Нагревательные печи и устройства кузнечного производства

Нагревательные печи и устройства кузнечного производства

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

.        Расчет горения топлива

.        Расчет времени нагрева

.        Выбор и определение основных размеров печи

.        Выбор материалов для сооружения печи

.        Составление и расчет теплового баланса печи

.        Выбор и расчет приборов сжигания топлива

.        Обоснование выбора типа рекуператора и его основные теплотехнические характеристики

.        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

Q^р_н = 8550·0.98+28300·0.01+0,0121800 = 8880 ккал/м3 (Теплотворная способность топлива).

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

q_в = C_в · L_d ·t_в = 0.318 ·11·400 = 1399,2 ккал/ м³ (Тепло вносимое подогретым воздухом, C_в - теплоёмкость воздуха, t_в - температура воздуха)

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

ή=0.65 t_д= ή·t_k=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 = 200мм = 0,2м (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 · τ, где

n = 8 шт/час

τ = 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`·d<sub>з</sub>+(n`-1)·δ+2·(100÷200) мм (при однорядном расположении заготовок)

B=10·0,2+(10-1) ·0,1+2·0,15 = 3,2 м

L= l_з+ 2·(100÷200)мм

L=1,1+2·0,15 = 1,4 м

Где:

ń - 10 (Количество одновременно нагреваемых заготовок)

d_з - 200мм=0,2 м (диаметр заготовки)

l_з - 1100мм=1,1 м (длина заготовки)

δ - 100 мм =0,1 м (расстояние между заготовками)

Высота рабочей камеры печи определяется по формуле:

H` = (0,65 +0,05·B)·t_п·10^-3мм

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

Где:

t_п= t_м^к + 100 С= 1100+100=1200 С

5. Выбор материалов для сооружения печи

Стена трехслойная:

230мм шамот

мм пеношамот

113 мм трепел

Свод двухслойный:

мм динас

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

 - теплота горения топлива

 - теплота, вносимая с подогретым воздухом

 - теплота экзотермических реакций

6.1 Расчет прихода теплоты

.1.1 Теплота горения топлива

Где B_m - расход топлива(м³/с)

Q_н^р -теплотворность топлива(ккал/м³)

6.1.2 Теплота, вносимая подогретым воздухом

Где С_в - средняя теплоемкость воздуха

t _в-температура подогрева воздуха

.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.

.2.1 Расход теплоты на нагрев металла

.2.2 Потери тепла с уходящими дымовыми газами

 (Средняя теплоёмкость дымовых газов)

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

.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:

t_д.г.=1150С⁰

.2.4 Потери теплоты через кладку печи

, где

 - потери тепла через стены печи

- потери тепла через свод печи

 - потери тепла через под печи

; ;

;

;

,

;

;

;

.2.5 Потери теплоты от неполноты горения

.2.6 Неучтённые потери теплоты

6.3 Анализ расчета теплового баланса

Таблица 2

Сводная таблица теплового баланса

7. Выбор и расчёт приборов сжигания топлива

n=4 - количество горелок

Исходя из производительности горелок: типоразмер горелки - ГНП-60

8. Обоснование выбора типа рекуператора и его основные теплотехнические параметры

Q_д = q_в=K·F·τ_ср

F-поверхность нагрева рекуператора, м²;

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

K - коэффициент теплопередачи рекуператора, ккал/м²*ч*С^о;

τ_ср - средне логарифмическая разность температур (по длине стенки рекуператора и по сечению дымоводов).

Использовать (t_д.г.-t_в.) неудобно, так как эти величины меняются, поэтому применяем усредненную величину (τ_ср).

Задано:

t^’_д.г=t_д.-250^о - температура дымовых газов, входящих в рекуператор;

t^’_д.г=1150-250=900С^о;

V_д.г=12 - объем дымовых газов, выходящих из печного пространства;

t^’_в=20С^о - начальная температура воздуха;

t^’’_в=400C^о - конечная температура воздуха.

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

q _в =V_в^р·(t´´ - t´) ·C_в (ккал/час),

где V_в^р=1,1·V_в·B_m (1,1 - коэффициент, учитывающий потери воздуха на утечки);

C_в- теплоемкость при конечной температуре

V_в^р = 1,1·11·142,2=1720,62 (м³/ч)

q _в = 1729,62·(400-20)·0,318 = 207919,7 (ккал /ч)

2. Расчет среднелогарифмической разности температур

 С^о

Для противотока:

τ _нач = t_д´ - t_в´´

τ _кон = t_д´´ - t_в´

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;

τ _нач = 900 - 400 = 500 C 

τ _кон = 368- 20 = 348 C

. 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

Список литературы

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

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