123391 (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

Химические реакции горения

СН₄ + 2О₂ = СО₂ + 2Н₂О

С₂Н₆ + 3,5О₂ = 2СО₂ + 3Н₂О

С₂Н₈ + 4О₂ = 2СО₂ + 4Н₂О

С₄Н₁₀ + 6,5О₂ = 4СО₂ + 5Н₂О

N _2т N_2п.г.

Расчет ведем на 100м³ газа.

2.2 Расчет количества и состава продуктов горения

Таблица1.2 Расчет горения топлива

2.3 Расчет температуры горения

Температура горения топлива – важный показатель при расчете горения топлива. Различают температуры калориметрическую, теоретическую и практическую.

Калориметрической температурой t_к 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, Q_н и объем продуктов горения единицы топлива V_п.г.пр. при заданном коэффициенте расхода воздуха n.

2. Определяют действительное удельное количество теплоты 1 м³ продуктов горения (кДж/м³):

i_п.г. = Q_н/V^,_п.г.пр.

i_п.г. – действительное удельное количество теплоты

Q_н – теплота сгорания газообразного топлива

V^,_п.г.пр. – объем продуктов горения практический

V^,_п.г.пр. = 1100,88 : 100 = 11,0088 м³

Q_н = 358*СН₄ + 638*С₂Н₆ + 913*С₂Н₈ + 1187*С₄Н₁₀ = 358*93,7 + 638*0,7 + 913*0,6 + 1187*0,6 = 5051,2 кДж/м³

i_п.г.пр. = 5051,2/ 11,0088 = 458,833 кДж/м³

3. По значению полученного удельного количества теплоты продуктов горения i_п.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*С_N2 + 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*С_N2 + 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 i_1п.г. и i_2п.г, соответствующим этим температурам, находят t_к.

i₀-i₁

t_к = t₁ + ───

i₂-i₁

458,833 – 3125,69

t_к = t₁ + ─────────── = 1885,55 С

3310,2 – 3125,69

t_пр. = η* t_к, где η = 0,62…..0,82 t_пр. = 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