ВВЕДЕНИЕ
Пластическая деформация итермическая обработка металла протекает при высоких температурах. Основнымиагрегатами для нагрева металла являются печи, в которых выделяется теплота врезультате горения топлива или преобразования электрической энергии.
Печи должны удовлетворятьследующим требованиям:
1. Обеспечивать высокуюпроизводительность при заданных технологических условиях нагрева.
2. Минимальный удельный расход топлива.
3. Возможность измененияпроизводительности и ассортимента нагреваемых изделий.
4. Наличие механизации загрузки ивыгрузки изделий.
5. Простата и безопасность обслуживанияи ремонта.
6. Возможность автоматическогоуправления печью.
В кузнечных цехах крупносерийного и массового производства большое распространение получили печи,имеющие большую производительность.
В толкательных проходныхпечах загрузка и выгрузка осуществляется непрерывно.
Современныенагревательные печи имеют механизмы загрузки и выгрузки изделий и продвижениеих в печи;
Предусмотреноавтоматическое регулирование теплового режима;
Для получения безокислительного нагрева металла применяют печи с защитной, контролируемойатмосферой.
Современныекузнечнопрессовые цеха оснащены быстроходными машинами для обработки металловдавлением. Для их бесперебойного обеспечения горячими заготовками требуютсямеханезированые нагревательные печи. Нагрев изделий под термическую обработкуосуществляется в проходных печах (массовое производство).
1НАЗНАЧЕНИЕ ПЕЧИ И ПРИНЦИП ЕЕ РАБОТЫ
Печи нагревательныеприменяются для термической обработки однородных по форме и размерам изделий.
Конечная температуранагрева металла в этих печах до 1150оС.
Печи этого типа могутприменяться как для работы с обычной печной атмосферой (индекс ТТО), так и сискусственной атмосферой (индекс ТТЗ). В последнем случае печи выполняются смуфелированием пламени (печи с рациональными трубами) или с муфелированиемсадки (печи муфельные).
Агрегаты толкального типаприменяются для комбинированной термической обработки, например закалка –отпуск – нормализация – цементация (или нитроцементация) и др.
В зависимости отустановленного режима термической обработки конечная температура нагреваметалла может быть ниже предельно-допустимой для печей толкательных (1150оС).В этих случаях возможно включение в состав агрегатов печей в модификации спредельной температурой 650оС.
При низком отпуске (200оС)предусматриваются два типа размера толкательных печей в модификации до 200оС.Для остальных случаев низкого отпуска рекомендуется электронагрев.
В комплект установки печивходят собственно печь, толкатель для передвижения поддонов, выталкиватели,поддоны, средства возврата поддонов, приборы теплового контроля и автоматики, атакже в случаях применения искусственной атмосферы – установка (или станция)приготовления соответствующей атмосферы.
В состав агрегатов взависимости от их назначения, помимо соответствующих печей могут входить бакизакалочные и замоченные, камеры охлаждения, моечные машины и соответствующиеобрабатываемой продукции средства внутриагрегатного транспорта (конвейеры,опрокидыватели и др.).
При комплектацииагрегатов вспомогательное оборудование стоит выбирать по IV части руководящего материала дляспециальных изделий может применяться специальное вспомогательной оборудование.
Нагреваемые изделиявыкладываются на поддоны из жароупорной стали. Размеряя поддоновсертифицированы и согласованны с принятыми площадями полов печей. Печиотапливаются природным газом или нефтяным топливом (мазутом), сжигаемым спомощью типовых горелок или форсунок.
Для подогрева воздуха,идущего на горение, в печах работающих на газе низкого давления, применяютсятрубчатые или игольчатые чугунные рекуператоры. При отоплении печей мазутомигольчатые рекуператоры должны иметь защитные секции из термоблоков. Если печиотапливаются газом среднего давления, с применением инжекторных горелок,рекуператоры не устанавливаются, и воздух для горения не подогревается.
Продукты горенияотводятся под зонт и далее в вытяжную трубу или борова и дымчатую трубу.
Печи с неискусственнойатмосферой отапливаются теми же видами топлива при муфелировании садки и толькоприродным газом при муфелировании пламени. Печи с муфелированием пламени могутбыть как с вертикальным расположением радиационных труб,так и горизонтальным.
В печах с искусственнойатмосферой устанавливаются специальные вентиляторы для перемешивания ирециркуляции печной атмосферы в целях интенсификации и равномерности процессовтермообработки.
Тепловой режим и режимдавления в печах поддерживается автоматически.
Печи и агрегатыустанавливаются на фундаменты.
Печи этого типа могутвыполняться однорядными или при большой производительности двухрядными.
Высота рабочегопространства печей принимается ~0,8 от ширины, но может уточняться посогласованию с ведущей проектной организацией.
Кладка печей выполняетсяиз шамотного, шамотного легковесного, диатомового и глиняного (красного)кирпича и заключаться в сварной металлический каркас с обшивкой из листовойстали.
Производительность печейизменяется, в зависимости от марки стали, вида термообработки, топлива и должнауточняться в каждом конкретном случае.
В связи с развитиемтехники радиационного нагрева применение муфельного нагрева ограничено.
Толкательная печь снижними топками для термической обработки и нормализации штампованных заготовокили для нагрева заготовок из цветных сплавов. Нормализация – нагрев допластического состояния. Поддоны с деталями устанавливают с помощью монорельсана стол загрузки и толкателем подаются в печь. Заслонка, перемещаясь почугунной раме, плотно закрывает рабочее окно. Газ, сжигаемый в нижних топках,подается горелками. Продукты горения выходят из топок через боковые каналы,обогревают садку и удаляются через дымоходы, над которыми установленрекуператор для нагрева воздуха. Для устранения подсосов холодного воздуха вторцевой стенке установлены две горелки и выполненные топочные каналы. Посленагрева изделий поддон выкатывается по наклонной плоскости на последующую операцию.В печи имеются две тепловые зоны с автоматическим регулированием температурногорежима.
Для измерения температурв нагревательных печах преимущественно применяют термопары. Сущность их работызаключается в том, что в месте соединения двух нагретых электродов из разныхматериалов или сплавов возникает термоэлектродвижущая сила (т. э. д. с.), еслик двум другим концам этих проводников подключить чувствительный милливольтметр,то он покажет величину т. э. д. с.
Спаи электродов помещаютв среду с температурой, которую требуется измерить. Свободные концы термопары,к которым подсоединяют соединительные провода, располагают в местах с болеенизкой и постоянной температурой. Для предохранения от механических поврежденийэлектроды, предварительно изолированные друг от друга фарфоровой изоляцией(бусами), заключают в металлические трубки (или при температуре выше 1200оС в фарфоровые трубки).
Наибольшее применениеполучили платинородиевая – платиновая (ТПП), хромель-алюмелевая (ТХА) ихромель-копелевая (ТХК) термопары. При длительной эксплуатации термопарами ТППможно измерять температуру до 1300о С, термопарами ТХА до 1100оС и термопарами ТХК до 600о С. При кратковременных измеренияхпределы измеряемых температур повышается для всех термопар на 200оС.
При установке термопар врабочем пространстве печи трудно обеспечить постоянство температуры ихсвободных концов. Для перенесения свободных концов термопар в зону постоянныхтемператур применяют специальные компенсационные провода, удлиняющие как быэлектроды термопар. Изоляция компенсационных проводов имеет различнуюопознавательную расцветку для правильного подключения их к электродам термопар.
Для измерения т. э. д. с.применяют переносные показательные милливольтметры, щитовые показывающиемилливольтметры и самопишущие милливольтметры на одну, три и шесть точекизмерения.
Все милливольтметрыявляются приборами магнитоэлектросистемы, у которых в поле постоянного магнитавращается рамка, намотанная из тонкой проволоки на железные сердечники.
Ток к рамке подводится оттермопары. При прохождении электротока через рамку возникает магнитное поле,которое взаимодействует с магнитным полем магнита, в результате чего рамкапроворачивается. При повороте рамки спиральные пружинки закручиваются, а приисчезновении поля возвращает стрелку милливольтметра в нулевое, исходноеположение.
Каждому значению т. э. д.с. соответствуют определенный угол поворота рамки; при этом по положениюстрелки милливольтметра определяют силу тока в цепи, а следовательно, иизмеряемую температуру. Потенциометры применяют для непрерывного измерения ирегистрации температур, а также для автоматического регулирования тепловыхпроцессов. Источник питания, э. д. с. замкнут через выключатель на цепь,состоящую из постоянного балластного сопротивления, реостата и реохорда.Термопара, развивающая т. э. д. с. подключается к началу реохорда и к движкуреохорда; полярность соединения должна соответствовать принятой схеме, т. е.измеряем т. э. д. с. и э. д. с. источника питания должны быть направлены навстречу друг другу.
Силу рабочего тока в цепиреохорда устанавливается перед началом измерением. Рабочий ток в цепи реохордаустанавливают обычно раз в смену. В автоматических электронных потенциометрахэту операцию выполняют нажатием на кнопку «стандартизация тока».
Непрерывно измеряют,записывают и регулируют температуру электронными автоматическимипотенциометрами, у которых в качестве нуль — гальванометра используютэлектронный усилитель.
/>
Рисунок 1 – Толкательнаяпечь
1. Толкатель
2. Стол загрузки
3. Заслонка
4. Дымоход
5. Чугунная рама
6. Рекуператор
7. Горелки
8. Топочные каналы
9. Наклоннаяплоскость
10. Горелки
2 РАСЧЕТГОРЕНИЯ ТОПЛИВА
Печь отапливаетсяприродным газом месторождения «курдюмское».
Коэффициент расходатоплива n=1Таблица 2.1 – Составприродного газа
CH4
C2H6
C4H10
N2 92,2 % 0,8 % 1,0 % 6,0 %
Химические реакциигорения.
CH4 +2O2 = CO2 + 2H2O
C2H6+ 3,5O2 = 2CO2 + 3H2O
C4H10+ 6,5O2 = 4CO2 + 5H2O
N2 ТОП→N2 ПР ГОР
Расчет ведем на 100 м3газа
2.1 Расчетколичества воздуха, количества продуктов горения и их состав
Таблица 2.2 – Расчетгорения топливаТопливо Воздух Продукты горения
Состав-
ляющие
Содер-
жание в %
Коли-
чество
в м3
O2
N2 Всего
CO2
H2O
O2
N2 Всего
CH4
C2H6
C4H10
N2
92,2
0,8
1,0
6,0
92,2
0,8
1,0
6,0
184,4
2,8
6,5
193,7*
*3,76=
=728,3
193,7+
+728,3=
=922
92,2
1,6
4
-
184,4
1,6
5
-
-
-
-
-
728,3+
+6=734,3
97,8+191+
+734,3=
=1023,1
100 100 193,7 728,3 922 97,8 191 - 734,3 1023,1
Коэф-
фициент
расхода
воздуха
n
n=1
состав в % 21 79 100 9,56 18,67 - 71,77 100
n=1,1
количество
в м3 213,07 801,13 1014,2 97,8 191 9,91 807,73 1106,44
n=1,1
состав в % 21 79 100 8,84 17,26 0,90 73 100
2.2 Расчеткалориметрической температуры горения
а) определяем низшуютеплотворную способность топлива.
Qpн = 358 * СН4 + 640 *С2Н6+ 1180 * С4Н10 кДж/м3
где СН4, С2Н6,С4Н10 – процентное содержание соответствующих составляющихтоплива.
Qpн = 358 * 92,2 + 640 * 0,8 + 1180 * 1= 33007,6 + 512 +1180 = 34699,6кДж/м3
б) определяем количествообразовавшихся продуктов горения.
Vg| = Vg/100 м3/м3
Vg| = 1106,44 / 100 =11,0644 м3/м3
в) Находимтеплосодержание продуктов горения.
i0= Qpн/ Vg| кДж/м3
i0=34699,6/11,0644=3136,15 кДж/м3
г) По полученномутеплосодержанию определяем вероятную температуру горения t1.
t1 = 1900 0C
д) Находимтеплосодержание при температуре t1.
i1= 0,01 * t1 * (CO2 * Ct1CO2 + H2O* Ct1H2O +N2 * Ct1N2) кДж/м3
где СО2, Н2О,N2 – процентное содержание продуктов горения;
Ct1CO2, Ct1H2O, Ct1N2 – теплоемкость соответствующих продуктов горения притемпературе t1.
е) Задаем значениетемпературе t2.
t2 = t1 +100 0C
t2 = 1900 + 100= 2000 0C
ж) Находим теплосодержаниепродуктов горения при температуре t2(аналогично i1)
i1= 0,01 * 1900 * (8,84 * 2,42 + 17,26 * 1,93 + 73 * 1,48) = 3092,2 кДж/м3
i2 =0,01 * 20000 * (8,84 * 2,43 + 17,26 * 1,94 + 73 * 1,49) = 3274,7 кДж/м3
Поскольку i1i2 значение калориметрической температуры находим методоминтерполяции
tk= t1 + (i0– i1)/(i2 – i1)= 1900 + (3136,15 — 3092,2)/(3274,7 – 3092,2) = 1900,24 0C
з) Находим tпрпри η = 0,62…0,82
tпр = η* tk
tпр = 0,72 * 1900,24 = 1368,2 0С
2.3Материальный баланс горения
Поступило газа 100 м3, в том числе кг. Получено продуктов горения
CH4 = 92,2 * 16/22,4 = 65,9
CO2 = 97,8 * 44/22,4 = 192,1
C2H6 = 0,8 * 30/22,4 = 1,07
H2O = 191 * 18/22,4 = 153,5
C4H10 = 1,0 * 58/22,4 = 2,6
O2 = 9,91 *32/22,4 = 14,6
N2 = 6 * 28/22,4 = 7,5
N2 = 807,73 *28/22,4 = 1009,7 77,07 1369,46
Воздуха: О2 = 219,07 * 32/22,4 = 304,39
N2 = 801,13 * 28/22,4 = 1001,41 1305,8
∑прих= 77, + 1305,8 = 1382,87 кг
∑расх= 1369,46 кг
3 РАСЧЕТНАГРЕВА МЕТАЛЛА
Нагрев металла в печах являетсяочень важной операцией. Металл желательно нагревать быстро, т.к. в этом случаеуменьшается его угар, увеличивается производительность печи и уменьшаетудельный расход топлива на нагрев. Из этих соображений целесообразно выбиратьоптимальный температурный режим печи, обеспечивающий с одной стороны, быстрыйнагрев металла, а с другой, не создающий в нагреваемом металле чрезмерныхмеханических напряжений, которые могут привести к образований трещин.
Продолжительность нагреваметалла до заданной температуры является важным параметром, определяющимпроизводительность печи и ее габаритные размеры.
Расчет нагрева металланачинается с определения критерия Bi.
Критерий Bi проводит границу «тонких» и«массивных» тел.
Bi ≤ 0,25 — тело «тонкое»
Bi > 0,5 — тело «массивное»
Bi = α∑ * S/λ
где
S – прогреваемая толщина, м. Нагреводносторонний.
S = 0,09 м
λ – средний коэффициенттеплопроводности, Вт/(м * оС)
λ20 = 51,9 Вт/(м * оС)
λ800 = 25,9 Вт/(м * оС)
λср = λ20 + λ800/2 = 51,9 +25,9/2 = 38,9 Вт/(м * оС)
α∑ — суммарный коэффициент теплоотдачиот газа к металлу, Вт/(м2 * оС)
α∑ = 0,092 * (Тп/100)3
Тп –температура печи конечная, оС
Тп = tн + 273 +50
Тп = 800 + 273+ 50 = 1123 оС
α∑ = 0,092 * (1123/100)3=130,3 Вт/(м2 * оС)
Bi = 130,3 * 0,09/38,9 = 0,3 – тело«массивное»
τн =/>
где
m – коэффициент массивности.
m = />
К2 –коэффициент усреднения теплового потока по сечению тела.
К3 –коэффициент усреднения разности температуры в теле.
m = />
S – характерный размер тела, м
С – удельная теплоемкостьметалла, Дж/(кг * оС)
/> - плотность металла, кг/м3
К1 –коэффициент формы тела К1 = 1,7
α – коэффициент теплопередачи, Вт/(м2* оС)
tп – температура печи, оС
tн – начальная температура металла, оС
tк – конечная температура металла, оС
τн = />с
τн = 2,7ч
τв –время выдержки, ч
τв = 0,5ч
τоб –общее время, ч
τоб =τн + τв
τоб =2,7+ 0,5 = 3,2 ч
4 РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ РАЗМЕРОВ ПЕЧИ
4.1 Расчетосновных размеров рабочего пространства печи
F — площадь активного пода, м2
F = G/q
где
G – производительность печи, кг/ч
q – удельная производительность печина активный под q = 140 кг/(м2* ч)
f = 2150/140 = 15,4 м2
La — длина активного пода, м
La = F/l
где
l – длина изделия, м
La = 15,4/1,6 = 9,6 м
La = Lp, где Lp –длина рабочего пространства печи, м
Вр – ширина рабочегопространства, м
Вр = 1,6 + 2 * 0,25 = 2,1м
Нр – высота рабочегопространства печи, м
Нр = 1,2 м
Кладка печи выполняетсяиз огнеупорного шамотного кирпича и изоляционного диатомитного кирпича.
Sшам = 0,23 м
Sдиат = 0,115 м
4.2 Расчетгабаритных размеров печи
L – длина м, B – ширина м, H –высота м.
L = 11,4 м
В = 3,65 м
Н = 3,2 м (безмеханизма), 3,4 м (с механизмом).
Fкл — площадь поверхности стен печи, м2
Fкл = 2Fбок + 2Fпод,свод + 2Fт. стенки
Fкл = 2KH + 2LB + 2BH
Fкл = 2 * 11,4 * 3,2 + 2 * 11,4 * 3,36 +2 * 3,36 * 3,2 = 72,96 + 83,22 + 23,36 = = 179,54 м2
Из полученной площадипове5рхности кладки печи вычитаем площадь рабочего окна.
F/кл = Fкл – Fр.о.
Размер рабочего окна
Вр. о. –ширина рабочего окна, м
Вр. о. = l + 100
Вр. о. = 1600+ 100 =1700 =1,7 м
Нр. о. –высота рабочего окна, м
Fр. о. = Вр. о. * Нр. о.
Fр. о. = 1,7 * 0,8 = 1,36 м2
F/Кл = 179,54 — 1,36 = 178,18 м2
5 ЭСКИЗПЕЧИ
/>
Рисунок 2 – Эскиз печи
6 ТЕПЛОВОЙБАЛАНС НАГРЕВАТЕЛЬНОЙ ПЕЧИ НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ
Тепловой баланс печиважная характеристика тепловой работы.
6.1 Статьи прихода
6.1.1Химическая теплота сгорания топлива, Вт
Qхим = Qн * B
где
Qн – низшая теплота сгорания топлива, Дж/м3
Qн = 34699 * 103 Дж/м3
В – расход топлива, м3/с
Qхим = 34699 * 103 * B
6.1.2Физическая теплота, вносимая подогретым воздухом, Вт
Qф. в. = Cв * tв * Vв * B
где
Св – средняяудельная теплоемкость воздуха при tв, Дж/(м3* оС)
tв – температура воздуха, оС
Vв – количество воздуха, необходимое для горениятоплива, м3/м3
6.1.3Химическая теплота окисления металла, Вт
Qхим. ок. = 0,01 * 5652 * mм
где
mм – количество каждого окисленного элемента металла
Qхим. ок. = 0,01 * 5652 * 0,6 = 33,9 Вт
6.2 Статьи расхода
6.2.1 Теплотанеобходимая для нагрева металла, Вт
Qпол = Cм * (tмк – tмн) * mм
где
Cм – средняя удельная теплоемкость металла в интервале tмк – tмн,
Дж/(кг *оС)
tмк, tмн – конечная и начальная температура металла, оС
mм – масса нагретого или расплавленного металла(производительность печи), кг/с
mм = G/3600кг/с
G – часовая производительность печикг/ч
mм = 2150/3600 = 0,6 кг/с
См = 703Дж/(кг *оС)
Qпол = 703 * (800 – 20) * 0,6 = 329004 Вт
6.2.2Физическая теплота продуктов горения топлива, Вт
Qп.г. = Cп.г. * tп.г. * V/п.г. * B
где
Сп.г. –удельная теплота продуктов горения при tп.г., Дж/(кг *оС)
tп.г. – температура продуктов горения, оС
V/п.г. – единицы топлива, м3/м3
Сп.г. = 1410Дж/(кг * оС)
tп.г. = 1400 оС
V/п.г. = 11,06 м3/м3
Qп.г. = 1410 * 1400 * 11,06 * В = 21832440* В Вт
6.2.3 Потеритеплоты теплопроводностью через кладку, Вт
Qкл = K * Fкл * (tпеч – tв)
где
К – коэффициенттеплопередачи от печного пространства в окружающий воздух через стенку, Вт/(м2* оС)
К = />
α1–коэффициент теплопроводности конвекцией от газов к металлу,
α1 =130,3 Вт/(м2 * оС)
α2 –коэффициент отдачи конвекцией в среду от наружных стен печи в окружающую среду,α2 = 20 Вт/(м2 * оС)
S1 – толщина огнеупорного слоя из шамотного кирпича, S1 = 0,23 м
S2 – толщина изоляционного слоя из диатомитного кирпича,S2 = 0,115 м
λ1 –коэффициент теплопроводности шамотного кирпича, Вт/(м2 * оС)
λ1 = 0,84+ 0,6 * 10-3 * tср.ш. Вт/(м2 * оС)
tср.ш. – средняя температура огнеупорногослоя из шамотного кирпича, оС
tср.ш. = tп + tн/2
tср.ш. = 850+60/2 = 455 оС
λ1 = 0,84+ 0,6 * 10-3* 455 = 1,113 Вт/(м2 * оС)
λ2 –коэффициент теплопроводности диатомитного кирпича, Вт/(м2 * оС)
λ2 = 0,11+ 0,232 *10-3 * tср.д.
tср.д. – средняя температура слоя издиатомитного кирпича, оС
tср.д. = tср.ш.+20/2
tср.д. = 455+20/2 = 237,5 оС
λ2 = 0,11+ 0,232 *10-3 * 237,5 = 0,1651 оС
К = /> Вт/(м2 * оС)
Qкл = 1,1 * 179,54 * (900 – 20) = 173794Вт
6.2.3 Потери теплотыизлучением через открытые окна и отверстия, Вт
Qи = Со * (Тпеч/100)4 *Fок * Ф * τ
где
Fок площадь открытого окна, м2
Fок = 1,36 м2
Ф – коэффициентдиафрагмирования. Зависящий от толщины стен и конфигурации окна
τ – время, в течениикоторого открыто окно (при постоянно открытом окне τ = 1)
Со — коэффициент излучения абсолютно черного тела, Вт/(м2 * оС)
Со = 5,76Вт/(м2 * оС)
Тпеч –температура печи конечная, оС
Тпеч = 900+273 = 1173 оС
Qи = 5,76 * (1173/100)4 * 1,36 *0,6 * 1 =88982 Вт
6.2.4Теплота, затрачиваемая на нагрев транспортирующих устройств, Вт
Qтр = Cтр * (tктр – tнтр) * mтр
где
Стр – средняяудельная теплоемкость транспортирующих устройств в интервале температур tктр – tнтр, Дж/(кг * оС)
Стр = 595Дж/(кг * оС)
tктр, tнтр – конечная и начальная температуры транспортирующих устройств, оС
tктр = 800 оС
tнтр = 20 оС
mтр – масса транспортирующих устройств,проходящих через печное пространство в единицу времени, кг/с
mтр = 0,2 * Рсад
Рсад – садкапечи, кг/с
Рсад = G * τ об
Рсад = 2150 *3,2 = 6880 кг
Рсад =6880/3600 = 1,9 кг/с
mтр = 0,2 * 1,9 = 0,38 кг/с
Qтр = 595 * (800 – 20) * 0,38 = 176358Вт
6.2.5Неучтенные потери обычно принимают равными 10 – 15% от суммы всех потерьтеплоты, за исключением полезно затраченной, Вт
Qнеучт = 0,1/0,2 * (Qрасх – Qпол)
Qнеучт = 0,1/0,2 * (21832440 *В + 768136 –329004) = 0,5 * (21832440 * В + + 439132)= 0,5 * 21832440 * В + 0,5 * 439132 =10916220 * В + 219566 Вт
Приравнивая сумму статейприхода к сумме статей расхода, находим расход топлива, В м3/с
34699000 * В + 4015440 *В + 33,9 = 329004 + 21832440 * В + 1173794 +
+ 88982 + 17358 +10916220 * В + 219566;
38714440 * В + 33,9 =984704 + 32748660 * В;
38714440 * В – 3 2748660* В = 984704 – 33,9;
5965780 * В = 984670,1;
В = 984670,1/5965780
В = 0,165053 м3/с
6.3Таблица теплового баланса
Таблица 6.1 – Тепловойбаланс печи Статьи прихода кВт %
Статьи расхода кВт
%
1 Химическая теплота сгорания топлива.
2 Физическая теплота воздуха.
3 Химическая теплота окисления металла
5684
625
0,0339
90,09
9,9
0,01
1 Нагрев металла
2 Теплота с уходящими продуктами горения
3 Потери через кладку
4 Излучение через окна
5 Неучтенные потери
329,004
3633,61
173,8
89
2081
5,22
57,62
2,76
1,4
33 Всего 6309,03 100
Всего 6306,414 100
7ТЕПЛО ТЕХНИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ПЕЧИ
Послесоставления теплового баланса печи определяем следующие основныетеплотехнические показатели: коэффициент полезного действия печи (КПД) η,идеальный расход тепла (q), идеальный расход топлива (В).
Наиболееважной величиной является удельный расход условного топлива, которыйхарактеризует степень теплотехнического совершенства печи.
Термическийкоэффициент полезного действия печи, %
ηкпд= Qпол/Qхим
ηкпд= 329,004/5684 = 5,8 %
Идеальныйрасход тепла, кВт/(кг/ч)
q = Qхим/P
q = 5684/671,9 = 8,5кВт/(кг/ч)
Удельныйрасход условного топлива, кг/ч
P = G/τоб
P = 2150/3,2 = 671,9 кг/ч
Идеальныйрасход топлива, кг условного топлива/т стали
В = Qхим/Р * 29 * 310
В =5684/671,9 * 29 * 310 = 76 кг условного топлива/т стали
8МЕРОПРИЯТИЯ ПО ОХРАНЕ ТРУДА И ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
Длябезопасности работы персонала, обслуживающего нагревательные печи, обязательновыполнение правил по технике безопасности.
Взрывчатаясмесь может образоваться, если до пуска печи газопровод не был продут. Воздух,оставшийся в газопроводе, смешиваясь с газом, образует взрывчатую смесь.Продувка газопровода газом с удалением его через продувочную свечу ипоследующая проверка содержания в нем кислорода – обязательные операции,предотвращающие взрыв.
При резкомснижении давлении газа воздух через горелки может попасть в газопровод иобразовать взрывчатую смесь. Для предупреждения этого необходимо газопровод ипечь отключать при давлении менее 200 – 400 Н/м2.
Взрывчатаясмесь образуется во время ремонта при плохой продувке газопровода или припроникновении в него газа через не плотности в задвижках. Во избежание этогонадо устанавливать заглушку, отсекающую ремонтируемый участок газопровода отдействующей сети, и своевременно продувать его.
Взрывчатаясмесь образуется при попадании в воздухопровод газа или паров мазута черезгорелку при небольшом давлении воздуха, а также при не правильном пуске печи сотключенным вентилятором, т. е. когда вначале подают газ и поджигают его, азатем включают вентилятор. При этом газ может проникнуть в воздухопровод иобразовать взрывчатую смесь, попадание которой на костер, горящий в печи, илифакел запальника приводит к взрыву.
Дляпредупреждения взрывов при пуске печи предварительно включают вентилятор,продувают воздухопровод, а затем уже включают горелки.
Взрывы газовв печи, топке и борове могут произойти в следующих случаях:
– принедостаточной плотности запорных задвижек у горелок, через которые газпросачивается и заполняет печь;
– принарушении инструкции при пуске печи, когда вначале подают газ, а потом подносятк горелке факел, который может погаснуть;
– внизкотемпературных печах, работающих при температурах не выше 500оС(ниже предела воспламенения газа), когда газ подается с избытком; при этом газ,не успевший сгореть в топке, может образоваться взрывчатая смесь в рабочемпространстве печи;
– припрекращении горения топлива в низкотемпературных печах с автоматическимрегулированием температуры при выключении и включении горелок;
– при работепечи с недостатком воздуха, когда топливо, не сгорающее в печи, смешивается вборовах с воздухом, засасываемым через не плотности в шиберах и кладке, иобразует взрывчатую смесь;
– прииспарении мазута, когда его подают в большом количестве, особенно в начальныйпериод пуска печи; при испарении его образуется взрывчатая смесь.
Приперекрытии вентилей, установленных на трубах, подающих и отводящих воду отводоохлаждающей арматуры (рам, заслонок, глиссажных труб), оставшаяся варматуре вода испаряется, давление в трубах резко повышается, что можетпривести к разрыву вентилей. Для предупреждения этого регулировочные вентилиследует устанавливать только на трубах, подводящих воду к арматуре; на трубах,отводящих ее, их устанавливать нельзя.
Цилиндрыпневмотолкателей и подъемников могут взорваться в том случае, если толщина ихстенок мала, и не рассчитана на давление, оказываемое на стенки. Разрывычугунных крышек и взрыв цилиндров особенно опасны.
Во избежаниевзрывов пневмоцилиндров толщину стенок следует определять расчетом. Послесборки цилиндры должны подвергаться особым гидравлическим испытаниям приповышенном давлении. Испытывать их компрессорным воздухом или паромзапрещается.
Взрыв вселитровых ваннах может произойти при прогорании стенок тигля. При температуревыше 600оС селитра интенсивно испаряется, осаждается на одеждеперсонала, обслуживающего ванны, стенах здания и оборудовании, что небезопасно. Поэтому при эксплуатации селитровых ванн необходимо соблюдатьправила по технике безопасности. Нельзя использовать ванны с наружнымобогревом, они должны быть с внутренним обогревом специальными трубчатымиэлектронагревателями. Должно быть исключено попадание в селитру аммонийных ифосфатных солей, алюминиевой и магниевой стружки и органических соединений, скоторыми, соединяясь, селитра образует взрывчатые соединения.
В масляныхваннах возможны перегрев и воспламенение масла. Для безопасной работытемпература воспламенения масла должна быть на 80 – 100оС выше температурынагрева деталей. В масляных ваннах имеются устройства для гашения пламенипаром и сливные баки для аварийного спуска масла.
Дляпредупреждения перегрева селитры или масла предусмотрены автоматическоерегулирование температуры и автоматическая сигнализация, предупреждающиеобслуживающий персонал о повышении температуры селитры или масла вышедопустимой.
При разогревесоль, застывшая на дне холодной соляной ванны, быстро плавится, тогда, какверхние ее слои находятся еще в твердом состоянии. При этом объем расплавленнойсоли увеличивается, гидростатическое давление на стенки тигля повышается, и онможет взорваться. Во избежание этого соль в ваннах нельзя доводить до полногозатвердевания. Если же она затвердела, то, используя специальные приспособления,расплавляют верхние слои соли.
Влага в видельда, снега или воды, попадая в расплавленную ванну, быстро испаряется, чтоприводит к взрыву и выбросу соли из ванны. Для предупреждения взрывовзапрещается загружать ванну деталями, поверхность которых покрыта льдам илиснегом. Во избежание попадания влаги селитровые, и масляные и щелочные ванныснабжают крышками и экранами.
Газовоетопливо, продукты неполного горения и контролируемые атмосферы не имеют запаха,цвета и способны проникнуть через любые не плотности и даже фильтрыпротивогазов.
По степенивоздействия на организм человека вредные вещества подразделяют на 4 класса:
1. Чрезвычайно опасные;
2. Высоко опасные;
3. Умеренно опасные;
4. Малоопасные.
Окисьуглерода – наиболее опасная составляющая газообразного топлива и продуктовнеполного горения газа. Она не имеет запаха, цвета и раздражающих свойств,которые могли бы своевременно сигнализировать о ее присутствии в атмосфере.
Сернистыесоединения (сероводород, сернистый газ, содержащиеся в газообразном топливе илипродуктах горения) вызывают раздражение слизистых оболочек и верхнихдыхательных путей. Однако даже ничтожные концентрации сернистых соединений ватмосфере быстро обнаруживаются по запаху.
Углекислыйгаз, содержащийся в продуктах горения топлива, в полтора раза тяжелее воздуха,он может скапливаться на дне колодцев, в приямках и боровах. Отравление этимгазом сопровождается головной болью, шумом в ушах, сердцебиением и обмороком.Хронических отравлений не бывает.
Метан,ацетилен, этан и этилен – это составная часть промышленного газового топлива ив первую очередь природного газа. Метан иногда встречается в канализационныхколодцах и трубах.
Аммиак –сильно пахнущий газ. Раздражает верхние дыхательные пути.
Окислы азотамогут образовываться при эксплуатации цианистых ванн для азотирования изделий.Удаляют их за пределы цеха с помощью мощной вентиляции.
Из цианистыхсоединений наиболее опасен цианистый водород, образующийся при взаимодействиицианистых солей с влагой или соляной кислотой. При обслуживании цианистых ванннеобходимо выполнять все правила по технике безопасности.
В большинствеслучаев отравление происходит через органы дыхания. Поэтому основное вниманиедолжно быть обращено на обеспечение безопасных концентраций вредных веществ ввоздухе рабочей зоны, что достигается герметичностью аппаратуры исоответствующей вентиляцией промышленных помещений.
Для воздухарабочей зоны производственных помещений устанавливают предельно допустимыеконцентрации вредных веществ, утверждаемые Минздравом РФ, превышение которых недопускается (таблица 8.1)
Таблица 8.1 –Предельно допустимые концентрации вредных веществ в воздухе рабочей зоныВещества
Предельно допустимая концентрация, мг/м3 Класс опасности
Агрегатное состояние*** Аммиак 20 4 п Марганец 0,3 2 а
Окись азота (в пересчете на NO2) 5 2 п
Окись углерода* 20 4 п Сероводород
10** 2 п Фенол
5** 3 п Цианистый водород
0,3** 2 п Этилмеркаптан 1 2 п
* При продолжительной работе в атмосфере, содержащей окись углерода, не более 1 ч предельно допустимая концентрация окиси углерода может быть повышена до 50 мг/м3, при продолжительности работы не более 30 мин – до 100 мг/м3, при продолжительности не более 15 – до 200 мг/м3. Повторные работы в условиях повышенного содержания окиси углерода в воздухе рабочей зоны можно выполнять с перерывом не менее 2 ч.
** Опасны также при поступлении через кожу.
*** п– пары и (или) газы; а – аэрозоли.
Предельнодопустимыми концентрациями веществ в воздухе рабочей зоны являются такие,которые при ежедневной работе в пределах 8 ч в течение всего рабочего стажа немогут вызвать у работающих заболеваний или отклонений в состоянии здоровья.
Концентрациигазов в атмосфере цеха определяются различными методами. Наиболее простым изних является метод определения с помощью бумаги (индикаторной), пропитаннойразличными реактивами, цвет которых изменяется в зависимости от концентрациигаза. Например, индикаторная бумага, пропитанная 1%-ным раствором хлористогопалладия и обработанная 5%-ным раствором уксусно-кислотного натрия, привнесении в атмосферу, загрязненную окисью углерода, чернеет. При концентрации ватмосфере цеха 760мг/м3 СО индикаторная бумага сразу же чернеет, приконцентрации 76мг/3 – через 1 мин, а при 7,6мг/м3 – через20 мин.
С помощьюразличных газоанализаторов определяют концентрацию газов в газопроводе или печиперед ремонтом. Однако эти приборы не сигнализируют о повышении концентрацийгазов в рабочей зоне. Поэтому в таких помещениях, как, например, машинные залына газоповысительных станциях, необходимо устанавливать автоматическиегазоанализаторы, сигнализирующие о повышении концентраций выше допустимых.
Повышениеконцентраций газов чаще всего связанно с проникновением их в производственныепомещения при наличии не плотностей в газопроводах, при недостаточной продувкеих или печей перед ремонтом. Безопасные концентрации достигаются абсолютнойгерметичностью газопроводов и запорной аппаратуры, тщательно контролируемой присистематических осмотрах газовых коммуникаций.
Кузнечные итермические печи, и раскаленный металл излучают большое количество теплоты.Интенсивность теплового излучения достигает 25 – 40кДж/(см2 ∙мин). При интенсивности 16кДж/(см2 ∙ мин) на незащищеннойповерхности тела могут появиться ожоги.
Для борьбы степловыделением применяют различные предохранительные устройства: туширующиепереносные вентиляторы, защитные очки, футерованные заслонки, экран с водянойили воздушной завесой.
СПИСОКЛИТЕРАТУРЫ
1 Телегин А.С., Лебедев А. Н. Конструкция и расчет нагревательных устройств. – М.,:Машиностроение, 1975.
2 Долотов Г.П., Кондаков Е. А. Печи и сушила литейного производства: 3-е изд., перераб. Идоп. – М.,: Машиностроение, 1990.