|
Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
|
|
Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
Конструкция методических печейСтр 1 из 4Следующая ⇒
Содержание
Задание Введение 1 Конструкция толкательных методических печей 1.1 Профиль печного канала 1.2 Конструкция пода и транспортирующих устройств 1.3 Режим нагрева металла 1.4 Глиссажные трубы 2 Методика расчета печи 2.1 Расчет горения топлива 2.2 Время нагрева металла 2.2.1 Определение времени нагрева металла в методической зоне 2.2.2 Определение времени нагрева металла в I сварочной зоне 2.2.3 Определение времени нагрева металла во II сварочной зоне 2.2.4 Определение времени томления метала 2.3 Определение основных размеров печи 2.4 Тепловой баланс 2.5 Расчет рекуператора для подогрева воздуха 2.6 Выбор горелок Заключение Список использованных источников 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. 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.
Рисунок 4 – Трехзонная методическая печь I – III – зоны по теплотехническим признакам; 1 – 5 – зоны по конструктивным признакам
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 Методика расчета
Рассчитать пятизонную методическую печь с нижним обогревом производительностью Расчет пламенной печи выполняется в следующей последовательности: 1) расчет горения топлива; 2) определение времени нагрева; 3) определение основных размеров печи; 4) составление теплового баланса, определение расхода топлива; 5) расчет вспомогательного оборудования: рекуператоров, горелок и т. п..
Расчет горения топлива
Состав исходных газов, %: доменный газ – 10, 5 СО2; 28 СО; 0, 3 СН4; 2, 7 Н2; 58, 5 N2; природный газ – 98 СН4; 2N2. Принимая содержание влаги в газах равным Теплота сгорания газов
По формуле
находим состав смешанного газа, %: 4, 63 СО Расход кислорода для сжигания смешанного газа рассматриваемого состава при п=1 равен
Расход воздуха при п=1, 05
Состав продуктов сгорания находим по формулам
Суммарный объем продуктов сгорания равен
Процентный состав продуктов сгорания
Правильность расчета проверяем составлением материального баланса.
Поступило, кг: Получено продуктов сгорания, кг: Газ:
___________________________________ Всего Воздух ___________________________________ Итого
Для определения калориметрической температуры горения необходимо найти энтальпию продуктов сгорания
Здесь При температуре
По формуле находим
Приняв пирометрический коэффициент равным
Время нагрева металла
Температуру уходящих из печи дымовых газов принимаем равной
Рисунок 10 – Распределение температур по длине методической печи
Поскольку основным назначением методической зоны является медленный нагрев металла до состояния пластичности, то температура в центре металла при переходе из методической в сварочную зону должна быть порядкам 400 – 500оС. Разность температур между поверхностью и серединой заготовки для методической зоны печей прокатного производства можно принять равной (700 – 800) Определяем ориентировочные размеры печи. При однорядном расположении заготовок ширина печи будет равна
Здесь а=0, 2 м – зазоры между слябами и стенками печи. Высоту печи принимаем равной: в томильной зоне 1, 65 м, в сварочной 2, 8 м, в методической зоне 1, 6 м. Находим степени развития кладки (на 1 м длины печи) для: методической зоны сварочной зоны томильной зоны
Определим эффективную длину луча
методическая зона
сварочная зона
томильная зона
Тепловой баланс Приход тепла 1. Тепло от горения топлива
здесь В – расход топлива, м3/с, при нормальных условиях.
2. Тепло, вносимое подогретым воздухом
3. Тепло экзотермических реакций (принимая, что угар металла составляет 1 %)
Расход тепла 1. Тепло, затраченное на нагрев металла
где
2. Тепло, уносимое уходящими дымовыми газами
Энтальпию продуктов сгорания находим при температуре
___________________________________
3. Потери тепла теплопроводностью через кладку. Потерями тепла через под в данном примере пренебрегаем. Рассчитываем только потери тепла через свод и стены печи.
Потери тепла через свод Площадь свода принимаем равной площади пода 396, 76 м2; толщина свода 0, 3 м, материал каолин. Принимаем, что температура внутренней поверхности свода равна средней по длине печи температуре газов, которая равна
Если считать температуру окружающей среды равной При средней по толщине температуре свода Тогда потери тепла через свод печи будут равны
где
Потери тепла через стены печи Стены печи состоят из слоя шамота толщиной Наружная поверхность стен равна: методическая зона
I сварочная зона
II сварочная зона
томильная зона
торцы печи
Полная площадь стен равна
Для вычисления коэффициентов теплопроводности, зависящих от температуры, необходимо найти среднее значение температуры слоев. Средняя температура слоя шамота равна
Коэффициент теплопроводности диатомита
В стационарном режиме
Подставляя значения коэффициентов теплопроводности
или
Решение этого квадратичного уравнения дает значение
Тогда
Окончательно получаем
Количество тепла, теряемое теплопроводностью через стены печи, равно
где
Общее количество тепла, теряемое теплопроводностью через кладку
4. Потери тепла с охлаждающей водой по практическим данным принимаем равными 10 % от тепла, вносимого топливом и воздухом
5. Неучтенные потери определяем по формуле
Уравнение теплового баланса
Откуда
Результаты расчетов заносим в таблицу
Таблица 1. Тепловой баланс методической печи
Удельный расход тепла на нагрев 1 кг металла
Выбор горелок
В многозонных методических печах подводимая тепловая мощность ( а следовательно, и расход топлива) распределяется по зонам печи следующим образом: в верхних сварочных зонах по 18 – 22%; в нижних сварочных зонах по 20 – 25% и в томильной зоне 12 – 18%. Распределяя расход топлива по зонам пропорционально тепловой мощности, получим: верхние сварочные зоны по 1, 09 м3/с; нижние сварочные зоны по 1, 23 м3/с, томильная зона 0, 82 м3/с. Плотность газа 1, 0 кг/м3, расход воздуха при коэффициенте расхода п=1, 05 равен 5, 46 м3/м3 газа. Пропускная способность горелок по воздуху: верхние сварочные зоны Расчетное количество воздуха определяем по формуле:
верхние сварочные зоны
нижние сварочные зоны
томильная зона
Заключение Содержание
Задание Введение 1 Конструкция толкательных методических печей 1.1 Профиль печного канала 1.2 Конструкция пода и транспортирующих устройств 1.3 Режим нагрева металла 1.4 Глиссажные трубы 2 Методика расчета печи 2.1 Расчет горения топлива 2.2 Время нагрева металла 2.2.1 Определение времени нагрева металла в методической зоне 2.2.2 Определение времени нагрева металла в I сварочной зоне 2.2.3 Определение времени нагрева металла во II сварочной зоне 2.2.4 Определение времени томления метала 2.3 Определение основных размеров печи 2.4 Тепловой баланс 2.5 Расчет рекуператора для подогрева воздуха 2.6 Выбор горелок Заключение Список использованных источников 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. 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. 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. Профиль печного канала
Современные методические нагревательные печи по конфигурации свода можно подразделить в основном на три типа: |
Последнее изменение этой страницы: 2019-10-04; Просмотров: 375; Нарушение авторского права страницы
=72, 22 кг/с (260 т/ч) для нагрева слябов сечением 210 
1400 мм и длиной 10500 мм. Конечная температура поверхности металла 
=1250оС. Перепад температур по сечению сляба в конце нагрева 
=50оС. Материал слябов – сталь 35. Топливо – смесь природного и доменного газов с теплотой сгорания 
=20, 9 МДж/м3. воздух подогревается в керамическом блочном рекуператоре до 
=450оС.
= 30 г/м3 получим следующий состав влажных газов, %: доменный газ – 10, 1 СО2; 27, 0 СО; 0, 288 СН4; 56, 49 N2; 3, 59 Н2О; 2, 532 Н2; природный газ – 94, 482 СН4; 1, 928 N2; 3, 59 Н2О.
кДж/м3 
МДж/м3; 
кДж/м3 
МДж/м3. 
, 
; 12, 40 СО 
; 51, 21 СН 
; 1, 16 Н 
О 
.
м3/м3.
м3/м3.
м3/м3, 
м3/м3, 
м3/м3, 
м3/м3.
м3/м3.
%; 
%; 
%; 
%; 
______________________________ 
Всего 
8, 007
Невязка 
0, 0166 кг
8, 0236
кДж/м3. 
=602, 05 кДж/м3 – энтальпия воздуха при 
=450оС.
=2200оС энтальпия продуктов сгорания равна
кДж/м3. При 
=2300оС
кДж/м3
оС.
=0, 75, находим действительную температуру горения топлива
оС. 
=1050оС; температуру печи в томильной зоне на 50о выше температуры нагрева металла, т. е. 1300оС.распределение температур по длине печи представлено на рисунке 10.
, где 
м и, следовательно, 
оС, т. е. следует принять температуру поверхности сляба в конце методической зоны, равной 500оС.
м.
; 
; 
. 
; 
м; 
м; 
м; 
В кВт, 
В кВт.
кВт.
кВт, 
=838 кДж/кг – энтальпия углеродистой стали при 
оС; 
=9, 72 кДж/кг – то же, при 
оС.
В кВт.
=1050оС
=1622, 35 кДж/м3 
оС.
=30оС, то температуру поверхности однослойного свода можно принять равной 
=340оС.
оС коэффициент теплопроводности каолина 
Вт/(м.К).
кВт, 
Вт/(м2.К).
=0, 345 м и слоя диатомита, толщиной 
=0, 115 м.
м2; 
м2; 
м2; 
м2; 
м2.
м2.
, а слоя диатомита 
, где 
– температура на границе раздела слоев, оС; 
– температура наружной поверхности стен, которую можно принять равной 160оС. Коэффициент теплопроводности шамота
, Вт/(м.К).
, Вт/(м.К).
.
.
=728, 8оС.
оС, 
оС.
Вт/(м.К).
Вт/(м.К).
кВт, 
Вт/(м2.К).
кВт.
В кВт.
В кВт.
.
=5, 46 м3/с.
кДж/кг.
м3/с; нижние сварочные зоны 
м3/с; томильная зона 
м3/с.
; 
м3/с; 
м3/с; 
м3/с.
=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. 
