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.
1. 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.