Проект толкательной печи для нагрева заготовок под прокатку (125х125х12000мм) из низколегированной стали производительностью 80 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

Курсовой проект

по теплотехнике

Проект толкательной печи для нагрева заготовок под прокатку (125х125х12000мм) из низколегированной стали производительностью 80 т/ч

Задание

Введение

1.       Литературный и патентный обзор по теме работы

2.       Расчет полного горения топлива

3.       Расчет нагрева металла в печи

4.       Расчёт основных размеров печи

5.       Расчет рабочего пространства печи

6.       Тепловой баланс

7.       Выбор горелок

8.       Определение высоты кирпичной трубы

9.       Расчёт сечения борова

10.  Выбор типа и размеров футеровки

11.  Расчёт узла печи

Список использованной литературы

Примечания

1.                                   Во время практики провести анализ тепловой работы печи, подобрать чертежи элементов конструкции печи;

2.                                   Определить расход энергии, топлива на технологический процесс.

3.                                   Определить расход воды на охлаждение отдельных элементов печи.

4.                                   Определить энергетические и технологические параметры основных и вспомогательных механизмов печи.

5.                                   Выполнить технологический, тепловой и конструкторский расчеты.

6.                                   Приступить к оформлению графической части курсовой работы.

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.

1.                Литературный и патентный обзор

Проходные печи с роликовым подом

Существующие печи по технологическому назначению делятся на:

1) нагревательные и 2) термические. Нагревательные печи используют для нагрева заготовок перед последующей обработкой давлением—прокаткой, ковкой, штамповкой и т. п. Нагрев изделий под термообработку производится в термических печах.

В прокатных цехах для нагрева металла перед прокаткой и для его термической обработки используют практически все типы печей как периодического, так и непрерывного действия. Наиболее высокой производительностью обладают печи непрерывного действия: 1) конвейерные; 2) с шагающим подом; 3) с роликовым подом.

Печи с роликовым подом получили наибольшее распространение, так как, обладают рядом преимуществ перед другими видами печей:

1) практически неограниченная длина печи, позволяющая проектировать печи большой производительности;

2) высокая удельная производительность в результате двухстороннего нагрева металла;

3) минимальный угар металла;

4) высокая степень механизации транспортировки обрабатываемого металла;

5) возможность автоматизации процесса;

6) простота обслуживания.

Особенно эффективными проходные печи оказались в условиях прокатного производства, где роликовый под является продолжением рольгангов и где необходима высокая производительность, достигающая 240 т/ч. Для исключения окалинообразования при нагреве применяют печи с защитной атмосферой, состоящей из смеси инертного газа и водорода. Нагрев металла в печах происходит излучением от радиационных труб, работающих на газе, или от электрических нагревателей. Для герметизации рабочего пространства эти печи имеют дополнительные шлюзовые камеры со стороны загрузки и выгрузки, а также специальные уплотнения роликовых окон, которые служат для выхода цапф роликов через кладку. Печные роликовые рольганги для нагрева перед прокаткой используют для нагрева как мелких заготовок, так и крупных слябов весом до 60 т. Конструкция роликов обеспечивает непрерывную работу печи при больших нагрузках и высоких температурах.

 Высокая степень механизации транспортировки нагреваемого металла позволяет создавать непрерывные агрегаты, в которые входят машины непрерывного литья заготовок (МНЛЗ), подогревательная печь с роликовым подом и прокатный стан. Такой технологический цикл позволяет существенно снизить энергозатраты на нагрев за счет использования горячей заготовки, полученной после МНЛЗ. Отапливаются печи, как правило, природным газом, состав газа и его калорийность существенно влияют на работу агрегатов печи и качество поверхности нагреваемых в ней изделий.

 Эффективность работы всей печи зависит от надежности печного рольганга, который является основной и наиболее дорогостоящей частью печи. В связи с этим рассмотрим более подробно конструкцию и режимы работы печных рольгангов Печной рольганг состоит из роликов, их подшипниковых опор, привода вращения и системы охлаждения. В настоящее время в печах с роликовым подом нашли применение следующие конструкции роликов:

1) с охлаждаемыми цапфами; 2) с водоохлаждаемым залом; 3) с водоохлаждаемой бочкой. Ролики с водоохлаждаемыми цапфами применяют в печах с температурой рабочего пространства до 1050 °С. Простота конструкции и низкие потери тепла у таких роликов обусловили их широкое распространение в промышленности.

 Ролики рольганга с водоохлаждаемым валом применяют основном при температуре в печи 1050-1250 °С. Нагрузка от веса нагреваемых изделий, лежащих на бочке, передается на несущий водоохлаждаемый вал через опорные втулки. Полость между бочкой ролика и водоохлаждаемым валом заполняют термоизоляцией. Одну из опорных втулок выполняют подвижной относительно вала. Если термоизоляция засыпная, то во время эксплуатации через зазор между втулкой и валом она высыпается и потери тепла через ролик увеличиваются.

 Применение различных уплотнений не дает положительного эффекта. В последнее время все более широкое применение в качестве термоизоляции получают волокнистые материалы.

 Ролики рольганга с водоохлаждаемой бочкой применяют при температуре атмосферы в печи свыше 1250 °С. Охлаждающую воду подают в кольцевой зазор между бочкой и центральной трубой. Ролик изготавливают целиком из углеродистой стали, теплопроводность которой выше, чем у жаропрочной стали. Потери тепла через такой ролик чрезвычайно велики, что является его основным недостатком и причиной достаточно редкого применения на практике. Наиболее распространенными являются первые два типа роликов. В качестве материалов для бочек таких роликов используют жаропрочные стали аустенитного класса или сплав. Содержание углерода в этих сталях колеблется в пределах 0,15—0,4%. Цапфы изготовляют литыми или коваными из теплостойких сталей.

 Ролики рольгангов нельзя останавливать более, чем на 3— 5 мин при рабочей температуре, так как при этом может произойти необратимая деформация их бочек — прогиб. Поэтому рольганги работают в одном из трех режимов: 1) непрерывном (или на проход); 2) реверсивном (или покачивания); 3) периодическом с кратковременными остановками. При работе рольганга в непрерывном режиме все ролики печи вращаются в одном направлении с постоянной скоростью. В режиме покачивания (или реверсивном) ролики поворачивают на 1,5; 2,5 оборота или другой угол в одну сторону, а затем после остановки в обратную сторону на такой же угол. При периодическом режиме работы ролики периодически поворачивают на 0,25 оборота в направлении движения садки с остановками в течение 1-120 с.  в зависимости от режима работы рольгангов, шага роликов, размеров обрабатываемых изделий и других факторов применяют различные схемы приводов.

2.                Расчёт полного горения топлива

Топливо: Газ месторождение Северо-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 и воздухом, из расчета на единицу топлива:

Qф = Cт tт+Cв tв ,

Qф =157,09∙20+1,3181∙300=3537 кДж;

Cm= CСН4 CH4+ CС2Н6 C2H6+ CС3Н8 C3H8+ CС4Н10 C4H10 + CС2О C2О+C N2N 2;

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 топливе калориметрическую температуру определяют по выражению:

tк= (Qрн+ Qф)/(Vд Сv),

tк= (35434+3537)/(11,222∙1,555)=2233 ОС;

Энтальпия продуктов сгорания равна:

iп =( Qрн+ Qф )/Vд ;

iп =(35434+3537)/11,222=3473 кДж/м3;

Определяем энтальпию iп;

Задаются приближенно температуру продуктов горения t и определяют соответствующую ей энтальпию iп;

Примем t1=2373К(2100 ОС);

iп//(1)= СV ∙t1; iп//(1)= 1,555∙2100=3473кДж/м3;

Определяем iп(2):

Примем t2=2573К(2300 ОС);

iп//(2)= СV ∙t2; iп//(2)= 1,555∙2300=3576кДж/м3

iп(1)< iп< iп(2)

3265 < 3473 < 3576

Определяем калориметрическую температуру:

tк=t2-( iп(2)- iп)(t2-t1)/( iп(2)- iп(1)).

tк=2300 - (3576 – 3473)(2300-2100)/(3576 – 32655)=2234 ОС;

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

Страницы: 1, 2