Печь с шагающим подом

 

12) Действительная температура t_дейст ,⁰С продуктов горения определяется по формуле:

 

,                                  (16)

 

где ŋ - опытный пирометрический коэффициент (0,62-0,82)

 

⁰С                      

 

 

2.2 Расчет времени нагрева заготовок

 

Нагрев металла - это процесс или предшествующий обработке его давлением или входящий как основная часть в процесс термической обработки металла. От качества нагрева зависит и качество конечной продукции и условия работы кузнечного оборудования. При нагреве металла предъявляются определенные требования к скорости изменения температуры нагреваемых заготовок.

Чрезмерно высокая  скорость нагрева может вызвать  внутреннее напряжения, которые приведут к образованию трещин. Температурой нагрева метла называют конечную температуру, при которой металл выдается из печи; эта температура определяется упругими и прочностными свойствами металла.

С точки зрения производительности печи температурный режим нагрева

металла должен всегда обеспечивать максимально возможную скорость нагрева, а снижение скорости нагрева следует производить в случае нагрева металлов, склонных к образованию трещин.

Продолжительность нагрева металла зависит от ряда факторов, которые могут быть разделены в основном на две группы: определяющие внешний теплообмен, т.е. теплоотдачу от газовой среды и кладки печи к поверхности металла; определяющие внутренний теплообмен, т.е. теплоотдачу от поверхности металла внутрь его: теплопроводность, теплоемкость, плотность нагреваемого металла и его толщина. При Bi<0,25 нагреваемый металл относится к тонким телам и характеризуется отсутствием перепада температуры по сечению. При Bi>0,5 нагреваемый металл относится к массивным телам. [3, с. 121].

Определим некоторые значения, которые будут использованы в расчетах:

 удельную теплоемкость с, ккал/кг·град по таблице 9 [5, с.92] с=0,1678; теплопроводность материала λ, ккал/м·час·град по таблице 7 [5, с.76] λ=23,6; коэффициент теплоотдачи α, Вт/м²·⁰С по рисунку 30 [5, c.83] α=120 (ккал/м²·час· град).

 Критерий Bi, м²/час определяется по формуле:

 

 

                                 (17)

 

где α - суммарный коэффициент теплоотдачи, Вт/м²·⁰С;

    s - радиус цилиндра, м;

    λ - теплопроводность материала, ккал/м·час·град;

 

 

Определим относительную  температуру или температурный  критерий Q, по формуле:

 

,                              (18)

 

где t_п- температура печи, ⁰С

     t- температура какой-либо точки тела, ⁰С

    t_нач- начальная температура тела, ⁰С

 

По графику  рис 37 [5, с.103] находим, что при Q=0,098 и Bi=0,1017 критерий Фурье Fo=14. Определим значение коэффициента теплопроводности а, ккал/м·час·град, по формуле:

 

,                                   (19)

 

где с - теплоемкость тела, ккал/кг·град;

    ρ - плотность металла, 7860 кг/м³;

 

 

 
       Определим время t, мин по формуле:

 

,                                    (20)

 

 

2.3 Определение основных размеров печи

 

Для обеспечения  заданной производительности в печи должно постоянно находиться следующие количество металла.

Определим количество металла G, кг/ч проходящего через печь в течении часа по формуле:

 

,                                    (21)

 

где П - производительность печи, кг/ч;

    t - время нагрева заготовки, ч;

 

 

Определяем  массу т, кг одной заготовки по формуле:

 

m=V·ρ,                                 (22)

где ρ - плотность заготовки, 7860 кг/м³

    V - объем заготовки, определяем по формуле:

 

,                              (23)

 

где d - диаметр заготовки, м;

    l - длина заготовки, м.

 

 

m=0,00314·7860=24,68кг

 

Количество  заготовок в печи n, шт. определяется по формуле:

 

                                       ,                                (24)

 

 

Обычно при n>200 (шт.) делают двух рядную печь.

 

 Рисунок 2 - Расположения заготовок в два ряда в печи.

 

При двухрядном расположении заготовок длина печи l, м определяется по формуле:

,                                   (25)

 

 где a - диаметр заготовки, м;

     n - количество заготовок, м.

 

 

Ширина печи В, м определяется по формуле:

В=2·l+2·0,25,                                (26)

В=2·2,5+2·0,25=5,5

 

Определим площадь  активного пода F_а , м² по формуле:

,                                   (27)

где l - длина печи, м;

    l’ - длина заготовки, м

 

 

Определим площадь габаритного пода F_Г , м² по формуле:

 

,                                   (28)

 

где l - длина печи, м;

    b - ширина печи, м;

 

2.4 Подбор строительных элементов  и материалов

 

Фундамент. Большинство промышленных печей возводится на специально сооружаемом фундаменте, назначение которого – равномерное распределение давления от печи на грунт. Размеры подошвы фундамента определяются допустимым давлением на грунт, которое колеблется в пределах 15-60 кН/м². Для большинства промышленных печей давление на грунт не превышает 10 кН/м², в связи с чем размеры фундамента под них часто проектируют исходя из конструктивных соображений.

Фундаменты  под печи и связанные с ними механизмы, а также борова, трубы  и т.д. проектируют не связанными между собой во избежание перекосов из-за различной массы указанных элементов.

Чтобы избежать проникновения грунтовых вод  в теплообменники, регенераторы или борова, необходимо предусматривать водонепроницаемый кессон или устраивать общий дренаж площади, занимаемой печью и примыкающими к ней устройствами.

Геометрическая  форма фундамента может быть разной, например, изображена на рисунке 3.

 

Рисунок 3 - Фундамент  печи.

 

Фундамент состоит  из: анкереных болтов 1; опоры 2; консоли 3; подошвы 4; бетонной подушки (бутовой кладки) и изоляционного слоя. Изоляционный слой обязателен в тех случаях, когда бетонная подушка может нагреваться до 500-600 ⁰К, так как при более высоких температурах бетон теряет свою прочность. Поверх фундамента выкладывается выстилка, служащая основанием для дальнейшей кладки печи. Небольшие печи машиностроительных заводов часто строят без фундамента, непосредственно на полу цеха. [3. с.190]

Каркас  печи возводят на фундаменте. Назначение каркаса - воспринимать усилия, возникающие от массы металла или другого материала, находящегося в печи, футеровки печи и других элементов, которые крепятся на каркасе. Каркас печи может быть стационарным ( например, у вагранки) и нестационарным (индукционный миксер барабанного типа). Конструкция каркаса зависит от типа печи. При применении жесткого каркаса в кладке печи оставляют температурные швы для компенсации температурного расширения кладки. Жесткий каркас заставляет кладку расширяться в сторону температурного шва. Подвижные каркасы, имеющие не жесткие, а регулируемые болтовые связи, практически не применяют на печах литейного производства.

 
       Под печи выкладывают чаще всего на стальные листы, опирающиеся на балки или прямо на фундамент. Зазор между подом и фундаментом, образуемый с помощью подподовых балок, оставляют для того, чтобы обеспечить циркуляцию воздуха во избежание перегрева низа пода и верха фундамента. Под всегда делают многослойным. Нижние слои, называемые выстилкой, выкладывают из теплоизоляционного кирпича и низких сортов огнеупорного кирпича, а верхние слои – из огнеупорного. При кладке пода обеспечивают тщательную перевязку швов. Ряды кирпичей кладут вперемешку – то на плашку, то на ребро; самый верхний ряд кладут всегда на ребро. Такая кладка лучше противостоит механическим воздействиям, испытываемым поверхностью пода..

Стены печи выкладывают из кирпичей на плашку. Стены делают многослойными; внутренний слой – огнеупорный, а наружный - теплоизоляционный. Промежуточные слои состоят из легковесного огнеупора или огнеупорного кирпича низких сортов. В стенах печей имеются отверстия: рабочие и смотровые окна, отверстия для горелок и форсунок и т.д. Эти отверстия не должны ослаблять кладку. Для этого вокруг отверстия изоляционный кирпич не выкладывают, а напускают до кожуха огнеупорный кирпич. Окна перекрывают арками или специальными плитами. С наружной стороны рабочие окна армируют рамами. Стены нагревательных печей делают вертикальными, а плавильных – наклонными к наружной стороне с целью увеличения их стойкости. При кладке стен печей, так же как и при кладке пода, вертикальные швы перевязывают.

Своды печей выполняют в виде арок и плоских перекрытий. Плоские своды делают подвесными. Своды широких печей делают плоскоподвесными. Арочные своды набирают из прямых и клиновых кирпичей, а плоские – из специальных кирпичей, которые можно подвешивать. Арочные своды опираются на пятовый кирпич, уложенный на подпятовую балку, воспринимающую распорное усилие и передающую это усилие на каркас. На некоторых печах устанавливают съемные своды; такие своды опираются на металлическую раму. Своды высокотемпературных печей кладут насухо, и после окончания кладки швы уплотняют, подсыпая порошок, изготовленный из сводового материала.

Температурные швы предусматривают для компенсации  расширения кладки

 
при нагреве. При проектировании футеровки  печей для различного материала  кладки на 1 м кладки в зависимости  от свойств огнеупорных материалов принимают следующие толщины температурных швов (мм): шамотный 5-6, динасовый 12-16, магнезитохромитовый и хромомагнезитовый 14-18 и т.д. При многослойной футеровке температурные швы располагают вразбежку по толщине кладки. По высоте стены температурные швы могут быть непрерывные и в разбежку.

Футеровка любой печи должна быть прочной, плотной и долговечной. Эти качества футеровки определяются двумя решающими факторами: правильным подбором материалов и хорошим качеством выполнения работ.

При выполнении простой кирпичной или фасонной  кладки требуется тщательное выполнение работ, перевязка швов и соответствующая толщина швов между кирпичами или фасонными изделиями. В зависимости от толщины швов кладку подразделяют на несколько категорий. Особо тщательно выкладывают ванны плавильных печей с толщиной шва 1мм. При необходимости кирпич предварительно подгоняют. Однако тесаной поверхностью кирпич нельзя класть в сторону рабочего пространства печи.

В большинстве  случаев кирпичи укладывают на плашку, но в подах и сводах часто кладут на ребро и на торец. Температурные швы между кирпичами, как правило, перевязывают. Перевязку температурных швов осуществляют, смещая кирпичи последующего ряда на ½,¼ и ¾ кирпича. Огнеупорный слой с изоляционным слоем обычно не перевязывают. Как правило, для крепления изоляционного слоя делают напуски огнеупорного кирпича через 4-8 рядов. Футеровка печи состоит из пода, стен и свода. [2, c.122-126]

 

2.5 Составление теплового баланса

 

Тепловой баланс печей является важной характеристикой  их тепловой работы. Тепловой баланс является выражением закона сохранения энергии применительно к промышленной печи.

 

 
       С помощью теплового баланса печи определяют расход топлива или электроэнергии за единицу времени. Для печей непрерывного действия определяю часовой расход топлива или электроэнергии, а для печей периодического действия - период работы печи. Большинство печей литейного производства – непрерывного действия, поэтому рассмотрим методику составления теплового баланса для этих печей.

Тепловой баланс  состоит  из двух количественно одинаковых частей: прихода и расхода.

Определим расход топлива  и составим тепловой баланс камерной печи непрерывного действия.

Статьи приходной  части теплового баланса за 1 час.

Определим химическую теплоту сгорания топлива  , кДж/ч по формуле:

 

,                              (29)

 

где - низшая теплота сгорания топлива, кДж/м³;

    В - расход топлива (искомая величина), м³/ч;

 

 

Определим физическую теплоту подогретого воздуха Q_ф.в. , кДж/ч по формуле:

 

,                            (30)

 

где С_в  - средняя удельная теплоемкость воздуха в интервале температур от 0 до t_в , С_в = 1300 кДж/(м3·⁰С);

    - температура подогретого воздуха, в интервале температур от 25 до 120⁰С принимаю =100⁰С;

    L_n - количество избытка воздуха, м³/м³;

 

 

Определим физическую теплоту подогретого топлива Q_ф.т. , кДж/ч по формуле:

 

,                              (31)

 

где С_т - удельная теплоемкость топлива, в интервале температур от 0 до t_т , кДж/м³·⁰С;

    - температура подогретого топлива, ⁰С.

 

 

Определим теплоту  выделяемую при окислении металла Q_экз , кДж/ч по формуле:

 

,                             (32)

 

где G_м-количество металла включая тару проходящая через печь в течении часа

    δ - угар металла (для нагревательных печей 2%, для термических 1%)

 

 

Определим сумма  прихода тепловой энергии ∑_прих , по формуле:

 

,                       (33)

 

 

Статьи расходной  части теплового баланса за 1 час.