179383 (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.

2. 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.

1. Расчёт полного горения топлива

Топливо: Газ месторождение Северо-Сахалинское

Состав и теплота сгорания

Низшая теплота сгорания:

Q^р_н=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:

V_O2=0,01(2CH₄+3,5C₂H₆+5C₃H₈+6,5C₄H₁₀ ).

V_O2=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:

L=(1+k) V_O2,

Где k - доля кислорода в воздухе; k = N₂/O₂; k = 79/21=3,762%;

- коэффициент избытка или расхода воздуха(1,1).

L=(1+3,762) ^.1,10 ^.1,969=10,119(м³/ м³).

3.5.Массовое количество воздуха:

L_м=1,293 L; L_м

L_м =1,293 ^. 10,119=13,084(м³/м³).

Качественный состав продуктов сгорания:

V_CO2=0,01(CO+CO₂+CH₄+2C₂H₄+2C₂H₆+3C₃H₈+4C₄H₁₀);

V_CO2=0,01(4,70+90,40+2 ^.1,90+3 ^.1,10+4 ^.0,60+12 ^.0,20)=1,046(м³/кг);

V_O2=(-1)V_O2;

V_O2=(1,10 -1) ^.1,969=0,197(м³/кг);

V_N2=0,008N^p+kV_O2;

V_N2=0,008 ^.1,1+1,10 ^.3,762 ^. 1,969=7,962(м³/кг);

V_H2O=0,01(H₂O+H₂+H₂S+2CH₄+2C₂H₄+3C₂H₆+4C₃H₆+5C₄H₁₀)+0,775 Ld;

V_H2O=0,01(2 ^.90,40+3 ^.1,90+4∙1,1+5 ^.0,60)+0,775 ^.10,119 ^.0,01=2,017(м³/кг);

V_д= V_CO2+V_H2O+V_SO2+V_N2+V_O2+V_CO;

V_д=1,046+0,197+7,962+2,017=11,222(м³/кг).

Состав влажных продуктов сгорания:

СО₂= V_CO2/V_д ^.100%; СО₂=1,046/11,222 ^.100=9,321%;

O₂=V_О2/V_д ^.100%; O₂=0,197/11,222^.100=1,755%;

N₂=V_N2/V_д ^.100%; N₂=7,962/11,222^.100=70,95%;

H₂O=V_H2O/V_д ^.100%; H₂O=2,017/11,222^.100=17,974%;