Конструкция, методика расчёта толкательных методических печей

Содержание

Задание                                                                                           3

Введение                                                                                        4                                                                                       

1          Конструкция толкательных методических печей                    5                           

1.1 Профиль печного канала                                                          8                                                                   

 1.2 Конструкция пода и транспортирующих устройств              10                      

 1.3 Режим нагрева металла                                                           10                                                                    

 1.4 Глиссажные трубы                                                                           12                                                                             

 2 Методика расчета печи                                                              14

 2.1 Расчет горения топлива                                                          15

 2.2 Время нагрева металла                                                            17

2.2.1 Определение времени нагрева металла в методической зоне18

2.2.2 Определение времени нагрева металла в I сварочной зоне  20

2.2.3 Определение времени нагрева металла во II сварочной зоне        21

2.2.4 Определение времени томления метала                                22

2.3 Определение основных размеров печи                                   23

2.4 Тепловой баланс                                                                       24

2.5 Расчет рекуператора для подогрева воздуха                                    28

2.6 Выбор горелок                                                                         33                                                                       

 Заключение                                                                                    34                                                                                       

 Список использованных источников                                           35                                              

 Задание на курсовую работу

1. Представить общие сведения о печных установках, а также краткую характеристику печей

2. Конструкция толкательной методической печи чёрной металлургии, работа печи и применение печи в производстве

3. Принцип действия и устройства толкательной методической печи, её производительность и технико-экономические показатели на производстве

4. Методика расчёта печи

Введение

Печь – технологическое оборудование, в котором рабочим видом энергии является тепло и рабочее пространство которого ограждено от окружающей среды. Разнообразие промышленных печей, используемых в литейном производстве, вызывает необходимость подразделения их на основные группы.

По способу генерации теплоты все печи подразделяют на топливные, где теплота выделяется за счет горения топлива, и электрические, где электроэнергия преобразуется в теплоту электрической дугой, нагревательными элементами сопротивления или индукцией.

По условиям теплопередачи печи подразделяют на печи с теплопередачей преимущественно излучением и конвекцией.

Работа печей характеризуется тепловой мощностью, тепловой нагрузкой, температурным и тепловым режимами.

По тепловому режиму печи подразделяют на печи, работающие по камерному режиму, и печи, работающие по методическому режиму. В печах, работающих по камерному режиму, температура рабочего пространства остается постоянной на протяжении всего времени работы печи. В печах, работающих по методическому режиму, температура в печи изменяется по длине печи или во времени.

Методические нагревательные печи широко применяются в прокатных и кузнечных цехах для нагрева квадратных, прямоугольных, а иногда и круглых заготовок.

По методу транспортировки металла методические печи относятся к так называемым проходным печам. Ряд соприкасающихся друг с другом заготовок заполняет весь под печи и продвигается через печь при помощи толкателя. При загрузке в печь новой заготовки одна нагретая заготовка выдается из печи.

Наиболее важными классификационными признаками методических печей являются:

1) температурный режим печи (по длине);

2) двусторонний или односторонний характер нагрева металла;

3) способ выдачи металла из печи (боковая или торцовая выдача).

Кроме того, классификация выполняется по виду нагреваемых заготовок, методу утилизации тепла отходящих дымовых газов, виду топлива, числу рядов заготовок в печи. 

1 Конструкция методических печей

Конструкция методической печи зависит от характеристик нагреваемого металла, производительности стана и вида топлива, на котором работает печь. Параметры нагреваемого металла определяют наличие или отсутствие следующих важных составных частей печи: нескольких участков подвода топлива в сварочную зону, томильной зоны и зоны нижнего подогрева. От формы заготовок зависит горизонтальное или наклонное расположение пода печи.

При нагреве тонких заготовок (50 – 60 мм), которые и с одной стороны прогреваются достаточно быстро, можно не применять нижний обогрев. Нагревая цилиндрическую заготовку, которую нельзя проталкивать, необходимо делать наклонный под по всей длине, чтобы заготовки могли перекатываться.

Производительность прокатного стана или кузнечно-прессовой установки определяет общую производительность печи и их размеры. Вид применяемого топлива обусловливает выбор таких конструктивных элементов печи, как рекуператоры и горелки. В качестве топлива для методических печей используются смеси коксового и доменного газов с различной теплотой сгорания, природный газ и различные смеси природного, коксового и доменного газов, а также жидкое топливо – мазут.

Для достижения требующейся рабочей температуры в печи необходимо, чтобы калориметрическая температура горения составляла 1800оС и более. Подобная калориметрическая температура может быть достигнута при использовании:

1) высококалорийного топлива, – газа с теплотой сгорания выше 12570 кДж/м3 или мазута. В этом случае утилизация тепла отходящих дымовых газов преследует только одну цель – повысить экономичность работы печи (снизить расход топлива), а для повышения калориметрической температуры подогрев воздуха и газа в данном случае необязательны;

2) холодного газа, характеризуемого средней теплотой сгорания, равной 8400 кДж/м3, с подогревом воздуха до 450 – 500оС и применением горелок любой конструкции – как с предварительным, так и с внешним смешением;

3) газа с низкой теплотой сгорания, т. е. =5000+5800 кДж/м3, вплоть до чистого доменного газа с подогревом воздуха до 500 – 550оС и газа до 250 – 300оС, а также обязательно с применением инжекционных горелок, обеспечивающих хорошее смешение топлива с воздухом.    

Методические печи, работающие на газообразном топливе с низкой теплотой сгорания. Подобная конструкция была создана под руководством Б. Р. Именитова (рисунок 1). В печи предусмотрена боковая выдача, отапливают при помощи инжекционных горелок, которые работают на подогретом воздухе (до 550о) и – газе (до 300о). применение инжекционных горелок позволяет наиболее рационально использовать химическое тепло топлива, так как при беспламенном горении достигается ускорение процессов горения и приближение действительной температуры горения к теоретической (при уменьшении избытка воздуха и доведения до минимума недожога топлива).

Рисунок 1 – Двухзонная методическая печь старой конструкции

В этих печах воздух для горения засасывается из атмосферы через расположенный под печью керамический рекуператор (объемом 125 м3) и систему воздухопроводов. Аэродинамическое сопротивление воздушного пути преодолевается за счет геометрического напора подогретого воздуха, движущегося вверх через рекуператор и воздухопроводы, а также за счет инжектирующего действия горелок. Газообразное топливо обычно подогревается в трубчатом металлическом рекуператоре, устанавливаемом в дымовом борове последовательно за воздушным рекуператором. Управление печами может быть автоматизировано, причем автоматика работает наиболее эффективно при отоплении одним доменным газом. Подобные печи работают весьма эффективно, обеспечивая удельную производительность ~550 кг/м2час при удельном расходе топлива 500 ккал/кг и пока являются более совершенными. Однако эти печи имеют большое количество недостатков. Дело в том, что практически они работают на пределе своих возможностей. Повысить температуру подогрева воздуха выше 550о нельзя, во избежание самовоспламенения смеси в корпусе горелки. Осуществить устойчивый подогрев газа выше 300о также трудно, поскольку температура дымовых газов за керамическим рекуператором не превышает 550 – 600о.

Вместе с тем конструкции инжекционных горелок исключают их применение для сжигания газообразного топлива с высоким содержанием водорода и в случаях смешанного газо-мазутного отопления.

Методические печи, работающие на газе высокой теплоты сгорания. В печах, работающих на топливе высокой теплоты сгорания, подогрев газа не является необходимым. Подогрев воздуха в металлических рекуператорах до 300 – 400о необходим только в тех печах, которые работают на топливе теплотой сгорания 2000 – 2500 ккал/м3. при теплоте сгорания выше 2500 ккал/м3 подогрев воздуха для достижения необходимой температуры горения необязателен, однако для уменьшения расхода топлива подогрев воздуха всегда целесообразен.

Помимо топлива, конструкция методических печей в значительной мере зависит от требуемой производительности.

Высокая производительность методических печей может быть обеспечена путем увеличения размеров печей и повышения удельной их производительности. Для повышения удельной производительности печей необходимо вести нагрев металла форсировано, для чего следует поднять температурный уровень по всей длине печи. С этой целью стали применять печи с двумя рядами горелок в верхней части сварочной зоны печей. Одна из таких печей для нагрева слябов к непрерывному тонколистовому стану представлена на рисунке 2.

Рисунок 2 – Методическая нагревательная печь с сдвоенной сварочной зоной

Печь рассчитана на отоплении топливом с высокой теплотой сгорания при подогреве воздуха в керамическом рекуператоре до400 – 450о. Воздух просасывается через рекуператор при помощи эксгаустера. Применяются турбулентные горелки низкого давления.

Установка четвертой линии горелок позволяет повысить температуру дымовых газов хвосте печи до 1100 – 1150о и обеспечить удельную производительность ~600 кг/м2час. Подобные печи, ширина и длина которых соответственно равны около 10 и 30 м, обеспечивают при холодном посаде производительность 150 т/час, а при горячем – 200 т/час.

Методические печи, работающие на жидком топливе. На методических печах мазут применяется не только как дополнительное, но и как основное.

Применение мазута в качестве дополнительного топлива позволяет увеличить производительность методических печей на 10 – 15%, однако при одновременном увеличении удельного расхода топлива.

В качестве основного топлива мазут применяют как на двухзонных, так и на трехзонных методических печах. Высокая температура горения мазута позволяет получать хорошую производительность печей при работе на холодном воздухе. В зависимости от размеров методических печей для сжигания могут быть применены форсунки низкого и высокого давления.

Методические печи для нагрева трубной заготовки. Круглые, трубные заготовки нельзя проталкивать через печь, поэтому их нагревают в печах с наклонным подом, по которому и перекатывают. Такие печи называются ролевыми методическими.

Отличительной чертой этих печей является повышенный угар металла и большие затраты труда (в том числе физического) на перекатывание заготовок и чистку подины от окалины.

Повышенный угар металла (до 3,5 – 4%) в ролевых печах объясняется тем, что при перекатывании заготовок образовавшаяся окалина отскакивает и оголившийся металл окисляется вновь.

Большое количество опадающей на под окалины вызывает интенсивное нарастание подины и препятствует нормальному перекатыванию заготовок. Поэтому остановившиеся заготовки очень часто приходится перекатывать вручную. Быстрый рост подины заставляет часто выполнять ее чистку от окалины, что является весьма продолжительной и очень трудоемкой операцией. 

1.1 Профиль печного канала

Современные методические нагревательные печи по конфигурации свода можно подразделить в основном на три типа:

1) печи, состоящие из конструктивно обособленных последовательно расположенных камер, в которых благодаря герметизации печных стенок и соответствующему расположению топливосжигающих устройств создается интенсивная циркуляция газовой среды (рисунок 3). Это приводит к тому, что в объеме каждой из таких камер устанавливается практически одинаковая температура газовой среды и печных стенок и, следовательно, создается предпосылка к применению метода расчета нагрева металла при условии tг=const. Исключения представляют: зона I (методическая), где происходит теплообмен с изменением температуры теплоносителей, соответствующим противотоку, и зона III  (выдержки), в которой температура среды должна изменяться согласно требованиям режима выдержки.

Рисунок 3 – Трехзонная методическая печь с интенсивной циркуляцией газов в герметизированном рабочем пространстве

Вследствие того, что камеры данной печи конструктивно обособлены, теплообмен излучением вдоль печного канала не имеет существенного значения;

2) печи, подразделенные на ряд камер с самостоятельным вводом топлива, в которых режимы движения и горения газов таковы, что в пределах каждой камеры (распространенный пример конструкции представлен на рисунке 4) эффективная температура печной среды изменяется. Ввиду этого упрощающее условие tг=const к данным печам неприменимо, и в процессе расчета приходится определять изменение температуры печной среды по длине отдельных камер.

I –  III – зоны по теплотехническим признакам; 1 – 5 – зоны по конструктивным признакам

Рисунок 4 – Трехзонная методическая печь

Благодаря перепаду высоты печного канала на границах камер излучение вдоль печи так же, как в предыдущем случае, не может быть существенным;

3) печи, не имеющие на всем протяжении или на значительных по длине участках каких-либо пережимов свода, отделяющих части печного канала одну от другой (рисунок 5), характеризуются непрерывным изменением температуры печной среды. Однако тепловые потоки, воспринимаемые нагреваемым материалом, не определяются местной эффективной температурой вследствие весьма существенного переноса лучистого тепла вдоль печи.

Рисунок 5 – Двухзонная методическая печь с неканализированным  подом и рассредоточенным подводом тепла

Профиль свода методических печей в значительной мере соответствует графику изменения температуры по длине печи (рисунок 6).

Рисунок 6 – Изменение температуры газов и металла по длине методической печи

1.2 Конструкция пода и транспортирующих устройств

Возможны следующие основные конструктивные варианты:

1) сплошной (неканализированный) под с неохлаждаемыми опорами и другими устройствами для транспорта заготовок;

2) канализированный под с неохлаждаемыми или охлаждаемыми транспортирующими устройствами.

Конструкции без охлаждения влияют по существу только на величину эффективной поверхности нагреваемого материала. Конструкции, включающие охлаждаемые элементы, отнимают тепло от рабочего пространства и нагреваемого материала.

1.3 Режим нагрева материала и способ выдачи его из печи

Укрупнено этот режим может быть определен как трехзонный и двухзонный.

При работе печи по трехзонному режиму (рисунок 7) в первой по ходу металла зоне (зоне I или методической) происходит нагрев металла за счет физического тепла продуктов сгорания, которое завершается на границе зон I и II, обозначенной на рисунке 5 цифрой 1. Так как отдача физического тепла вызывает охлаждение газов, то их температура по длине зоны I заметно снижается.

Страницы: 1, 2