверяем температуру на границе слоев шамота и шамота-легковеса

Проверяем температуру наружной поверхности кладки

Полученные температуры близки к предварительно принятым.

2) Потери тепла через нижнюю часть боковых стен

Кладка нижней части боковых стен: шамот - д_ш.=580мм, шамот- легковес 1,0 - д_шл.=116мм.

Задаемся температурой в месте соприкосновения слоев шамота и шамота-легковеса - t_ш-шл=480^оС, наружной поверхности кладки t_нар=130^оС.

Средняя температура шамота

Коэффициент теплопроводности шамота

Средняя температура шамота-легковеса

Коэффициент теплопроводности шамота-легковеса

Коэффициент теплоотдачи от наружной стенки в окружающую среду

Удельный тепловой поток через кладку нижней части боковых стен

Проверяем температуру на границе слоев шамота и шамота-легковеса

Проверяем температуру наружной поверхности кладки

Полученные температуры близки к предварительно принятым.

3) Потери тепла через свод

Кладка свода: шамот - д_ш.=250мм, диатомит Д-500 - д_д.=150мм.

Задаемся температурой в месте соприкосновения слоев шамота и диатомита - t_ш-шл=920^оС, наружной поверхности кладки t_нар=120^оС.

Средняя температура шамота

Коэффициент теплопроводности шамота

Средняя температура диатомита

Коэффициент теплопроводности диатомита

Коэффициент теплоотдачи от наружной стенки в окружающую среду

Удельный тепловой поток через кладку свода

Проверяем температуру на границе слоев шамота и диатомита

Проверяем температуру наружной поверхности кладки

Полученные температуры близки к предварительно принятым.

4) Потери тепла через под

Кладка пода: хромитопериклаз - д_хп.=185мм, шамот - д_ш.=270мм, диатомит - д_д.=135мм.

Задаемся температурой в месте соприкосновения слоев хромитопериклаза - t_хп-ш=1040^оС, шамота и диатомита - t_ш-д=820^оС, наружной поверхности кладки t_нар=100^оС.

Средняя температура хромитопериклаза

Коэффициент теплопроводности хромитопериклаза

Средняя температура шамота

Коэффициент теплопроводности шамота

Средняя температура диатомита

Коэффициент теплопроводности диатомита

Коэффициент теплоотдачи от наружной стенки в окружающую среду

Удельный тепловой поток через кладку пода



Проверяем температуру на границе слоев

Полученные температуры близки к предварительно принятым.

Площадь поверхности боковых стен

Площадь поверхности пода

Площадь поверхности свода с учетом его наклона

Общие потери тепла через верхнюю часть боковых стен

Общие потери тепла через нижнюю часть боковых стен

Общие потери тепла через свод

Общие потери тепла через под

Общие потери тепла теплопроводностью через кладку на участке методической зоны

6.2.3.2 Сварочная зона

1) Потери тепла через верхнюю часть боковых стен

Кладка верхней части боковых стен: шамот - д_ш.=464мм, шамот- легковес 1,0 - д_шл.=116мм.

Задаемся температурой в месте соприкосновения слоев шамота и шамота-легковеса - t_ш-шл=630^оС, наружной поверхности кладки t_нар=160^оС.

Средняя температура шамота

Коэффициент теплопроводности шамота

Средняя температура шамота-легковеса

Коэффициент теплопроводности шамота-легковеса

Коэффициент теплоотдачи от наружной стенки в окружающую среду

Удельный тепловой поток через кладку верхней части боковых стен

Проверяем температуру на границе слоев шамота и шамота-легковеса

Проверяем температуру наружной поверхности кладки

Полученные температуры близки к предварительно принятым.

2) Потери тепла через нижнюю часть боковых стен.

Кладка нижней части боковых стен: шамот - д_ш.=580мм, шамот- легковес 1,0 - д_шл.=116мм.

Задаемся температурой в месте соприкосновения слоев шамота и шамота-легковеса - t_ш-шл=560^оС, наружной поверхности кладки t_нар=150^оС.

Средняя температура шамота

Коэффициент теплопроводности шамота

Средняя температура шамота-легковеса

Коэффициент теплопроводности шамота-легковеса

Коэффициент теплоотдачи от наружной стенки в окружающую среду

Удельный тепловой поток через кладку нижней части боковых стен

Проверяем температуру на границе слоев шамота и шамота-легковеса

Проверяем температуру наружной поверхности кладки

Полученные температуры близки к предварительно принятым.

3) Потери тепла через свод.

Кладка свода: шамот - д_ш.=250мм, диатомит Д-500 - д_д.=150мм.

Задаемся температурой в месте соприкосновения слоев шамота и диатомита - t_ш-шл=1050^оС, наружной поверхности кладки t_нар=130^оС.

Средняя температура шамота

Коэффициент теплопроводности шамота

Средняя температура диатомита

Коэффициент теплопроводности диатомита

Коэффициент теплоотдачи от наружной стенки в окружающую среду

Удельный тепловой поток через кладку свода

Проверяем температуру на границе слоев шамота и диатомита

Проверяем температуру наружной поверхности кладки



Полученные температуры близки к предварительно принятым.

4) Потери тепла через под.

Кладка пода: хромитопериклаз - д_хп.=185мм, шамот - д_ш.=270мм, диатомит - д_д.=135мм.

Задаемся температурой в месте соприкосновения слоев хромитопериклаза - t_хп-ш=1170^оС, шамота и диатомита - t_ш-д=920^оС, наружной поверхности кладки t_нар=130^оС.

Средняя температура хромитопериклаза

Коэффициент теплопроводности хромитопериклаза

Средняя температура шамота

Коэффициент теплопроводности шамота

Средняя температура диатомита

Коэффициент теплопроводности диатомита

Коэффициент теплоотдачи от наружной стенки в окружающую среду



Удельный тепловой поток через кладку пода

Проверяем температуру на границе слоев

Полученные температуры близки к предварительно принятым.

Площадь поверхности боковых стен

Площадь поверхности пода

Площадь поверхности свода

Общие потери тепла через верхнюю часть боковых стен

Общие потери тепла через нижнюю часть боковых стен

Общие потери тепла через свод

Общие потери тепла через под

Общие потери тепла теплопроводностью через кладку на участке методической зоны

Общие потери тепла в печи теплопроводностью через кладку

6.2.4 Потери тепла на охлаждаемые подовые трубы

Потери тепла на охлаждаемые подовые трубы рассчитывается по формуле

где n - количество рядов труб;

d_тр - наружный диаметр труб, м;

длина трубы, м.

6.2.4.1 Методическая зона

На этом расчетном участке имеется:

- 4 продольные подовые трубы наружным диаметром 102 мм и длинной 3,5 м;

- 2 поперечных трубы 152 мм и длинной 8,6 м.

Поверхность подовых труб

Удельный тепловой поток для продольных подовых труб в методической зоне: изолированные - 15 кВт/м²; неизолированные - 200 кВт/м².

Потери тепла на изолированные продольные подовые трубы

Потери тепла на продольные подовые трубы при сохранении 80% изоляции

Поверхность поперечных подовых труб

Удельный тепловой поток для поперечных подовых труб в методической зоне: изолированные - 15 кВт/м²; неизолированные - 200 кВт/м².

Потери тепла на изолированные поперечные подовые трубы:

Потери тепла на поперечные подовые трубы при сохранении 80% изоляции:

Общие потери тепла на участке методической зоны на охлаждаемые изолированные подовые трубы

Общие потери тепла на участке методической зоны на охлаждаемые трубы при сохранении 80% изоляции

6.2.4.2 Сварочная зона

На втором расчетном участке имеется:

- 4 продольные подовые трубы наружным диаметром 102 мм и длинной 6 м;

- 5 поперечных сдвоенных труб наружным диаметром 152 мм и длинной 8,6 м.

Поверхность продольных подовых труб



Удельный тепловой поток для продольных подовых труб в сварочной зоне принимаем: изолированные - 20 кВт/м²; неизолированные - 250 кВт/м².

Потери тепла на изолированные продольные подовые трубы

Потери тепла на продольные подовые трубы при сохранении 80% изоляции

Поверхность поперечных подовых труб

Удельный тепловой поток для поперечных продольных труб в сварочной зоне: изолированные - 20 кВт/м²; неизолированные - 250 кВт/м² .

Потери тепла на изолированные поперечные трубы

Потери тепла на поперечные подовые трубы при сохранении 80% изоляции

Общие потери тепла на участке сварочной зоны на охлаждаемые изолированные подовые трубы

Общие потери тепла на этом участке на охлаждаемые подовые трубы при сохранении 80% изоляции

Общие потери тепла в печи на охлаждаемые изолированные подовые трубы

Общие потери тепла в печи на охлаждаемые подовые трубы при сохранении 80% изоляции

6.2.5 Потери тепла на водоохлаждаемые элементы печи

Подогрев воды принимаем

6.2.5.1 Методическая зона

На 1-ом расчетном участке имеются следующие водоохлаждаемые элементы:

- балка торца загрузки.

Согласно рекомендации расход воды на балку торца загрузки принимаем - 3 м³/(м^{2 .} ч).

Высота балки торца загрузки ~ 0,5 м; площадь поверхности балки торца загрузки -

Расход воды на балку торца загрузки

Общий расход воды на водоохлаждаемые элементы на этом участке

Общий расход тепла на водоохлаждаемые элементы на 1-ом расчетном участке

6.2.5.2 Сварочная зона

На 2-ом расчетном участке имеются следующие водоохлаждаемые элементы:

- склизы;

- 4 отбойника в боковых стенах;

- балка торца выдачи.

Принимаем, что расход воды на склизы - 10 м³/ч, на отбойник в боковой стене - 3 м³/ч, на балку торца выдачи - 6 м³/(м^{2 .} ч).

Площадь поверхности балки торца выдачи принимаем такой же, как у балки торца загрузки - 4,3 м².

Расход воды на балку торца выдачи

Общий расход воды на водоохлаждаемые элементы на этом участке

Общий расход тепла на водоохлаждаемые элементы на 2-ом расчетном участке

Общие потери тепла в печи на водоохлаждаемые элементы

6.2.6 Потери тепла излучением через окна печи

На первом расчетном участке со средней температурой продуктов сгорания t_ср.м = 1150^оС имеется окно загрузки и 2 боковых рабочих окна.

Окно загрузки имеет размеры 0,2х8,6 м, площадь F_заг = 1,72 м², толщина футеровки у окна загрузки 0,58 м, окно постоянно открыто - Ш_заг = 1.0. Окно загрузки рассматриваем как полосу (a/b = 0), тогда коэффициент диафрагмирования при a/l = 0,2/0,58 = 0,345 равен

Боковые рабочие окна имеют размеры 0,464х0,334 м, площадь одного окна 0,15 м², площадь всех окон

Толщина футеровки у боковых рабочих окон 0,58 м, доля времени открытия окон

Боковое рабочее окно рассматривается как квадрат (a/b = 1), тогда коэффициент диафрагмирования при a/l = 0,47/0,58 = 0,81 равен

Потери тепла излучением через окна на первом расчетном участке

На втором расчетном участке средняя температура продуктов сгорания t_ср.св = 1310^оС имеется 8 боковых рабочих окон и окно выдачи. Боковые рабочие окна на 2-ом участке имеют те же размеры, что на первом, поэтому площадь равна Коэффициент диафрагмирования равен долю открытия окон принимаем равной

Также имеется окно выдачи, с такими же размерами, что и окно загрузки и коэффициентом диафрагмирования Долю времени открытия окна принимаем равной

Потери тепла излучением через окна на 2-ом расчетном участке

Общие потери тепла излучением через окна печи

6.2.7 Неучтенные потери

Уравнение теплового баланса печи при сохранении 80% изоляции



Максимальный расход топлива на печь , т.е.

Химическое тепло топлива

Физическое тепло воздуха

Тепло, уносимое уходящими продуктами сгорания

Тепловой баланс печи при сохранении 80% изоляции

Тепловая мощность печи

Распределение тепловых мощностей по зонам отопления принимаем:

Верхняя сварочная - 40%;

Нижняя сварочная - 60%.

Тогда тепловые мощности зон составят:

Верхняя сварочная -

Нижняя сварочная -

Максимальный расход топлива на зоны отопления

Верхняя сварочная -

Нижняя сварочная -

При изолированных подовых трубах расходная часть теплового баланса уменьшится на величину

С учетом уменьшения неучтенных потерь

Тогда уравнение для определения расхода топлива примет вид

Номинальный расход топлива на печь

Номинальное потребление тепла печью

Удельный расход тепла

Находим коэффициент полезного действия печи

7. Выбор типа и размеров футеровки

Стены:

Верхняя часть - шамот 464 мм, шамот-легковес 116 мм;

Нижняя часть - шамот 580 мм, шамот-легковес 116 мм.

Свод:

Шамот - 250 мм, диатомит Д-500 - 150 мм.

Под:

Хромитопериклаз - 185 мм, шамот - 270 мм, диатомит - 135 мм.

8. Выбор горелок

Принимаем в верхней и нижней сварочной зоне торцевое отопление с установкой горелок большой мощности типа «труба в трубе». Размещаем по 8 горелок в нижней и верхней сварочной зоне.

Для верхней сварочной зоны - ДВБ 225/40; для нижней сварочной зоны - ДВБ 250/45.

Горелки одного типа во всех зонах выгодны легкостью обслуживания и обеспечения необходимых запчастей. Просто, в зависимости от зоны горелки могут работать с заданной мощностью.

9. Расчет узла печи

Толкатели широко применяются для передвижения нагреваемых заготовок или деталей в печах и поточных линиях. Основное отличие одного толкателя от другого заключается в способе приведения в движение рабочего органа - башмака, который непосредственно проталкивает заготовки или детали. По этому признаку толкатели делятся на две группы: толкатели с гидравлическим или пневматическим приводом и толкатели с электрическим приводом. Толкатели с электрическим приводом выполняются винтовые, реечные, фрикционные, рычажные, с цепным приводом. Наибольшее распространение, благодаря своей надежности и экономичности, получили реечные толкатели. Рабочий ход толкателя выбирают равным сумме длины бочки ролика рольганга загрузки и длины стола загрузки. Толкатель следует располагать так, чтобы толкающие пальцы в крайнем правом положении не упирались в конструкции печи, а в крайнем левом положении уходили за пределы бочки ролика примерно на 100 мм.

9.1 Реечный толкатель

Рабочий ход - 2200 мм.

Общий максимальный ход - 3700 мм.

Усилие толкателя определяется по формуле

где и - соответственно коэффициенты трения заготовок о подовые трубы и монолитный под;

и - соответственно масса заготовок, лежащих на подовых трубах и монолитном поде.

Практические значения коэффициента трения скольжения металла по металлу принимают равными:

- при t = 400-700^оС - приблизительно 0,5-0,6;

- при t = 700-1000^оС - 0,6-0,8.

Масса одной заготовки:

На подовых трубах у нас находится 8 заготовок и ещё 1 которой проталкивают, на монолитном поде 2 заготовки.

Масса заготовок на подовых трубах

Масса заготовок на монолитном поде

Определяем усилие толкателя

Принимаем, что усилие на две штанги будет 1120000 Н.

Мощность электродвигателя привода толкателя

где - усилие толкателя, Н;

- скорость проталкивания, м/с;

- общий к.п.д. винта и привода.

Принимаем, что скорость передвижения при толкании равна 0,2 м/с, а общий к.п.д. винта и привода

По полученной мощности подбираем электродвигатель:

Тип - АИР355М8;

Мощность - 160 кВт;

Синхронная частота вращения - 750 об/мин;

К.П.Д. - 93,5%;

Количество электродвигателей - 1.

Общее передаточное число находят из выражения

где - число оборотов выбранного электродвигателя, об/мин;

- число оборотов реечной шестерни, об/мин;

- скорость толкания, м/с;

- диаметр начальной окружности шестерни, м.

Находим передаточное число редуктора

Устанавливаем конически-цилиндрический трехступенчатый редуктор типа КЦ2.

Для подогрева воздуха принимаем радиационный металлический рекуператор, т.к. температура отходящих дымовых газов составляет . Рекуператор подогревает воздух до температуры

10. Список использованной литературы

1. Мастрюков Б.С. Теория, конструкция и расчеты металлургических печей. Т.2. Расчеты металлургических печей. - М.: Металлургия, 1987 -272с.

2. Тайц Н.Ю., Розенгарт Ю.И. Методические нагревательные печи. - Харьков: Металлургиздат, 1956 -248с.

3. Металлургические печи: Атлас. Учеб. пособие для вузов / Миткалинский В.И., Кривандин В.А., Морозов В.А и др. - М.: Металлургия, 1987. -384с.

4. Кривандин В.А., Белоусов В.В., Сборщиков Г.С. и др. Теплотехника металлургического производства. Т.2.- М.: МИСиС, 2002. -735с.

5. Соболев Б.М. Расчеты нагревательных печей. - Учебное пособие /Б.М. Соболев - Комсомольск-на-Амуре: ГОУВПО «КнАГТУ», 2006. -66с.

6. Воителев В.В., Могилевский Е.И. Механическое оборудование печей. - М.: Металлургия, 1991. -148с.

7. Тимошпольский В.И., Губинский В.И. и др. Металлургические печи теория и расчеты. Т.1,Т.2. -Минск: Беларуснаука, 2007. -596с, 832с.