Участок термической обработки горячекатанного листа из стали 30ХГСА

                       460                                1200                              460

                                                  F_1.П,       F_{1, 2 П}     F_П,вн

                                         F_2.П                    F_нар

Рисунок 7 – Сечение пода печи

Для боковых стенок печи, в соответствии с рисунком 8:

Площадь внутренней поверхности:

F_ст..вн.,= 2·(Н·L + Н·В) = 2· (1,1· 1,8 + 1,1· 1,2)  = 2 · (1,98 + 1,32) = 6,6 м²

Площадь наружной поверхности:

F_ст.нар. =2· (2,12 · 2,09 + 2,12 · 2,09) = 20,23 м²

Площадь поверхности  между слоями стенок:

F_1,2ст=2·[(1,8+0,23·2)·(1,1+(0,69+0,3)·2/3)+(1+(0,69+0,3)·2/3)·(1,2+0,23·2)]=13,8 м²

Средняя площадь первого слоя стенок:

м²

Средняя площадь второго  слоя стенок:

м²

2.4 Расчет нагревателей

2.5 Описание дополнительного  и вспомогательного оборудования

150105.2011.023.00.ПЗ

Лист

37

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

                                                         F_1ст                     

F_{2 ст.}       

                                        t_1,2                 t_П

F_{1, 2 ст.}     

                                                              F_ст.вн.

                  t_нар

F_ст.нар.

                        230         230

Рисунок 8 – Сечение боковой стенки печи

Коэффициенты теплопроводности λ, огнеупорных теплоизоляционных материалов определяются по формуле:

                                                     ,                                                    (20)

где  а и в – постоянные, характеризующие материал;

       - средняя температура слоя, °C.

Средняя температура, соответственно, п-слоев, °C:

          ;    ;                         (21)

где  790°C – температура внутренней поверхности печи;

  - температура между отдельными слоями кладки печи, °C;

                - температура наружной поверхности кладки, °C. 

150105.2011.023.00.ПЗ

Лист

38

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

Для дальнейших расчетов принимаем:

для свода печи:   = 115 °C; = 80 °C; = 400 °C,  тогда:

°C;

°C;

°C.

Для стен принимаем:   = 55 °C; 

                                   = 350 °C,  тогда:

 °C;

 °C.

Коэффициенты теплопроводности (для данных условий) определяются:

Вт/м·К;

Вт/м·К;

Вт/м·К;

Вт/м·К;

Вт/м·К.

Потери тепла вследствие теплопроводности кладки:

Вт;

 Вт;

Вт

Производим проверку по формулам:

 °C;

°C

°C

°C

°C

150105.2011.023.00.ПЗ

Лист

39

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

Так как расхождение  между полученными в результате расчета и принятыми значениями температур кладки печи не превышают 5°C, расчет произведен правильно.

Суммарные потери вследствие теплопроводности кладки:

Вт = 22,2 кВт

в)  Потери тепла вследствие тепловых коротких замыканий:

Величину потерь на тепловые короткие замыкания принимаем равной 50% потерь тепла через кладку:

 кВт

г) Тепло, уносимое водой

Потери тепла с охлаждающей  водой могут быть определены по формуле:

                                                                          (22)

где – часовой расход воды, кг/ч;

  – теплоемкость воды, кДж/кг.К;

     - температура воды на выходе из охлаждаемых устройств (45…50⁰С); 

     - температура воды на входе в охлаждаемые устройства (15…25⁰С);

кВт

150105.2011.023.00.ПЗ

Лист

40

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

Таблица 9 – Тепловой баланс рабочего пространства печи

Коэффициент полезного действия:

                               = 41,6/100 х 100 = 42%,                  (23)

2.6  Расчет нагревателей

Исходные данные:

Установленная мощность печи =150 кВт

Потребляемая мощность = 100 кВт

Линейное напряжение питающей сети  = 380 В

Число фаз питающей сети – 3

Температура нагрева  металла  = 740°C.

В высокотемпературных  электрических печах сопротивления с контролируемой атмосферой тепло от нагревателей передается излучением стенке муфеля, отделяющего садку от нагревателей.

Расчет производится в два этапа.

150105.2011.023.00.ПЗ

Лист

41

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

2.6.1  Первый этап – рассматривается система «нагреваемая садка – муфель», где садка – тепловоспринимающая поверхность, а муфель – теплоизлучающая, муфель рассматривается как идеальный цилиндрический нагреватель.

Реальная поверхностная  нагрузка нагревателя W_р:

                                                               ,                                                     (24)

где = 100 кВт – потребляемая мощность;

      - реальная поверхность нагревателя;

                                                              ,                                              (25)

где  d = 1,0 м – диаметр муфеля;

        h = 10 м – высота муфеля.

 м²

 Вт/см²      

 Допустимая поверхностная нагрузка:

                                           ,                                                        (26)

где - удельная поверхностная нагрузка идеального нагревателя;

      - поправочные коэффициенты.

                       , Вт, см²                                    (27)

где  Т_н = 740+100=840^оС – температура нагревателя (муфеля);

        Т_м = 74^оС – температура садки.

        С_пр = 3,7 Вт/(м²·К⁴)

150105.2011.023.00.ПЗ

Лист

42

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

Вт/см²                             

α_эф – коэффициент эффективности излучения при минимальном допустимом относительным межвитковом расстоянии t/d;

α_г – коэффициент шага, зависящий от относительных межвитковых расстояний.

α_эф = α_г =1  (стр. 116 [7])

α_с = С_пр/3,3 = 3,7/3,3 = 1,12

α_р – коэффициент соотношения тепловоспринимающей поверхности садки металла и теплоизлучающей поверхностей стенок рабочей камеры печи, зависит от соотношения F_М/F_ст

ε_М = 0,8,  F_М/F_ст < 0,8 ,   α_р =1

α_рол – коэффициент, учитывающий затенение подовых нагревателей роликами в рольгатовых печах; для других печей  α_рол = 1.

α_Σ = 1·1·1·1·1,12 = 1,12

 Вт/см²

Вычисляем погрешность:

                                                                                                     (28)

%

< - условие выполняется, проверяем температуру нагревателя:

                             , ⁰С                                 (29)

⁰С

150105.2011.023.00.ПЗ

Лист

43

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

Действительная температура  нагревателя меньше максимально  допустимой рабочей температуры  для нагревателя из нихрома марки  Х20Н80-Н с максимальной рабочей  температурой 1200⁰С.

2.6.2  На втором этапе  проводим расчет по методике 3.2.1  [7], приняв за тепловоспринимающую  поверхность муфель.

Максимальная рабочая  температура нагревательных элементов:

 ^оС    [7]

 ^оС

Исходя из принятой температуры нагревателя выбираем материал Х20Н80-Н с температурой эксплуатации до 1200^оС [7].

По приложению 2 [7] определяем удельное электросопротивление материала  при заданной температуре:

ρ_t=1,13 мкОм·м

t_пл= 1400 ^оС

γ₂₀ = 8400 кг/м³

Удельная поверхностная нагрузка идеального нагревателя, формула (27):

 Вт/см²

При ε_Н = ε_М = 0,8 и F_М/F_ст 0,8 принимаем С_пр = 3,9 Вт/(м²·К⁴) [7].

Реально допустимая удельная поверхностная нагрузка, формула (26):

Вт/см²

Поправочные коэффициенты:

α_эф = 0,32 – при расположении нагревателей на полочках или на керамических трубках, при t/d = 2,00 [7].

α_г =1,86 – по рекомендациям данным на стр. 100 [7] принимаем t/d = 4,8. По таблице 3.2 (стр. 102 [7]) выбираем α_г.

α_с = С_пр/3,3 = 3,9/3,3 = 1,18

;

150105.2011.023.00.ПЗ

Лист

44

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

;  0,3<0,43<0,8 [7]

α_рол =1 [7]

Принимаем напряжение питающей сети U=380 В. Исходя из условия исходных данных, что установленная мощность печи N_Σ = 150 кВт и рекомендаций, принимаем число нагревателей в печи n = 9. Тогда мощность одного нагревателя:

                                                  , кВт                                                    (30)

кВт                    

Расчет конструктивных и электрических параметров нагревателя:

                            , мм – диаметр проволоки;                         (31)

  (мм)

Полученное значение округляем до ближайшего значения по ГОСТ 12766.4-77 [7] мм.

                              , м – длина проволоки                              (32)

м

Предварительная проверка расчета нагревателя:

Действительная (реальная) поверхностная нагрузка нагревателя, формула (24)

 Вт/см²

см²

Погрешность, по формуле (28):

%

150105.2011.023.00.ПЗ

Лист

45

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

<±5% - условие выполняется.

Проверка температуры  нагревателя, по формуле (29):

⁰С

Действительная температура нагревателя меньше максимально допустимой рабочей температуры для нагревателя из нихрома Х20Н80-Н с максимальной рабочей температурой до 1200^оС.

Проверка размещения нагревателей на стенках печной камеры:

Длина спирали в свернутом виде:

                                                 ,   (м)                                                        (33)

где  Д – диаметр спирали.

Для проволочной спирали  из нихрома, имеющей рабочую температуру 1000…1200^оС и расположенной на полочке, диаметр спирали принимается равным (5…9)d. Шаг между спиралями принимаем равным толщине огнеупорного кирпича   (23 мм). Конструктивно спирали располагаются на полочках из спецфасона, которые вставлены в ряды огнеупорной кладки.

м;

Проверка размещения нагревателя на поверхности стенок рабочей камеры печи.

Поверхность занимаемая одним нагревателем:

м²

м²

n = 9 шт.;

0,023 м – шаг расположения  спиралей, равный толщине огнеупорного кирпича;

10 – число секций  между нагревателями (n+1);

150105.2011.023.00.ПЗ

Лист

46

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

0,5 м = 2 · 0,25 м –  размер части внутренней поверхности  кладки между нагревателем и  подом, нагревателем и сводом.

Фактически необходимая  площадь поверхности стенок F_ф, м², для размещения нагревателей расчетной длины L_с. Определяется по формуле:

                                             F_ф = n · L_с · t_с , м                                                    (34)

где  n – число нагревателей в печи;

       L_с = 0,023 – шаг расположения спиралей;

F_ф = 9 · 38,5 · 0,023 = 7,97 м²

Относительная погрешность  расчета:

%

5% - полученная величина  погрешности выполняет условие:

Значит, что нагреватели  расчетной длины размещаются  на отведенной в печи площади поверхности  стенок с достаточной точностью. Поэтому полученные в результате расчета параметры нагревателей можно принять за окончательные.    

2.7  Описание дополнительного  и вспомогательного оборудования

Подъемно-транспортное оборудование:

- электромостовой кран  марки «VELKRAN» (Великолукский крановый завод) – 2 шт.

- листоукладчик металлургический: машина для укладки листов  в стопу и съема их из стопы. Грузоподъемность – 2 тонны.

- передаточная тележка.  Грузоподъемность – 2,5 тонны.

КИП:

- электронный потенциометр  ПП63 (ПП-63) – потенциометр постоянного  тока.

150105.2011.023.00.ПЗ

Лист

47

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

Технические характеристики:

Класс точности – 0,05;

Предел измерений –  от 0 до 111,1

- термопара типа ТХА  (хромельалюмель).

Сплав: хромель (90,5% Ni + 9,5% Gr)

           алюмель (94,5% Ni + 5,5% Al, Si, Mn, Co)

Диапазон температур: -200 до +1200⁰С

Количество – 3 шт.

150105.2011.023.00.ПЗ

Лист

48

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

3  АВТОМАТИЗАЦИЯ ТЕПЛОВОГО РЕЖИМА  ТЕРМИЧЕСКОЙ ПЕЧИ

Контроль и регулирование температуры  в электрической печи сопротивления  осуществляется по схеме, изображенной на рисунке 9.

Рисунок 9 – Схема двухпозиционного регулирования температуры печи

При двухпозиционном регулировании  в качестве регулирующего органа используется контактор, который периодически подключает печь к источнику питания. Датчиком преимущественно служит термопара, а регулирующим прибором – электронный автоматический потенциометр, имеющий приставку для позиционного регулирования.

Различают цель питания (рис. 9), куда входят рубильник (Р), плавкие предохранители (ПлПр) и контактор (К); цепь управления, в которую включены электронный потенциометр (ЭП), промежуточное реле (РП), обмотка контактора, универсальный переключатель (УП) и сигнальные лампочки.

150105.2011.023.00.ПЗ

Лист

49

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

Позиционное регулирующее устройство потенциометра управляет  работой контактора, причем промежуточное  реле играет роль усилителя мощности промежуточного сигнала.

Если температура печи ниже заданного значения, то контакт  «мин» замыкается. Сработает промежуточное реле, ток потечет по обмотке контактора, его контакты замкнутся и печь подключится к источнику питания. Когда температура печи в процессе нагрева превысит заданное значение, контакты «мин» разрываются, соответственно обеспечив обмотки промежуточного реле и контактора, размыкаются контакты последнего и печь отключается от источника питания. Контактор включает также сигнальные лампочки. Если  печь  подключена к источнику питания, горит красная лампочка (ЛКС), если отключена – зеленая (ЛЗС).

В схеме предусматривается ручное управление нагревом печи на случай выхода потенциометра из строя. Для этого используется универсальный переключатель. Если он поставлен в положении А, то в цепь управления включается потенциометр и регулирование температуры происходит автоматически. При перестановки универсального переключателя в положении Р цепь промежуточного реле замыкается, минуя потенциометр. При ручном управлении универсальный переключатель периодически переключает из положения Р в положение О.

150105.2011.023.00.ПЗ

Лист

50

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

4  ПЛАНИРОВКА ПРОЕКТИРУЕМОГО  УЧАСТКА

Участок термообработки пакетов листов из стали марки 30ХГСА расположен в пролете промышленного здания шириной 18 м, высотой 15,5 м. Площадь проектируемого участка 860 м². проезды и проходы составляют в среднем 30% от производственной площади.

На участке расположено  следующее оборудование:

-электропечь колпаковая  – 2 шт

-роликовая печь с  камерой охлаждения – 1 шт

-кран электромостовой – 1 шт

-листоукладчик металлургический

-передаточная тележка – 3 шт

Предусмотрено место  для складирования металла, пункт системного управления, а также комната мастера производственного участка.

        Оборудование на участке размещается в соответствии с направляющими грузопотока.

Между печами предусмотрен проход шириной 2 метра, расстояние от стен и колонн 2 – 3 м.

Оборудование установлено  так, чтобы к нему был открыт свободный  доступ для ремонта и обслуживания. Также предусмотрены проезды для транспортировки продукции, возможности монтажа и демонтажа оборудования на участке.

Листовой прокат поступает  на участок термической обработки  с отделения холодной прокатки с  помощью передаточной тележки. После  завершения процесса листовой полуфабрикат складируется, а затем транспортируется на склад готовой продукции.

150105.2011.023.00.ПЗ

Лист

51

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

5 ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ   

Экономический   эффект   данного   проекта   достигается  путем  замены основного оборудования: крупногабаритные печи заменены печами средних размеров.

5.1  Основные производственные  фонды  и  амортизационные  отчисления

Таблица 10  – Изменение  состава  и  стоимости   машин  и  оборудования

Изменение состава машин и оборудования, участвующих в технологическом процессе,  а   именно  их   замена связана с технологического процесса. Стоимость машин и оборудования  в  связи  с этим  уменьшилась  на 1,80 млн.  руб.

150105.2011.023.00.ПЗ

Лист

52

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата