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

2. Расчет горения топлива

3. Расчет времени нагрева

4. Выбор и определение основных размеров печи

5. Выбор материалов для сооружения печи

6. Составление и расчет теплового баланса печи

7. Выбор и расчет приборов сжигания топлива

8. Обоснование выбора типа рекуператора и его основные теплотехнические характеристики

9. Техническая характеристика печи Библиографический список

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+28 300·0.01+0,121 800 = 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)

Ю=0.65 t_д= Ю· 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 = 200 мм = 0,2 м (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 · ф, где

n = 8 шт/час ф = 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)·д+2·(100ч200) мм (при однорядном расположении заготовок)

B=10· 0,2+(10−1) · 0,1+2·0,15 = 3,2 м

L= l_з+ 2· (100ч200)мм

L=1,1+2· 0,15 = 1,4 м Где:

с — 10 (Количество одновременно нагреваемых заготовок)

d_з — 200мм=0,2 м (диаметр заготовки)

l_з — 1100мм=1,1 м (длина заготовки) д — 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 = 0,97 м Где:

t_п= t_м^к + 100 С= 1100+100=1200 С

5. Выбор материалов для сооружения печи

Стена трехслойная:

— 230 мм шамот

— 230 мм пеношамот

— 113 мм трепел Свод двухслойный:

— 230 мм динас

— 113 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

где

— теплота горения топлива

— теплота, вносимая с подогретым воздухом

— теплота экзотермических реакций

6.1 Расчет прихода теплоты

6.1.1 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

6.1.3 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.

6.2.1 Расход теплоты на нагрев металла

6.2.2 Потери тепла с уходящими дымовыми газами

(Средняя теплоёмкость дымовых газов)

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

6.2.3Потери 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

6.2.4 Потери теплоты через кладку печи

где

— потери тепла через стены печи

— потери тепла через свод печи

— потери тепла через под печи

; ;

;

;

;

;

;

6.2.5 Потери теплоты от неполноты горения

6.2.6 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

b=0,64 — коэффициент, учитывающий снижение производительности горелок при использовании подогрева воздуха

Исходя из производительности горелок: типоразмер горелки — ГНП-60

8. Обоснование выбора типа рекуператора и его основные теплотехнические параметры

Q_д = q_в=K· F·ф_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;

ф_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 (ф_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.

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

q _в =V_в^р· (tґґ - tґ) · 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 = 207 919,7 (ккал /ч)

2. Расчет среднелогарифмической разности температур

С^о

Для противотока:

ф _нач = t_дґ - t_вґґ

ф _кон = t_дґґ - t_вґ

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;

ф _нач = 900 — 400 = 500 C

ф _кон = 368- 20 = 348 C

3. 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

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

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