Нагревательные печи в кузнечных цехах
Введение.
Нагревательные
печи в кузнечных цехах используют для нагрева под пластическую деформацию и под
термическую обработку. Нагревательные печи для нагрева заготовок, слитков или
блюмсов из черных и цветных металлов под ковку, прессование, штамповку,
высадку, гибка и печи для термической обработки деталей, улучшающей их
свойства, работают при 150-1300 С. Требования, к нагревательным современным
печам:
1)обеспечение
необходимой температуры и заданного режима нагрева;
2)высокая
тепловая экономичность с полным сжиганием топлива и максимальным к.п.д.;
3)простота
конструкции и минимальные габаритные размеры, обеспечивающие нагрев большого
ассортимента изделий при различных режимах и с высокой производительностью;
4)механизация и
автоматизация загрузки и выгрузки изделий, а также их продвижение в печи, что
увеличивает её производительность, облегчает обслуживание и позволяет
устанавливать в общем производственном потоке цеха или в поточных
автоматических линиях;
5)автоматическое
регулирование теплового режима, обеспечивающее более точное соблюдение
заданного режима по сравнению с ручным регулированием; В результате этого
повышается качество нагреваемых изделий;
6)удобство
обслуживания при эксплуатациях и ремонтах;
7)возможность
применения защитной контролируемой атмосферы для получения без окислительного
нагрева метала.
Всем этим
требованиям в первую очередь удовлетворяют электрические и газовые печи,
работающие на природном газе и получающие преимущественное применение в
кузнечно-термических печах. При нагреве стали под пластическую деформацию
температура печи должна быть не ниже 1250 С. В кузнечных печах эту температуру
наиболее просто достигнуть при использовании высоко калорийного топлива с
высокой теоретической температурой горения.
Для получения
рабочей температуры 1200-1250 С теоретическая температура горения топлива
должна быть для камерных и щелевых печей не ниже 1850 С, для методических
толкательных – не ниже 1700С,Такие температуры можно получить и при сжигании
низкокалорийного топлива, используя для горения подогретый воздух.
В печах с
интенсивной циркуляцией газов изделия нагреваются равномерно. Более высокие
требования по равномерности нагрева предъявляют к печам для нагрева изделий и
заготовок из лёгких сплавов и к термическим печам. В этих случаях максимальная
разность температур в различных точках изделия не должна превышать 10С. Перепад
температур определяют термопарами, помещёнными в нескольких точках нагреваемого
изделия. Чем совершеннее конструкция печи, тем меньше перепад.
1 Назначение
и принцип работы печи
Назначение и
область применения. Печи нагревательные камерные с выдвижным подом применяются
для нагрева слитков или крупных заготовок под ковку с конечной температурой
нагрева 1100 – 1300 С. Загрузка на под и съем заготовок с пода осуществляются с
помощью средств цеховой механизации (обычно мостовыми кранами).
Производительность
печей может изменяться в зависимости от марки стали, размеров заготовок или
слитков, вида топлива и должна уточняться в каждом конкретном случае.
Состав
установки печи. В комплект установки печи входят рельсовые пути как в печи, так и
внешние, механизмы выкатки пода и подъема заслонок, а также приборы теплового
контроля и автоматики.
Основные
технические решения. Печи этого типа отапливаются природным газом или жидким
нефтяным топливом (мазутом), сжигаемым с помощью типовых горелок или форсунок.
Применение для печей с выдвижным подом газовых горелок среднего давления
(инжекционных) не рекомендуется.
Для подогрева
воздуха, идущего на горение, печи этого типа оборудуются рекуператорами
(трубчатыми, игольчатыми или радиационными).
Продукты горения
отводятся в боров и дымовую трубу или вверх под зонт и далее в систему цеховых
дымопроводов.
Тепловой режим и
режим давлений в печах поддерживаются автоматически.
Кладка печей
выполняется из шамотного, шамотного легковесного, диатомового и глиняного
(красного) кирпича и заключается в сварной металлический каркас с обшивкой из
листовой стали. Печи устанавливаются на специальный фундамент, общий для печи и
для рельсовых путей выдвижного пода (внутри печи и вне ее).
В фундаменте
предусматриваются приямки для размещения механизмов выкатки пода и для
механизмов подъема заслонки.
Подины печей
состоят из рамы, сваренной из проката, литой гарнитуры и футеровки из шамотного
нормального и легковесного кирпича. Рама подины перемещается на цепях катков.
Механизмы выкатки
пода применяются с рейками цевочного типа. В качестве механизмов подъема
заслонок используются типизированные электрические лебедки или гидравлические
подъемники.
Расположение
механизмов может быть как правым, так и левым.
В случае
необходимости выкатки пода на трансбордер подина устанавливается на колесах и
выкатки ее осуществляется с помощью механизма трансбордера.
Рисунок
1 Печь с выкатным подом
1-
Путь
роликовый;
2-
Механизм
выкатного пода;
3-
Под
выкатной;
4-
Дверце;
5-
Механизм
подъема дверцы;
6-
Каркас;
7-
Футеровка;
8-
Горелка;
9-
Дымоход;
10-
Рекуператор;
11-
Дымоход.
2
Расчет горения топлива
2.1
Расчет количества воздуха
Печь отапливается
природным газом месторождение “Елшанское” при n = 1,07
Состав газа
Таблица 1.1
СН4
|
С2Н6
|
С2Н8
|
С4Н10
|
N2
|
СО2
|
93,7
|
0,7
|
0,6
|
0,6
|
4,4
|
-
|
Химические
реакции горения
СН4 +
2О2 = СО2 + 2Н2О
С2Н6
+ 3,5О2 = 2СО2 + 3Н2О
С2Н8
+ 4О2 = 2СО2 + 4Н2О
С4Н10
+ 6,5О2 = 4СО2 + 5Н2О
N2т N2п.г.
Расчет ведем на
100м3 газа.
2.2
Расчет количества и состава продуктов горения
Таблица1.2
Расчет горения топлива
Топливо
|
Воздух,м3
|
Продукты
горения,м3
|
Составляющие
|
Содержание,%
|
Количество,м3
|
О2
|
N2
|
Всего
|
СО2
|
Н2О
|
О2
|
N2
|
Всего
|
СН4
|
93,7
|
93,7
|
187,4
|
196,15*3,76
= 737,52
|
196,15+737,52
= 933,67
|
93,7
|
187,4
|
-
|
737,52+4,4
= 741,92
|
98,7+194,9+741,92
= 1035,52
|
С2Н6
|
0,7
|
0,7
|
2,45
|
1,4
|
2,1
|
-
|
С2Н8
|
0,6
|
0,6
|
2,4
|
1,2
|
2,4
|
-
|
С4Н10
|
0,6
|
0,6
|
3,9
|
2,4
|
3
|
-
|
N2
|
4,4
|
4,4
|
-
|
-
|
-
|
-
|
СО2
|
-
|
-
|
-
|
-
|
-
|
-
|
|
100
|
100
|
196,15
|
737,52
|
933,67
|
98,7
|
194,9
|
-
|
741,92
|
1035,52
|
Коэффициент
расхода воздуха,n
|
n = 1,0 состав,%
|
21
|
79
|
100
|
9,53
|
18,82
|
-
|
71,65
|
100,00
|
n = 1,07 количества,%
|
209,88
|
789,15
|
999,02
|
98,7
|
194,9
|
13,73
|
793,55
|
1100,88
|
n = 1,07 состав,%
|
21
|
79
|
100
|
8,97
|
17,70
|
1,22
|
72,11
|
100,00
|
2.3
Расчет температуры горения
Температура
горения топлива – важный показатель при расчете горения топлива. Различают
температуры калориметрическую, теоретическую и практическую.
Калориметрической
температурой tк горения называют температуру,
которую имели бы продукты горения при отсутствии потерь теплоты в окружающее
пространство и на диссоциацию. В этом случае подразумевают, что вся теплота,
выделяемая при сгорании, идет только на нагрев продуктов горения.
Калориметрическая температура является расчетной величиной.
1. Определяют
состав продуктов горения топлива, Qн и объем продуктов горения единицы топлива Vп.г.пр. при заданном коэффициенте расхода
воздуха n.
2. Определяют
действительное удельное количество теплоты 1 м3 продуктов горения
(кДж/м3):
iп.г. = Qн/V,п.г.пр.
iп.г. – действительное удельное
количество теплоты
Qн – теплота сгорания газообразного
топлива
V,п.г.пр. – объем продуктов горения
практический
V,п.г.пр. = 1100,88 : 100 = 11,0088 м3
Qн = 358*СН4 + 638*С2Н6
+ 913*С2Н8 + 1187*С4Н10 = 358*93,7
+ 638*0,7 + 913*0,6 + 1187*0,6 = 5051,2 кДж/м3
iп.г.пр. = 5051,2/ 11,0088 = 458,833
кДж/м3
3. По значению
полученного удельного количества теплоты продуктов горения iп.г. приблизительно определяют
соответствующую ему температуру продуктов горения t1.
4. По температуре
t1 рассчитывают удельное количество
теплоты 1 м3 продуктов горения данного состава (кДж/м3):
при 1900С
i1 = 0,01* t1( СО2*Ссо2 + Н2О*Сн2о
+ N2*СN2 + О2*Со2) i1 = 0,01*1900(8,97*2,42 + 17,70*1,93 +
72,11*1,48 + 1,22*1,57) = 3125,69 кДж / м3
при 2000С
i2 = 0,01* t2( СО2*Ссо2 + Н2О*Сн2о
+ N2*СN2 + О2*Со2) i2 = 0,01*2000( 8,97*2,43 + 17,70*1,94 +
72,11*1,49 + 1,22*1,58) = 3310,2 кДж/м3
5. По значениям
температур t1и t2 и удельным количествам теплоты i1п.г. и i2п.г, соответствующим этим температурам, находят tк.
i0-i1
tк = t1 + ───
i2-i1
458,833 – 3125,69
tк = t1 + ───────────
= 1885,55 С
3310,2 – 3125,69
tпр. = η* tк, где η = 0,62…..0,82 tпр. = 0,62*1885,55 = 1169,041
2.4
Материальный баланс горения
Поступило: Получено:
газа в 100м3,
в том числе в кг: продуктов горения в кг:
СН4 =
93,7*16 / 22,4 = 66,929 СО2 = 98,7*44 /
22,4 = 193,875
С2Н6
= 0,7*30 / 22,4 = 0,938 Н2О = 194,9*18
/ 22,4 = 156,616
С2Н8
= 0,6*32 / 22,4 = 0,857 N2 = 793,55*28 / 22,4 = 991,938
С4Н10
= 0,6*58 / 22,4 = 1,554 О2 = 13,73*32 /
22,4 = 19,614
N2 = 4,4*28 / 22,4 = 5,5
75,778 1362,043
Воздуха: О2
= 209,88*32 / 22,4 = 299,829
N2 = 789,15*28 / 22,4 = 986,438
1286,267
∑прих
= 75,778 + 1286,267 = 1362,045кг
∑расх
= 1362,043кг
3
Расчет нагрева металла
3.1 Расчет нагрева металла в I интервале
Температура металла
tмн + tмIк
tмI
= ,С
где tмIк – примите 600 С.
2
tмн – температура металла начальная, С
tмIк – температура металла конечная, С
20 + 600
tмI = = 310 С
2
Температура газа
tгIн + tгIк
tгI = 2 , С где tгIк –
примите 1150 С.
Страницы: 1, 2
|