Министерство образования и наукиРоссийской Федерации
Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Комсомольский-на-Амуре» государственныйтехнический университет»
Факультет ИКП МТО
Кафедра МиТЛП
Курсовой проект
по теплотехнике
Проект толкательной печи для нагрева заготовок под прокатку(125х125х12000мм) из низколегированной стали производительностью 80 т/ч
Задание
Введение
1. Литературный ипатентный обзор по теме работы
2. Расчет полного горениятоплива
3. Расчет нагрева металлав печи
4. Расчёт основныхразмеров печи
5. Расчет рабочегопространства печи
6. Тепловой баланс
7. Выбор горелок
8. Определение высоты кирпичнойтрубы
9. Расчёт сечения борова
10. Выбор типа и размеровфутеровки
11. Расчёт узла печи
Список использованной литературы
Примечания
1. Во время практики провести анализтепловой работы печи, подобрать чертежи элементов конструкции печи;
2. Определить расход энергии, топлива натехнологический процесс.
3. Определить расход воды на охлаждениеотдельных элементов печи.
4. Определить энергетические итехнологические параметры основных и вспомогательных механизмов печи.
5. Выполнить технологический, тепловой иконструкторский расчеты.
6. Приступить к оформлению графическойчасти курсовой работы.
Введение
Назначение печи состоит в передаче теплатехнологическим материалам. Совокупность процессов теплообмена, происходящих врабочем пространстве печи обычно при помощи движущейся печной среды, называюттепловой работой печи. Ее подразделяют на полезную, которая представляет собойпередачу тепла технологическим материалам, и потерянную, включающую все иныевиды потребления тепла.
В нагревательных печах металл или другиематериалы нагревают с целью:
1.Изменения механических свойств металла(главнымобразом 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 литейныхматериалов и форм, руды, угля);
В таких печах основной продукт нагрева не меняетсвоего агрегатного состояния, хотя в процессе нагрева могут существенноизмениться его свойства.
Нагревательные печи подразделяют на печидля термообработки отливок и печи для сушки форм, стержней, песка и глины. Поконструкции нагревательные печи подразделяются на камерные и методические.
В камерных печах нагреваемый материалнеподвижен, поэтому конструкция их должна обеспечить одинаковое условиепередачи тепла во всех точках пространства.
В методических печах нагреваемый материалдвижется навстречу нагревающим его газам, или в одном направлении с ними, илипри комбинации прямотока и противотока, а также при поперечном по отношению кнаправлению движения материалов вводе газов. В методических печах не требуетсясоздавать одинаковых условий нагрева во всем рабочем пространстве. Необходимтолько одинаковый нагрев материала в поперечных сечениях печного канала,перпендикулярных направлению движения материалов. Рассматриваемая методическаяпечь с теплотехнической точки зрения относится к конвективной, т.е. нагревметалла или других материалов производится конвекцией.
К числу основных требований, предъявляемыхк печам, относят:
1.Полное удовлетворение требованийтехнологии;
2.Высокую производительность печи приминимальном расходе тепла и минимальных потерях металла (материала) принагреве;
3.Минимальный расход материалов и временидля постройки и ремонта при минимальных капитальных затратах;
4.Возможность автоматизации работы печей;
5.Благоприятные условия труда.
Теплотехнические расчеты выполняются сцелью конструирования новой печи или выяснения изменений, которые произойдут втепловой работе существующей печи при переходе к другим условиям эксплуатации.Все теплотехнические расчеты основаны на теории теплопроводности изакономерностях внешнего теплообмена, учитывающих процессы тепловыделения идвижения печной среды. На внешний теплообмен в основном влияет конструкцияпечи, поскольку ею полностью или частично определяются: источник и способпередачи тепла; интенсивность тепловыделения и распределение тепла;соответствующие изменения во времени и пространстве температуры печной среды иобрабатываемых материалов; характер движения печной среды, включаяраспределение давления.
1. Литературный и патентный обзор
Проходные печи с роликовым подом
Существующие печи по технологическомуназначению делятся на:
1) нагревательные и 2) термические.Нагревательные печи используют для нагрева заготовок перед последующейобработкой давлением—прокаткой, ковкой, штамповкой и т. п. Нагрев изделий подтермообработку производится в термических печах.
В прокатных цехах для нагрева металлаперед прокаткой и для его термической обработки используют практически все типыпечей как периодического, так и непрерывного действия. Наиболее высокойпроизводительностью обладают печи непрерывного действия: 1) конвейерные; 2) сшагающим подом; 3) с роликовым подом.
Печи с роликовым подом получилинаибольшее распространение, так как, обладают рядом преимуществ перед другимивидами печей:
1) практически неограниченная длинапечи, позволяющая проектировать печи большой производительности;
2) высокая удельная производительность врезультате двухстороннего нагрева металла;
3) минимальный угар металла;
4) высокая степень механизациитранспортировки обрабатываемого металла;
5) возможность автоматизации процесса;
6) простота обслуживания.
Особенно эффективными проходные печиоказались в условиях прокатного производства, где роликовый под являетсяпродолжением рольгангов и где необходима высокая производительность,достигающая 240 т/ч. Для исключения окалинообразования при нагревеприменяют печи с защитной атмосферой, состоящей из смеси инертного газа иводорода. Нагрев металла в печах происходит излучением от радиационных труб,работающих на газе, или от электрических нагревателей. Для герметизациирабочего пространства эти печи имеют дополнительные шлюзовые камеры со сторонызагрузки и выгрузки, а также специальные уплотнения роликовых окон, которыеслужат для выхода цапф роликов через кладку. Печные роликовые рольганги длянагрева перед прокаткой используют для нагрева как мелких заготовок, так икрупных слябов весом до 60 т. Конструкция роликов обеспечивает непрерывнуюработу печи при больших нагрузках и высоких температурах.
Высокая степень механизациитранспортировки нагреваемого металла позволяет создавать непрерывные агрегаты,в которые входят машины непрерывного литья заготовок (МНЛЗ), подогревательнаяпечь с роликовым подом и прокатный стан. Такой технологический цикл позволяетсущественно снизить энергозатраты на нагрев за счет использования горячейзаготовки, полученной после МНЛЗ. Отапливаются печи, как правило, природным газом,состав газа и его калорийность существенно влияют на работу агрегатов печи икачество поверхности нагреваемых в ней изделий.
Эффективность работы всей печи зависитот надежности печного рольганга, который является основной и наиболеедорогостоящей частью печи. В связи с этим рассмотрим более подробно конструкциюи режимы работы печных рольгангов Печной рольганг состоит из роликов, ихподшипниковых опор, привода вращения и системы охлаждения. В настоящее время впечах с роликовым подом нашли применение следующие конструкции роликов:
1) с охлаждаемыми цапфами; 2) сводоохлаждаемым залом; 3) с водоохлаждаемой бочкой. Ролики с водоохлаждаемымицапфами применяют в печах с температурой рабочего пространства до 1050 °С.Простота конструкции и низкие потери тепла у таких роликов обусловили ихширокое распространение в промышленности.
Ролики рольганга с водоохлаждаемымвалом применяют основном при температуре в печи 1050-1250 °С. Нагрузка от весанагреваемых изделий, лежащих на бочке, передается на несущий водоохлаждаемыйвал через опорные втулки. Полость между бочкой ролика и водоохлаждаемым валомзаполняют термоизоляцией. Одну из опорных втулок выполняют подвижнойотносительно вала. Если термоизоляция засыпная, то во время эксплуатации череззазор между втулкой и валом она высыпается и потери тепла через роликувеличиваются.
Применение различных уплотнений не даетположительного эффекта. В последнее время все более широкое применение вкачестве термоизоляции получают волокнистые материалы.
Ролики рольганга с водоохлаждаемойбочкой применяют при температуре атмосферы в печи свыше 1250 °С. Охлаждающуюводу подают в кольцевой зазор между бочкой и центральной трубой. Роликизготавливают целиком из углеродистой стали, теплопроводность которой выше, чему жаропрочной стали. Потери тепла через такой ролик чрезвычайно велики, чтоявляется его основным недостатком и причиной достаточно редкого применения напрактике. Наиболее распространенными являются первые два типа роликов. Вкачестве материалов для бочек таких роликов используют жаропрочные сталиаустенитного класса или сплав. Содержание углерода в этих сталях колеблется впределах 0,15—0,4%. Цапфы изготовляют литыми или коваными из теплостойкихсталей.
Ролики рольгангов нельзя останавливатьболее, чем на 3— 5 мин при рабочей температуре, так как при этом можетпроизойти необратимая деформация их бочек — прогиб. Поэтому рольганги работаютв одном из трех режимов: 1) непрерывном (или на проход); 2) реверсивном (илипокачивания); 3) периодическом с кратковременными остановками. При работерольганга в непрерывном режиме все ролики печи вращаются в одном направлении спостоянной скоростью. В режиме покачивания (или реверсивном) роликиповорачивают на 1,5; 2,5 оборота или другой угол в одну сторону, а затем послеостановки в обратную сторону на такой же угол. При периодическом режиме работыролики периодически поворачивают на 0,25 оборота в направлении движения садки состановками в течение 1-120 с. в зависимости от режима работы рольгангов, шагароликов, размеров обрабатываемых изделий и других факторов применяют различныесхемы приводов.
2. Расчёт полного горения топлива
Топливо: Газ месторождениеСеверо-Сахалинское
Состав и теплота сгорания
/>
Низшая теплота сгорания:
/> Qрн=358 .90,40+638 .1,90+913.1,1+1187 .0,60+127,7 .0,20=35430(кДж/м3).
Теоретический расход кислорода,необходимого для сжигания единицы топлива:
VO2=0,01(2CH4+3,5C2H6+5C3H8+6,5C4H10).
VO2=0,01(02 .90,40+3,5.1,90+5 .1,10+6,5 .0,60)=1,969(м3/м3).
Действительный объём сухого воздуха,необходимого для сжигания единицы топлива:
La=(1+k) a VO2,
Где k — доля кислорода в воздухе; k = N2/O2; k = 79/21=3,762%;
a — коэффициент избытка или расхода воздуха(1,1).
La=(1+3,762) .1,10 .1,969=10,119(м3/м3).
3.5.Массовое количество воздуха:
Lм=1,293 La; Lм
Lм =1,293.10,119=13,084(м3/м3).
Качественный состав продуктов сгорания:
VCO2=0,01(CO+CO2+CH4+2C2H4+2C2H6+3C3H8+4C4H10);
VCO2=0,01(4,70+90,40+2.1,90+3 .1,10+4 .0,60+12 .0,20)=1,046(м3/кг);
VO2=(a-1)VO2;
VO2=(1,10 -1) .1,969=0,197(м3/кг);
VN2=0,008Np+akVO2;
VN2=0,008 .1,1+1,10.3,762. 1,969=7,962(м3/кг);
VH2O=0,01(H2O+H2+H2S+2CH4+2C2H4+3C2H6+4C3H6+5C4H10)+0,775 Lad;
VH2O=0,01(2 .90,40+3.1,90+4∙1,1+5 .0,60)+0,775 .10,119 .0,01=2,017(м3/кг);
Vд= VCO2+VH2O+VSO2+VN2+VO2+VCO;
Vд=1,046+0,197+7,962+2,017=11,222(м3/кг).
Состав влажных продуктов сгорания:
СО2= VCO2/Vд .100%;СО2=1,046/11,222.100=9,321%;
O2=VО2/Vд .100%;O2=0,197/11,222.100=1,755%;
N2=VN2/Vд .100%;N2=7,962/11,222.100=70,95%;
H2O=VH2O/Vд .100%;H2O=2,017/11,222.100=17,974%;
При сложении получим 100%.
Состав сухих продуктов сгорания:
СО2=VCO2 / (Vд-VH2O).100%; СО2=1,046/(11,222-2,017).100=11,363%;
N2=VN2/(Vд-VH2O).100%; N2=7,962/(11,222-2,017).100=86,496%;
O2=VО2/(Vд-VH2O).100%; O2=0,197/(11,222-2,017).100=2,14%;
При сложении получим 100%.
Плотность продуктов сгорания:
rд=(0,44СО2+0,28N2+0,32O2)/22,4;
rд=(0,44. 9,321+0,18.17,974+0,28. 70,95+0,32.1,755)/22,4=1,239кг/м3.
Определить теплоемкость продуктов сгорания Сv кДж/(м3×К);
СV = 0,01 (CСO2×CO2+CCO×CO+CH2O×H2O+CSO2×SO2+CN2×N2+CO2×O2),
СV=0,01(2,2886.9,321+1,7675.17,974+1,4065∙70,95+1,5065.1,755)=1,55(м3/кг);
Физическое тепло, вносимое подогретым топливом ивоздухом, из расчета на единицу топлива:
Qф = Cт tт+Cвtв ,
Qф =157,09∙20+1,3181∙300=3537 кДж;
Cm= CСН4 CH4+ CС2Н6 C2H6+ CС3Н8 C3H8+ CС4Н10 C4H10 + CС2О C2О+CN2N2;
Сm=90,4∙1,566+1,9∙2,26+1,1∙3,142+0,6∙4,244+4,7∙0,8688+1,1∙1,04=157,09 кДж/(м3 ×К);
При подогретом воздухе и топливекалориметрическую температуру определяют по выражению:
tк= (Qрн+Qф)/(Vд Сv),
tк= (35434+3537)/(11,222∙1,555)=2233ОС;
Энтальпия продуктов сгорания равна:
iп =( Qрн+Qф )/Vд ;
iп =(35434+3537)/11,222=3473 кДж/м3;
Определяем энтальпиюiп;
Задаются приближенно температуру продуктовгорения t и определяют соответствующую ейэнтальпию iп;
Примем t1=2373К(2100ОС);
iп//(1)=СV ∙t1; iп//(1)=1,555∙2100=3473кДж/м3;
Определяем iп(2):
Примем t2=2573К(2300ОС);
iп//(2)=СV ∙t2; iп//(2)=1,555∙2300=3576кДж/м3
iп(1)
3265
Определяем калориметрическую температуру:
tк=t2-( iп(2)-iп)(t2-t1)/( iп(2) — iп(1)).
tк=2300 — (3576 – 3473)(2300-2100)/(3576– 32655)=2234ОС;
Действительную температуру в топке или печи определяют сучетом потерь на диссоциацию и теплопередачу в окружающую среду
tд = h1 tк ;
h1 – опытный пирометрический коэффициент, зависящий от конструкциитопливосжигающих устройств или печи (0,72);
tд =0,72.2233=1608ОС.
4.Расчет нагрева металла в печи
Т.к. осуществляется двухрядное расположение заготовок,
следовательно ширина печи будет равна:
/>.
Здесь 0,25 — зазор между заготовками истенками печи, a =0.03м — зазор между заготовками и b — ширина заготовки. Высоту рабочего пространства попрактическим данным принимаем: в сварочной зоне hсв=3,1м, вметодической hмет=2,06м, в томильной hт = 2,75 м.
Находим степень развития кладки (на1мдлинны печи):
W=Fкл/Fм=(2h+B)/l;
В сварочной зоне: Wсв=Fкл/Fм=(2h+B)/l; Wсв= (2∙2,06+5,57)/12=0,81.
В томильной зоне: WТ=Fкл/Fм=(2h+B)/l; WТ =(2∙2,75+5,57)/12=0,92.
Определяем эффективную толщину газовогослоя :
В методической зоне />;
В сварочной зоне />.
В томильной зоне />
Расчёт времени нагрева металла в методической зоне
Парциальное давлениеизлучающих газов:
/>
/>
Степень черноты газа в начале методической зоне определяем
из номограмм. Температура газов в начале методической зоне принимаем1000 оС
Степень черноты газов в началеметодической зоны :
εСО2 = 0,145; εН2О= 0,251; β = 1,07;
тогда
εг = 0,13 + 1,08. 0,2 = 0,346.
В конце методической зоны Т = 1250 оС
εСО2 = 0,115; εН2О= 0,21; β = 1,07;
тогда
εг = 0,11 + 1,08. 0,14 = 0,261.
Степень развития кладки:
в сварочной зоне />
в методической зоне />
Определяем приведенный коэффициентизлучения в вначале методической зоны:
/> =/>/>.
/> />/>
В конце методической зоны :
/>=/>
Средний по длине методической зоны коэффициент теплоотдачи излучениемнаходим по формуле:
/> =/>=
/>
Принимаем среднюю температуру металла вметодической зоне равной: />
Определяем температурный критерий θпов и критерий Био:
/>=/>/>
Для низколегированной стали при средней помассе температуре металла: /> по справочнику находимλ =38,1Вт/(м*К) и α =3,4*10-2 м2/ч
По найденным значениям Bi иθ по монограмме находим критерий Фурье для поверхности пластины,Fo=2.1
Время нагрева металла в методической зоне: />
Находим температуру центра металла в конце методической зоны.Согласно номограмме для центра пластины при Fo=2.1 и Bi=0,21 температурныйкритерий θцент=0,6
Температура центра блюма:
/>= />
Расчёт времени нагрева в сварочной зоне.
Найдём степень черноты газов εгсв при tг=1250 оС:
/>
/>
По номограммам находим степень чернотыгазов в сварочной
зоне (tг=1250оС):
εСО2 = 0,122; εН2О= 0,21; β = 1,07;
тогда
εг = 0,122 + 1,07. 0,21 = 0,347.
Так как при средней температуре металла
t = (450+450+1200+1000)/4=775 оC
теплоёмкость низколегированной стали λ= 26,8 Вт/(м*К), акоэффициент температуропроводности α=2,1*10-2 м2/ч, тогда:
/>
Теперь по номограмме находим критерийФурье, Fo=4.5
Время нагрева в сварочной зоне :
/>
Определяем температуру вцентре металла в конце сварочной зоны. По номограмме при значениях Bi=0.69 иFo=4.2 находим θцент=0,08
Тогда: />
Определение времени томления металла
Допустимый перепад температур в конце нагрева Δt кон =15 оC
Степень выравнивания температурδвыр=Δtкон/Δtнач= 15/14= 1,1
При коэффициенте несимметричности, равном μ=0,55,критерий Fo для томильной зоны согласно номограмме равен Fo =0.4
При средней температуре металла в томильной зоне:
/>
λ= 26,8 Вт/(м*К), а коэффициент температуропроводностиα=2,1*10-2 м2/ч. Время томления: />
Полноевремя пребывания металла в печи равно: />ч
5. Расчёт основных размеров печи
Для обеспеченияпроизводительности 80 т/ч в печи должно одновременно находится следующиеколичество металла: />
Масса одной заготовки :
g =bδlρ=0.125*0.125*12*7800=1.463 т.
Число заготовок одновременно находящихся в печи: /> шт
При двухрядном расположении заготовок общая длинна печи:
L = 3*l* n+2*0.25 = 36,5 м.
ширина В =5.57 м, площадь подаF = B L =5.57*36.5=203.3 м2
Высоты отдельных зон печиоставляем теми же, что и были приняты при ориентировочном расчёте.
Длину печи разбиваем на зоны пропорциональновремени нагрева:
Длина методической зоны: />
Длинна сварочной зоны: />м
Длинна томильной зоны: />
Напряжение пода печи: />/>
6.Расчет рабочего пространства печи
Ширина печи будет равна: />.
Высота печи:
Томильной зоны – 2,75м;
методической зоны – 2,06м;
сварочной зоны – 3,1м.
Длина печи:
методическая зона – 12м;
сварочная зона – 26 м;
томильная зона – 12м.
/>
Количество заготовок, одновременнонаходящихся в печи:
/>
Свод печи выполняем подвесного типа из каолинатолщиной 300 мм. Стены печи
Имеют толщину 460 мм, причём слой шамота составляет 345 мм и слой тепловой изоляции ( диатомитовы кирпич) 115мм.
Под томильной зоны выполняем трёхслойным:тальковый кирпич 230 мм, шамот 230 мм, и тепловая изоляция (диатомитовыйкирпич) 115мм.
7. Тепловой баланс
Приход тепла:
1. Химическое тепло(тепло от горения топлива):
/>.
2. Тепло, вносимоеподогретым воздухом (физическое тепло):
/>
3. Тепло экзотермических реакций (принимаем,что угар металла
составляет 1%):
/>
Расход тепла:
1. Тепло затраченное на нагрев металла:
/> = />кВт
При средней по массе и времени нагрева температуре:
t = 0.5*/>= 581.3 oC.
теплоёмкость металла равна см =0,591 кДж/(кг*К).
Тепло уносимое уходящими дымовыми газами:
/>
/>
/>
/>
/>
/>
3. Потери тепла теплопроводностью черезкладку. Потерями тепла через под в данномпримере пренебрегаем. Рассчитываем только потери тепла через свод и стены печи.
Потери тепла через свод.
Площадь свода принимаем равной площади пода 203,3 м2 толщина свода 0,3 м, материал каолин. Принимаемтемпературу внутренней поверхности свода равной средней по длине печитемпературе газов.
Средней температуре продуктов сгорания подлине печи – tвн. = tг.ср.=1150оС, еслипринять температуру окружающей среды tокр=0оС, тотемпературу поверхности однослойного свода можно принять равной 100оС.
Средняя по толщине температура свода: />
При этой температуре согласно приложению теплопроводностькаолина: /> =/>
Потери тепла через стены. Стены печи состоят из слоя шамотатолщиной Sш = 0.345 м и слоя диатомита толщиной Sд =0.115 м.
Площадь стен:
Методической зоны Fм =2Lмhм=2*7.68*2.06=32.38 м2;
Сварочной зоны Fсв =2Lсвhсв =2*26.615*3.1 = 165 м2;
Томильной зоны Fт =2Lтhт = 2*2.81*2.27= 12.76 м2;
Торцов печи Fторц= 5.57*1.0+5.57*2.0 = 16.71 м2.
Полная площадь стен :
F ст = 32.38+165+12.76+16.71= 226.85 м2.
Для вычисления коэффициентовтеплопроводности, зависящих от температуры, необходимо найти среднее значениетемпературы слоёв.
Средняя температура слоя шамота:
/>
Средняя температура слоя диатомита:
/>
Здесь t` — температура награнице раздела слоёв, oC
/> - температура наружнойповерхности стен, которую можно принять равной 100 oC.
Коэффициент теплопроводности шамота:
/>
Коэффициент теплопроводности диатомита:
/>
В стационарном режиме:
/>/>
Подставляя значение коэффициентов теплопроводности:
/>
/>
Решение этого уравнения даёт t` = 755.3 oC.
Окончательно коэффициент теплопроводности шамота:
/>
коэффициент теплопроводности диатомита:
/>
Количество тепла, теряемое теплопроводностью через стены:
/>
Общее количество тепла, теряемое теплопроводностью черезкладку:
Потери тепла с охлаждающейводой, по практическим данным, принимаем равным 11% от тепла, вносимоготопливом и воздухом:
0.11 В(35430+4001) = В4338кВт.
Неучтённые потери принимаем равными 12% от той же величины:
Qнеучт= 0.12 В(35430+4001) =В4732 кВт .
Уравнение теплового баланса: />
Результаты расчётов приведены в таблице
/>
Удельный расход тепла на нагрев 1 кг металла:
/>/>
8. Выбор горелок
В многозонных методическихпечах подводимая тепловая мощность ( а следовательно, и расход топлива)распределяется следующим образом: в сварочной зоне 60 — 70% от тепловоймощности всей печи, в томильной зоне 30-40%
Распределяя расход топлива позонам пропорционально тепловой мощности получим:
В *0.7 = 1.2*0.7 =0.84/>
Подбираем инжекционную горелкудля сжигания 0,053 м3/с природного газа с теплотой сгорания 35,4 МДж/м3.Давление газа перед горелкой 120 кН/м2
Для сжигания высоко калорийныхгазов предназначены инжекционные горелки типа В и ВП
Для осуществления равномерногонагрева свода принимаем шахматное расположение горелок на своде с шагом по длинепечи S = 3.25 м.
Тогда число рядов горелок подлине сварочной зоны печи:
nLм = L/S =26/3.25 = 8 рядов
По длине томильной зоны сшагом 3 м
nтL = 12/3 = 4 ряда
По ширине сварочной зоны печи размещается:
nB = 5.57/1.4= 4 ряда горелок
В сварочной зоне находится 16 горелок, втомильной зоне 8 горелок.
По графику находим, что приданном давлении пропускная способность горелки В 100 для газа с заданнойтеплотой сгорания равна Vг = 0,014 м3/с. Отношение заданного расхода газа кпропускной способности горелки В100 равно 0,053/0,014=3,79
По таблице находим, что этомусоотношению соответствует горелка с диаметром носика dн.г=205мм, т.е. горелкаВ205
Принимаем газ холодным (273 К) и находимскорость истечения газа из сопла:
/>/>
Здесь р0 =101,3 кН/м2 — давлениеокружающего воздуха.
Тогда диаметр газового сопла:
/>/>
Остальные конструктивные размеры инжекционной горелки:
dн.г=205мм, L = 2130 мм, d1= 2``.
Плотность газа равнаρ=1.0 кг/м3 расход воздуха при коэффициенте расхода n=1.1 равен 10.119м3/м3 газа.
Пропускная способность горелокпо воздуху: сварочная и томильная зона 0,053*10.119=0.54 м3.
9. Определение высоты кирпичнойтрубы
Общие потери при движениигазов hпот = 300 Н/м2 температура дымовых газов перед трубой 717 К.
Плотность дымовых газовρг = 1,24 кг/м3. Температура окружающего воздуха Тв= 273 К.
Количество продуктов горения, проходящихчерез трубу составляет
11,222 м3/с или 40399 м3/ч
Находим площадь сечения устья трубы, принимаяскорость дыма в устье 3 м/с:
/>/>
Действительное разрежение,создаваемое трубой, должно быть на 20-40 % больше потерь напора при движениидымовых газов, т.е. />
Для определения температуры дымовых газов в устье трубы пографику ориентировочно находим высоту трубы Н = 45 м.
Падение температуры для кирпичной трубы принимаем 1 -1,5 Кна 1 метр высоты трубы:
ΔТ = 1,25 * 45 = 56,3 К.
Тогда температура газов в устье трубы: />
Для кирпичных труб коэффициент тренияλ = 0.05
Подставляя полученные значения в формулуполучим:
/>
/>
10. Расчёт сечения борова:
/>/>
Скорость движения дымовыхгазов /> =2,3
/> - площадь сечения борова м2, /> - объём дымапри сжигании единицы топлива м3/м3.В — расход топлива м3/ч.
11. Выбор типа иразмеров футеровки
Стены:
Шамот 345мм, диатомитовый кирпич 115мм;
Свод:
Диатомит Д-500 – 300мм.
Под:
Тальковый кирпич – 230мм, шамот – 230мм, диатомит– 115мм.
12. Расчет узла печи
Толкатели широко применяются для передвижения нагреваемыхзаготовок или деталей в печах и поточных линиях. Основное отличие одноготолкателя от другого заключается в способе приведения в движение рабочегооргана – башмака, который непосредственно проталкивает заготовки или детали. Поэтому признаку толкатели делятся на две группы: толкатели с гидравлическим или пневматическимприводом и толкатели с электрическим приводом. Толкатели с электрическимприводом выполняются винтовые, реечные, фрикционные, рычажные, с цепнымприводом. Наибольшее распространение, благодаря своей надежности иэкономичности, получили реечные толкатели. Рабочий ход толкателя выберем равнымширине рабочего пространства печи в томильной зоне. Толкатель следуетрасполагать так, чтобы толкающие пальцы в крайнем правом положении не упиралисьв конструкции печи, а в крайнем левом положении уходили в предусмотренные дляних пазы в левой стенки печи примерно на 100мм.
Реечный толкатель.
Рабочий ход – 5580мм.
Усилие толкателя определяется по формуле
/>
где f и — соответственно коэффициенты трения заготовок о направляющие втомильной зоны.
Q — соответственно масса заготовок, лежащих на этих направляющих.
Практические значения коэффициента трения скольженияметалла по металлу принимают равными:
— при t = 1000-1200оС – 0,7-0,9.
Масса одной заготовки:
/>
Определяем усилие толкателя
/>
Принимаем, что усилие на две штанги будет 335500 кН.
Мощность электродвигателя привода толкателя
/>
Где /> - усилие толкателя, кН; /> - скоростьпроталкивания, м/с; /> - общий к.п.д. винта и привода.
Принимаем, что скорость передвижения при толкании равна 0,3м/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 выбранногоэлектродвигателя, об/мин; /> — число оборотов реечной шестерни,об/мин; /> -скорость толкания, м/с; /> — диаметр начальной окружностишестерни, м.
/>
Находим передаточное число редуктора:
/>
Устанавливаем конически-цилиндрическийтрехступенчатый редуктор типа КЦ2-750, передаточное число исходя из основных технических характеристик примем равным 71.
/>
1 – опорные катки;
2 – толкающая штанга;
3 – амортизатор;
4 – толкающий палец;
5 – замыкающая пружина;
6 — зубчатая рейка;
7 – приводная шестерня.
Рисунок 2.1 – Кинематическая схема толкателя
Рекуператор
Для подогрева воздуха принимаем радиационный металлический рекуператор,т.к. температура отходящих дымовых газов составляет />. Рекуператор подогревает воздухдо температуры />
Список использованной литературы
1. МастрюковБ.С. Теория, конструкция и расчеты металлургических печей. Т.2.Расчетыметаллургических печей. — М.: Металлургия, 1987г. -272с.
2. ТайцН.Ю., Розенгарт Ю.И. Методические нагревательные печи. — Харьков:Металлургиздат, 1956г. -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. КривандинВ.А., Белоусов В.В., Сборщиков Г.С. и др. Теплотехника металлургическогопроизводства. Т.2.- М.: МИСиС, 2002г. -735с.
5.Соболев Б.М. Расчеты нагревательных печей. — Учебное пособие /Б.М. Соболев –Комсомольск-на-Амуре: ГОУВПО «КнАГТУ», 2006г. -66с.
6.Воителев В.В., Могилевский Е.И. Механическое оборудование печей. — М.:Металлургия, 1991г. -148с.
7.Тимошпольский В.И., Губинский В.И. и др. Металлургические печи теория ирасчеты. Т.1, Т.2. –Минск: Беларуснаука, 2007г. -596с,832с.