Нагревательные печи и устройства кузнечного производства

Тип работы:
Курсовая
Предмет:
Производство и технологии


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

МИНОБРНАУКИ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«МАТИ" — Российский государственный технологический университет им. К.Э. Циолковского

Кафедра «Технология обработки металлов давлением»

имени проф. А.И. Колпашникова

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по курсу «Нагревательные печи и устройства»

Выполнил _____Красиков В.Э.

Группа 1ОМД-4ДС-099

Руководитель ______Соколов А.В.

Москва 2011

Оглавление

Введение

1. Обоснование выбора печи

2. Расчет горения топлива

3. Расчет времени нагрева

4. Выбор и определение основных размеров печи

5. Выбор материалов для сооружения печи

6. Составление и расчет теплового баланса печи

7. Выбор и расчет приборов сжигания топлива

8. Обоснование выбора типа рекуператора и его основные теплотехнические характеристики

9. Техническая характеристика печи

Библиографический список

Введение

пламенная печь тепловой баланс рекуператор

Пламенные печи вследсвии универсальности до сих пор имеют широкое применение. Они используются в крупносерийном кузнечно-штамповочном производстве. Пламенные печи позволяют достичь высокого качества заготовок при правильном нагреве металла для ковки или штамповки в пределах установленных температур.

В них могут нагреватся заготовки различного веса, размера и формы.

Пламенная печь — сложный тепловой агрегат, в котором протекают процессы получения тепла от горения топлива и передачи его нагреваемому металлу. Эта совокупность процессов теплообмена при горении топлива и движении газов в рабочем пространстве между печными газами, стенками и металлом является тепловой работой печи.

По характеру нагрева металла пламенные печи делятся на камерные и методические.

1. Обоснование выбора печи

Камерная печь имеет обычно прямоугольную форму. Основная часть печи представляет собой рабочую камеру, где на поду нагреваются заготовки. Посадка нагреваемых заготовок в рабочую камеру производится через окно, закрываемое специальной заслонкой. В стенке рабочей камеры установлены горелки. Продукты горения отводятся из рабочей камеры по каналам, находящимся в стенках камеры и сообщающимся с дымоходом, над которым обычно устанавливается рекуператор для подогрева воздуха, поступающего для горения, теплом уходящих дымовых газов. Камерные печи обладают несложной конструкцией и просты в обслуживании. В камерных печах заготовки загружаются в рабочую камеру печи обычно через определенные промежутки времени (периодически) партиями (садками). При очередной садке температура в рабочей камере резко и значительно понижается, а затем, постепенно повышаясь, достигает максимума. Таким образом, в камерной печи вся партия заготовок одновременно нагревается до заданной температуры, а затем заготовка за заготовкой выдается для ковки. Из минусов камерной печи можно отметить, что из-за одинаковости температуры по всему объему камеры печи при загрузке в печь холодного металла, он сразу попадает в среду с высокой температурой, что может привести при нагреве толстых заготовок к браку по нагреву — образованию в металле трещин. Так же, если эти печи без рекуператора, то они работают с низким теплоиспользованием, так как дымовые газ уходят из печи с высокой температурой.

2. Расчёт горения топлива

Таблица 1

Состав Топлива

Сод в %

Реакция горения компонентов топлива

O2

N2

Всего:

CO2

H2O

N2

O2

Всего:

CH4

98

CH4+2O2=

=CO2+2H2O

196

207,5*3. 762=781

98

196

781 (из воздуха)

-

C3H8

1

C3H8+5O2==

3CO2+4H2O

5

3

4

-

С4H10

1

C4H10+6,5O2=

4CO2+5H2O

6,5

4

5

-

ab=1

207,5

781

988,5

105

201

781

-

1091

ab=1. 1

228,25

859

1087,25

105

201

859

20,75

1181,75

Qрн = 8550·0. 98+28 300·0. 01+0,121 800 = 8880 ккал/м3 (Теплотворная способность топлива).

qm = 0 ккал/ м3 (т.к. подогревать топливо нецелесообразно)

qв = Cв · Ld ·tв = 0. 318 ·11·400 = 1399,2 ккал/ м3 (Тепло вносимое подогретым воздухом, Cв — теплоёмкость воздуха, tв — температура воздуха)

Cд =0,374ккал/м3·град (Теплоёмкость дымовых газов. tу.д.г. =1150С0)

Ю=0. 65 tд= Ю·tk=1488C0

3. Расчёт времени нагрева

Продолжительность нагрева в камерных печах слитков и заготовок толщиной свыше 60 мм с достаточной для практики точностью можно определить по формуле Н. Н. Доброхотова:

, где

d = 200 мм = 0,2 м (диаметр заготовки)

k — коэффициент равный 10 для низко-среднеуглеродистых и малолегированных сталей и равный 20 — для высокоуглеродистых и высоколегированных сталей.

а — коэффициент, учитывающий способ укладки заготовок на поду

расстояние между заготовками 0. 5d a= 1,4

Подставив значение в формулу получим:

Количество одновременно нагреваемых заготовок, можно посчитать по этой формуле:

n` = n · ф, где

n = 8 шт/час

ф = 1,25 часов (время нагрева)

откуда:

n` = 81,25 = 10 шт.

4. Выбор и определение основных размеров печи

Для камерной печи ширина пода (B) и длина пода (L) определяются следующим образом:

B=n`·dз+(n`-1)·д+2·(100ч200) мм (при однорядном расположении заготовок)

B=10·0,2+(10−1) ·0,1+2·0,15 = 3,2 м

L= lз+ 2·(100ч200)мм

L=1,1+2·0,15 = 1,4 м

Где:

с — 10 (Количество одновременно нагреваемых заготовок)

dз — 200мм=0,2 м (диаметр заготовки)

lз — 1100мм=1,1 м (длина заготовки)

д — 100 мм =0,1 м (расстояние между заготовками)

Высота рабочей камеры печи определяется по формуле:

H` = (0,65 +0,05·B)·tп·10-3мм

H` = (0,65 + 0,05·3,2)·1200·10-3 = 0,97 м

Где:

tп= tмк + 100 С= 1100+100=1200 С

5. Выбор материалов для сооружения печи

Стена трехслойная:

— 230 мм шамот

-230 мм пеношамот

— 113 мм трепел

Свод двухслойный:

-230 мм динас

-113 мм трепел

Под — многослойный с верхним слоем из хромомагнезитового кирпича (100мм)

6. Составление теплового баланса печи

Уравнение теплового баланса печи:

, где

— сумма статей прихода теплоты

— сумма статей расхода теплоты

, где

— теплота горения топлива

— теплота, вносимая с подогретым воздухом

— теплота экзотермических реакций

6.1 Расчет прихода теплоты

6.1.1 Теплота горения топлива

Где Bm — расход топлива (м3/с)

Qнр -теплотворность топлива (ккал/м3)

6.1.2 Теплота, вносимая подогретым воздухом

Где Св — средняя теплоемкость воздуха

t в-температура подогрева воздуха

6.1.3 Определим величину

,

где

(Производительность печи,

где — плотность стали, длина заготовки, -радиус заготовки, -производительность печи)

6.2 Расчет расхода теплоты

, где

-теплота, расходуемая на нагрев металла.

-теплота, уносимая с уходящими дымовыми газами.

-потери теплоты через рабочие окна печи.

-потери теплоты через кладку печи.

-потери теплоты от неполного сгорания топлива.

-неучтенные потери.

6.2.1 Расход теплоты на нагрев металла

6.2.2 Потери тепла с уходящими дымовыми газами

(Средняя теплоёмкость дымовых газов)

tд.г. =1150С0 (Температура уходящих дымовых газов)

6.2. 3Потери теплоты через рабочие окна печи

Потери теплоты излучением:

, где

(Площадь Окон)

(Коэффициент диафрагмирования

)

(Средняя заготовка)

(Температура печи в Кельвинах)

Потери теплоты с выбивающимися из окон газами:

tд.г. =1150С0

6.2.4 Потери теплоты через кладку печи

, где

— потери тепла через стены печи

— потери тепла через свод печи

— потери тепла через под печи

;;

;

;

,

;

;

;

,

6.2.5 Потери теплоты от неполноты горения

6.2.6 Неучтённые потери теплоты

6.3 Анализ расчета теплового баланса

Таблица 2

Сводная таблица теплового баланса

Статьи прихода

Обозначение

Количество

Статьи расхода

Обозначение

Количество

ккал/с

%

ккал/с

%

1

Теплота горения топлива

351

85

1

Полезный расход тепла

91

22

2

Тепло, вносимое подогретым воздухом

55

13

2

Потери тепла с уходящими дымовыми газами

204

49,4

3

Тепло экзотермических реакций

7

2

3

Потери тепла через окна печи

75

18,16

Всего:

413

100

4

Потери тепла через кладку печи

4,41

1,1

5

Потери тепла от неполноты горения

3,5

0,84

6

Неучтённые потери

35

8,5

Всего:

413

100

7. Выбор и расчёт приборов сжигания топлива

n=4 — количество горелок

b=0,64 — коэффициент, учитывающий снижение производительности горелок при использовании подогрева воздуха

Исходя из производительности горелок: типоразмер горелки — ГНП-60

8. Обоснование выбора типа рекуператора и его основные теплотехнические параметры

Qд = qв=K·F·фср

F-поверхность нагрева рекуператора, м2;

Qв — кол-во тепла, которое должно быть передано от дымовых газов воздуху или газу;

K — коэффициент теплопередачи рекуператора, ккал/м2*ч*Со;

фср — средне логарифмическая разность температур (по длине стенки рекуператора и по сечению дымоводов).

Использовать (tд.г. -tв. ) неудобно, так как эти величины меняются, поэтому применяем усредненную величину (фср).

Задано:

t'д. г=tд. -250о — температура дымовых газов, входящих в рекуператор;

t'д. г=1150−250=900Со;

Vд. г=12 — объем дымовых газов, выходящих из печного пространства;

t'в=20Со — начальная температура воздуха;

t''в=400Cо — конечная температура воздуха.

1. Расчёт количества тепла, которое должно быть передано от дымовых газов воздуху или газу:

q в =Vвр·(tґґ - tґ) ·Cв (ккал/час),

где Vвр=1,1·Vв·Bm (1,1 — коэффициент, учитывающий потери воздуха на утечки);

Cв— теплоемкость при конечной температуре

Vвр = 1,1·11·142,2=1720,62 (м3/ч)

q в = 1729,62·(400−20)·0,318 = 207 919,7 (ккал /ч)

2. Расчет среднелогарифмической разности температур

Со

Для противотока:

ф нач = tдґ - tвґґ

ф кон = tдґґ - tвґ

Из уравнения теплового баланса:

— количество тепла уходящих газов;

— количество тепла входящих газов;

— количество тепла, полученное воздухом;

0,9 — коэффициент, учитывающий потери тепларекуператором в окружающее пространство;

ф нач = 900 — 400 = 500 C

ф кон = 368- 20 = 348 C

3. Определение величины коэффициента теплопередачи

Рекуператор игольчатый, тип «17,5»

— общее сечение для прохождения газа

— общее сечение для прохождения воздуха

— количество элементов

По номограмме К=68 Вт/(м2·град)

9. Техническая характеристика печи

Напряженность пода печи:

(кг/м2·час)

Удельный расход тепла:

(ккал/м2·час)

Коэффициент полезного действия:

Таблица 3

Техническая характеристика печи

№ п. /п.

Основные характеристики печи

Размерность

Величина

1

Ширина пода печи Вn

м

3,2

2

Длина пода печи Ln

м

1,4

3

Площадь пода печи Fn

м2

5

4

Высота печи H

м

1,17

5

Размеры нагреваемых заготовок

мм

200*1100

6

Расход топлива Bт

м3

142,2

7

Тип и количество горелок

4 ГНП-60

8

Температура нагрева металла

Со

1100

9

Напряженность пода печи К

кг/м2·час

360

10

Удельный расход тепла q

ккал/кг

701,5

11

Коэффициент полезного действия Ю

%

25,9

Список литературы

1. М. А. Касенков; Нагревательные печи и устройства кузнечного производства

2. В. С. Соколов, А. В. Ефремов, А. В. Соколов; Учебное пособие «Нагревательные печи и устройства»

www.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой