6.Расчет рабочего пространства печи
Ширина печи будет равна: .
Высота печи:
Томильной зоны – 2,75м;
методической зоны – 2,06м;
сварочной зоны – 3,1м.
Длина печи:
методическая зона – 12м;
сварочная зона – 26 м;
томильная зона – 12м.
Количество заготовок, одновременно находящихся в печи:
Свод печи выполняем подвесного типа из каолина толщиной 300 мм. Стены печи
Имеют толщину 460 мм, причём слой шамота составляет 345 мм и слой тепловой изоляции ( диатомитовы кирпич) 115мм.
Под томильной зоны выполняем трёхслойным: тальковый кирпич 230 мм, шамот 230 мм, и тепловая изоляция (диатомитовый кирпич) 115мм.
7. Тепловой баланс
Приход тепла:
1. Химическое тепло (тепло от горения топлива):
.
2. Тепло, вносимое подогретым воздухом (физическое тепло):
3. Тепло экзотермических реакций (принимаем, что угар металла
составляет 1%):
Расход тепла:
1. Тепло затраченное на нагрев металла:
= кВт
При средней по массе и времени нагрева температуре:
t = 0.5*= 581.3 oC.
теплоёмкость металла равна см =0,591 кДж/(кг*К).
Тепло уносимое уходящими дымовыми газами:
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 203,3 м2 толщина свода 0,3 м, материал каолин. Принимаем температуру внутренней поверхности свода равной средней по длине печи температуре газов.
Средней температуре продуктов сгорания по длине печи – tвн. = tг.ср.=1150оС, если принять температуру окружающей среды tокр=0оС, то температуру поверхности однослойного свода можно принять равной 100оС.
Средняя по толщине температура свода:
При этой температуре согласно приложению теплопроводность каолина: =
Потери тепла через стены. Стены печи состоят из слоя шамота толщиной Sш = 0.345 м и слоя диатомита толщиной Sд =0.115 м.
Площадь стен:
Методической зоны Fм =2Lмhм=2*7.68*2.06=32.38 м2;
Сварочной зоны Fсв =2Lсвhсв =2*26.615*3.1 = 165 м2;
Томильной зоны Fт =2Lтhт = 2*2.81*2.27= 12.76 м2;
Торцов печи Fторц= 5.57*1.0+5.57*2.0 = 16.71 м2.
Полная площадь стен :
F ст = 32.38+165+12.76+16.71= 226.85 м2.
Для вычисления коэффициентов теплопроводности, зависящих от температуры, необходимо найти среднее значение температуры слоёв.
Средняя температура слоя шамота:
Средняя температура слоя диатомита:
Здесь t` - температура на границе раздела слоёв, oC
- температура наружной поверхности стен, которую можно принять равной 100 oC.
Коэффициент теплопроводности шамота:
Коэффициент теплопроводности диатомита:
В стационарном режиме:
Подставляя значение коэффициентов теплопроводности:
Решение этого уравнения даёт t` = 755.3 oC.
Окончательно коэффициент теплопроводности шамота:
коэффициент теплопроводности диатомита:
Количество тепла, теряемое теплопроводностью через стены:
Общее количество тепла, теряемое теплопроводностью через кладку:
Потери тепла с охлаждающей водой, по практическим данным, принимаем равным 11% от тепла, вносимого топливом и воздухом:
0.11 В(35430+4001) = В4338 кВт.
Неучтённые потери принимаем равными 12% от той же величины:
Qнеучт= 0.12 В(35430+4001) = В4732 кВт .
Уравнение теплового баланса:
Результаты расчётов приведены в таблице
Удельный расход тепла на нагрев 1 кг металла:
8. Выбор горелок
В многозонных методических печах подводимая тепловая мощность ( а следовательно, и расход топлива) распределяется следующим образом : в сварочной зоне 60 - 70% от тепловой мощности всей печи, в томильной зоне 30-40%
Распределяя расход топлива по зонам пропорционально тепловой мощности получим:
В *0.7 = 1.2*0.7 =0.84
Подбираем инжекционную горелку для сжигания 0,053 м3/с природного газа с теплотой сгорания 35,4 МДж/м3. Давление газа перед горелкой 120 кН/м2
Для сжигания высоко калорийных газов предназначены инжекционные горелки типа В и ВП
Для осуществления равномерного нагрева свода принимаем шахматное расположение горелок на своде с шагом по длине печи S = 3.25 м.
Тогда число рядов горелок по длине сварочной зоны печи:
nLм = L/S = 26/3.25 = 8 рядов
По длине томильной зоны с шагом 3 м
nтL = 12/3 = 4 ряда
По ширине сварочной зоны печи размещается:
nB = 5.57/1.4= 4 ряда горелок
В сварочной зоне находится 16 горелок, в томильной зоне 8 горелок.
По графику находим, что при данном давлении пропускная способность горелки В 100 для газа с заданной теплотой сгорания равна Vг = 0,014 м3/с. Отношение заданного расхода газа к пропускной способности горелки В100 равно 0,053/0,014=3,79
По таблице находим, что этому соотношению соответствует горелка с диаметром носика dн.г=205мм, т.е. горелка В205
Принимаем газ холодным (273 К) и находим скорость истечения газа из сопла:
Здесь р0 =101,3 кН/м2 - давление окружающего воздуха.
Тогда диаметр газового сопла:
Остальные конструктивные размеры инжекционной горелки:
dн.г=205мм, L = 2130 мм, d1= 2``.
Плотность газа равна ρ=1.0 кг/м3 расход воздуха при коэффициенте расхода n=1.1 равен 10.119 м3/м3 газа.
Пропускная способность горелок по воздуху: сварочная и томильная зона 0,053*10.119=0.54 м3.
9. Определение высоты кирпичной трубы
Общие потери при движении газов hпот = 300 Н/м2 температура дымовых газов перед трубой 717 К.
Плотность дымовых газов ρг = 1,24 кг/м3. Температура окружающего воздуха Тв= 273 К.
Количество продуктов горения, проходящих через трубу составляет
11,222 м3/с или 40399 м3/ч
Находим площадь сечения устья трубы, принимая скорость дыма в устье 3 м/с:
Действительное разрежение, создаваемое трубой, должно быть на 20-40 % больше потерь напора при движении дымовых газов, т.е.
Для определения температуры дымовых газов в устье трубы по графику ориентировочно находим высоту трубы Н = 45 м.
Падение температуры для кирпичной трубы принимаем 1 -1,5 К на 1 метр высоты трубы:
ΔТ = 1,25 * 45 = 56,3 К.
Тогда температура газов в устье трубы:
Для кирпичных труб коэффициент трения λ = 0.05
Подставляя полученные значения в формулу получим:
10. Расчёт сечения борова:
Скорость движения дымовых газов = 2,3
- площадь сечения борова м2 , - объём дыма при сжигании единицы топлива м3/м3.В - расход топлива м3/ч.
11. Выбор типа и размеров футеровки
Стены:
Шамот 345мм, диатомитовый кирпич 115мм;
Свод:
Диатомит Д-500 – 300мм.
Под:
Тальковый кирпич – 230мм, шамот – 230мм, диатомит – 115мм.
12. Расчет узла печи
Толкатели широко применяются для передвижения нагреваемых заготовок или деталей в печах и поточных линиях. Основное отличие одного толкателя от другого заключается в способе приведения в движение рабочего органа – башмака, который непосредственно проталкивает заготовки или детали. По этому признаку толкатели делятся на две группы: толкатели с гидравлическим или пневматическим приводом и толкатели с электрическим приводом. Толкатели с электрическим приводом выполняются винтовые, реечные, фрикционные, рычажные, с цепным приводом. Наибольшее распространение, благодаря своей надежности и экономичности, получили реечные толкатели. Рабочий ход толкателя выберем равным ширине рабочего пространства печи в томильной зоне. Толкатель следует располагать так, чтобы толкающие пальцы в крайнем правом положении не упирались в конструкции печи, а в крайнем левом положении уходили в предусмотренные для них пазы в левой стенки печи примерно на 100мм.
Реечный толкатель.
Рабочий ход – 5580мм.
Усилие толкателя определяется по формуле
где f и - соответственно коэффициенты трения заготовок о направляющие в томильной зоны.
Q - соответственно масса заготовок, лежащих на этих направляющих.
Практические значения коэффициента трения скольжения металла по металлу принимают равными:
- при t = 1000-1200оС – 0,7-0,9.
Масса одной заготовки:
Определяем усилие толкателя
Принимаем, что усилие на две штанги будет 335500 кН.
Мощность электродвигателя привода толкателя
Где - усилие толкателя, кН; - скорость проталкивания, м/с; - общий к.п.д. винта и привода.
Принимаем, что скорость передвижения при толкании равна 0,3м/с, а общий к.п.д. винта и привода
По полученной мощности подбираем электродвигатель:
Тип – АИР355М8;
Мощность – 160 кВт;
Синхронная частота вращения – 750 об/мин;
К.П.Д. – 93,5%;
Количество электродвигателей – 1.
Общее передаточное число находят из выражения
где - число оборотов выбранного электродвигателя, об/мин; - число оборотов реечной шестерни, об/мин; - скорость толкания, м/с; - диаметр начальной окружности шестерни, м.
Находим передаточное число редуктора:
Устанавливаем конически-цилиндрический трехступенчатый редуктор типа КЦ2-750, передаточное число исходя из основных технических характеристик примем равным 71.
1 – опорные катки;
2 – толкающая штанга;
3 – амортизатор;
4 – толкающий палец;
5 – замыкающая пружина;
6 - зубчатая рейка;
7 – приводная шестерня.
Рисунок 2.1 – Кинематическая схема толкателя
Рекуператор
Для подогрева воздуха принимаем радиационный металлический рекуператор, т.к. температура отходящих дымовых газов составляет . Рекуператор подогревает воздух до температуры
Список использованной литературы
1. Мастрюков Б.С. Теория, конструкция и расчеты металлургических печей. Т.2.Расчеты металлургических печей. - М.: Металлургия, 1987г. -272с.
2. Тайц Н.Ю., Розенгарт Ю.И. Методические нагревательные печи. - Харьков: Металлургиздат, 1956г. -248с.
3. Металлургические печи: Атлас. Учеб. пособие для вузов / Миткалинский В.И., Кривандин В.А., Морозов В.А и др. - М.: Металлургия, 1987. -384с.
4. Кривандин В.А., Белоусов В.В., Сборщиков Г.С. и др. Теплотехника металлургического производства. Т.2.- М.: МИСиС, 2002г. -735с.
5. Соболев Б.М. Расчеты нагревательных печей. - Учебное пособие /Б.М. Соболев – Комсомольск-на-Амуре: ГОУВПО «КнАГТУ», 2006г. -66с.
6. Воителев В.В., Могилевский Е.И. Механическое оборудование печей. - М.: Металлургия, 1991г. -148с.
7. Тимошпольский В.И., Губинский В.И. и др. Металлургические печи теория и расчеты. Т.1,Т.2. –Минск: Беларуснаука, 2007г. -596с,832с.
