Печь с шагающим подом

Содержание                                  с.

 

1 Общая часть                                                               2

1.1 Введение                                                         .    . 2

1.2 Описание конструкции  и принцип работы печи                       . 3

2 Расчетная часть                                                     .   6

2.1 Расчет горения топлива                                  .         . 6

2.2 Расчет времени нагрева  заготовок                              .     12

2.3 Определение  основных размеров печи                               .  14

2.4 Подбор строительных  элементов и материалов                  .   16

2.5 Составление  теплового баланса .                              .      19

2.6 Расчет высоты  дымовой трубы                                 .    .   25

2.7 Подбор и расчет  топливосжигающего устройства        .        .  .  32

2.8 Расчет и подбор  вентилятора                                 .  ..   36

2.9 Техника безопасности                                         .   . .  39

3 Заключение                                                       . .  .   41

Перечень используемой литературы          .                   .    .                                                           
        1 Общая часть

1.1 Введение

 

Печь может  быть определена как устройство, в  котором происходит образование тепла из какого-либо вида энергии и передача его нагреваемому материалу. Нагрев материала преследует различные технологические цели: плавление, термическую обработку, нагрев перед обработкой давлением, сушку и т.д., но во всех случаях главными процессами, определяющие конструкцию и работу печей различного технологического назначения, являются: превращение энергии в тепло и передача тепла материалу.

Разнообразие  промышленных печей, используемых в литейном производстве, вызывает необходимость подразделения их на основные группы. в основу классификации должен быть положен процесс или признак, наиболее существенно определяющий работу и конструкцию печи.

Профессором М. А. Глинковым сформулированы основные положения общей теории тепловой работы печей, в соответствии с которой все печи разделяются на две основные группы: печи-теплогенераторы и печи-теплообменники.

В печах-теплогенераторах выделение тепла происходит в  самом нагреваемом или расплавляемом материале за счет протекающих в нем экзотермических химических реакций или за счет подвода к нему электрической энергии. к ним относятся конвертеры, индукционные печи и те печи сопротивления, в которых тепло выделяется в самом изделии при протекании по нему электрического тока. Внешний теплообмен, т.е. теплообмен с окружающей средой, не играет в этих печах существенной роли.

В печах-теплообменниках  тепло, выделяющееся в печи, передается обрабатываемому материалу. В зависимости от способа передачи тепла режимы работы печей-теплообменников разделяются и рассматриваются по признаку теплообмена в рабочем пространстве. Теплообмен является главным процессом, общим для всей этой группы печей и определяющим их производительность. [3, с. 195]

Во всех этих печах протекают процессы превращения, какого либо вида  
энергии в тепловую и затем передача этой теплоты к расплавляемому, нагреваемому или сушимому материалу.

По способу  генерации теплоты все печи подразделяются на топливные, где теплота выделяется за счет горения топлива, и электрические, где электроэнергия преобразуется в теплоту электрической дугой, нагревательными элементами сопротивления или индукцией.

Работа печей  характеризуется тепловой мощностью, тепловой нагрузкой, температурным и тепловым режимами.

Тепловая мощность выражается в кВт; это наибольшее количество теплоты, которое можно подать в печь. Тепловая нагрузка - это количество теплоты, которое фактически подается в печь. Температурный режим - это изменение температуры печи во времени. Тепловой режим - это изменение тепловой нагрузки во времени.

По тепловому  режиму печи подразделяются на печи, работающие по камерному режиму, и печи, работающие по методическому режиму. В печах, работающих по камерному режиму, температура рабочего пространства остается постоянной на протяжении всего времени работы печи. В печах, работающих по методическому режиму, температура в печи изменяется по длине печи или во времени. [2, с.134]

Нагрев листового  и профильного металла под  штамповку, вытяжку или гибку удобно производить в механизированных печах с роликовым подом, с шагающими балками и в толкательных печах, а более легких листов – в конвейерных печах. [3, с.232]

 

1.2 Описание конструкции и принцип работы печи

 

Конструкция печи с шагающим подом представлена на рисунке 1. В поде печи различают неподвижную и подвижную части. Неподвижной является средняя балка 1. Когда подвижная пара балок 3 находится в опущенном состоянии, металл лежит на средней, неподвижной балке 1 и керамических бортиках 2.

 
       Последовательность перемещения металла в печи данной конструкции следующая: металл приподнимается шагающими балками 3, балки совершают движение вперед и затем опускаются, положив металл на балку 1 и бортики 2. За один поворот кривошипа балки поднимают и передвигают нагреваемые изделия вперед на 200мм, а сами возвращаются в исходное положение. Подобное движение (вверх - вперед - вниз - назад и снова вверх) шагающие балки совершают непрерывно, в результате чего металл передвигается от окна загрузки к окну выдачи. У окна выдачи лист подхватывается конвейером и выдается из печи.

 

Температура в печах с шагающим подом одинакова  по длине рабочего пространства. Обычно она составляет около 1000-1050⁰С. Металл нагревается до 900-950⁰С. Печи обычно отапливаются холодным газообразным топливом при помощи горелок 4, расположенных над листом или под ним. Горелки расположены равномерно по всей длине печи, дымовые газы удаляются из печи под зонт через рабочие окна и специальные, выполненные в своде каналы 5.

Печи с шагающим подом обеспечивают удельную производительность около 400-450кг/м²час, при удельном расходе тепла около 500ккал/кг.

Печам с шагающим подом присущи следующие недостатки: сложность механизмов перемещения металла, требующие тщательного ухода и частого ремонта, скорость движения, которых можно изменять в очень узких пределах.

Это не позволяет  полностью использовать возможное  увеличение производительности печи при изменении толщины нагреваемого металла; балки, 
балки, выполненные из жаропрочных сталей и работающие при довольно высоких температурах, часто коробятся и заклиниваются в пазах 6, предусмотренных для их перемещения; через пазы, для перемещения балок, в печь подсасывается значительное количество холодного воздуха из атмосферы, который приводит к излишнему расходу топлива и сильному окислению металла. Иногда неравномерность прогрева листа достигает 100-150⁰С, что совершенно недопустимо.

Окисление металла  можно несколько уменьшить путем  применения специальных покрывающих листов. Стопка листов, подвергаемых нормализации, кладется на бракованный лист и таким же листом накрывается.

В таком виде стопка проходит через печь и основному  окислению подвергаются покрывающие листы.

Вследствие  указанных недостатков печи с  шагающим подом, они не получили широкого распространения. Для нагрева листов более универсальными по сравнению с печами с шагающим подом, является толкательные печи с движением листов по роликам.[4, c.345]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 Расчетная часть

2.1 Расчет горения топлива

 

При расчете горения топлив определяют количество воздуха, необходимое для горения единицы данного топлива, количество и состав продуктов горения, температуру горения.

Топливо - это  горючие вещества, при горении  которых выделяется теплота, используемая для промышленных или бытовых нужд.

К веществу, используемому  в качестве топлива, предъявляются  следующие основные требования: его природные запасы должны быть достаточно велики; его добыча или получение должно быть экономически выгодной; оно должно содержать минимальное количество инертных примесей и выдерживать длительное хранение без существенного изменения свойств. [3, с.7]

Различные виды топлив классифицируют по нескольким важнейшим признакам, а именно: по агрегатному состоянию, происхождению и отношению к нагреву.

По агрегатному состоянию виды топлив разделяют на твердое, жидкое и газообразное. По происхождению - на естественные и искусственные. По отношению к нагреву все виды топлив подразделяются на теплостойкие и теплонестойкие. Топливо характеризуется химическим составом, теплотой сгорания, температурой горения и поведением при нагреве. [2, с.6]  

Расчет горения  топлива начинают с определения  теплоты сгорания топлива Q_н^р, кДж/м³ по формуле Менделеева:

               

Q_н^р=126СО+108Н₂+358СН₄+590С₂Н₄+234Н₂S,                 (1)

 

где СО, Н₂, СН₄, С₂Н₄, Н₂S -содержание их в сухом газообразном топливе, %;

 

 

Составим таблицу  расчета горения топлива (таблица 1).

 

 
    Коэффициент расхода топлива, n, определяется по формуле:

 

                                     ,                                 (2)

 

где - теплота сгорания топлива, кДж/м³;

    V₀ - суммарное количество продуктов горения (из таблицы 1), м³;

    l_min - 1460;

    l₀ - суммарное количество воздуха, м³;

 

 

Рассчитаем материальный баланс.

Поступило:

СН₄ = 16·92,9=1486,4 кг

С₂Н₆ = 30·6 = 180 кг

С₃Н₈ = 44·0,5 = 22 кг

С₅Н₁₂ = 72·0,5 = 36 кг

СО₂ = 44·01 = 4,4 кг

N₂ = 28·0,1 = 2,8 кг

О₂ = 32·245,1 = 7843,2 кг

N₂ = 28·922,09 = 25818,52 кг

 

Найдем суммарное  значение всех поступивших элементов:

 

                 ∑_прих = 1486,4+180+22+36+4,4+2,8+7843,2+25818,52 = 35393,32        (3)

 

Получено:

                             

СО₂ = 44 · 108,5 = 4774 кг

Н₂О = 18 · 208,8 = 3758,4 кг

N₂  = 28 · 922,19 = 25821,32 кг

О₂  = 32 · 33,8 = 1081,6 кг

 
     Найдем суммарное значение всех полученных продуктов горения:

 

                                ∑_расх = 4774+3758,4+25821,32+1081,6 = 35467                (4)

 

Правильность  расчета горения газообразного топлива проверим составлением материального баланса. Материальный баланс составляют на основании закона сохранения массы, по формуле:

 

                                                           (5)

 

Определим погрешность δ, % выполненных расчетов (допускается погрешность в расчетах до 0,5%), по формуле:

 

                          _{,                   (6)}

 

 

Определим плотность  продуктов горения , кг/м³ по формуле: 

 

                                                           ,                              (7)

 

где Vn - суммарное количество продуктов горения с учетом коэффициента расхода топлива, м³;

 

 

Определим количество воздуха Ln, м³/м³ необходимого для сжигания 1м³ газа по формуле:

 

                                      ,                                (8)

 

 

 

Объем полученных продуктов горения Vn, м³/м³ при сжигании 1м³ газа, определяется по формуле:

 

                                       ,                                  (9)

 

 

Действительное теплосодержание lg, кДж/м³ 1м³ продуктов горения, определяется по формуле:

                                     

,                                 (10)

 

 

По значению, полученного теплосодержания lg и приложению 1 [3, c.345] примерно определим соответствующую ему теоретическую температуру:

t₁ = 1600 ⁰C. Найдем значение t₂ по формуле:

 

                                      t₂= t₁ + 100,                                (11)

 

t₂=1600+100=1700⁰C

 

Теплосодержание lg₁ , кДж/м³ продуктов горения при температурах t₁ и t₂ определяется по формуле: при t₁         

 

                     ,              (12)

где К - процентное содержание продукта горения, %

    - удельная теплоемкость данного газа при t₁ , кДж/м³* ⁰С.

 

 

Теплосодержание lg₂ , кДж/м³ продуктов горения при температурах t₁ и t₂ определяется по формуле: при t₂                 

 

                    ,               (13)

 

где - удельная теплоемкость данного газа при t₂ , кДж/м³* ⁰С.

 

10) Проводим  проверку расчетов по формуле:

 

                                  lg₁< lg< lg₂ ,                                   (14)

 

2568,14<2612,584<2746,07

 

11) Конечная температура t_k , ⁰C продуктов горения определяется по формуле:

 

                                ,                          (15)

 

⁰С