Использование нагревательных печей в кузнечных цехах для нагрева под пластическую деформацию и термическую обработку. Требования к нагревательным печам. Обоснование выбора агрегата. Расчет горения топлива и теплового баланса. Удельный расход тепла.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение Высшего профессионального образования

Уральский Федеральный Университет

имени первого президента России Б.Н. Ельцина

Кафедра теплофизики и информатики в металлургии

Курсовой проект

По дисциплине "Теплотехника"

на тему: "Нагревательная печь с выкатным подом и ГНП горелками"

Студент группы

Преподаватель: профессор Дружинин Г.М.

Екатеринбург 2010

Оглавление

• 1. Введение
• 2. Состояние вопроса и обоснование выбора агрегата
• 3. Расчет горения топлива
• Пересчет состава газа на рабочую (влажную) массу
• Расчет количества кислорода и воздуха для сгорания 1м³ газа
• Расчет объема и состава продуктов сгорания при сжигании 1м³ газа
• Расчет теплоты сгорания природного газа
• Расчеты температур горения
• 4. Расчет теплового баланса
• Расчет теплообмена в рабочем пространстве печи в период нагрева
• Расчет нагрева металла
• Расчет теплообмена в рабочем пространстве печи в период охлаждения
• Расчет охлаждения металла
• Статьи теплового баланса периода нагрева
• Тепловой баланс периода нагрева
• Статьи теплового баланса периода выдержки
• Тепловой баланс периода выдержки
• Удельный расход тепла, топлива, газа, расчет рабочего пространства печи и количества горелок
• 5. Заключение
• 6. Список литературы

1. Введение

Нагревательные печи в кузнечных цехах используют для нагрева под пластическую деформацию и под термическую обработку. Нагревательные печи для нагрева заготовок, слитков или блюмсов из черных и цветных металлов под ковку, прессование, штамповку, высадку, гибка и печи для термической обработки деталей, улучшающей их свойства, работают при 150-1300 С. Требования, к нагревательным современным печам:

1) обеспечение необходимой температуры и заданного режима нагрева;

2) высокая тепловая экономичность с полным сжиганием топлива и максимальным к. п. д.;

3) простота конструкции и минимальные габаритные размеры, обеспечивающие нагрев большого ассортимента изделий при различных режимах и с высокой производительностью;

4) механизация и автоматизация загрузки и выгрузки изделий, а также их продвижение в печи, что увеличивает её производительность, облегчает обслуживание и позволяет устанавливать в общем производственном потоке цеха или в поточных автоматических линиях;

5) автоматическое регулирование теплового режима, обеспечивающее более точное соблюдение заданного режима по сравнению с ручным регулированием; В результате этого повышается качество нагреваемых изделий;

6) удобство обслуживания при эксплуатациях и ремонтах;

7) возможность применения защитной контролируемой атмосферы для получения без окислительного нагрева метала.

Всем этим требованиям в первую очередь удовлетворяют электрические и газовые печи, работающие на природном газе и получающие преимущественное применение в кузнечно-термических печах. При нагреве стали под пластическую деформацию температура печи должна быть не ниже 1250 С. В кузнечных печах эту температуру наиболее просто достигнуть при использовании высоко калорийного топлива с высокой теоретической температурой горения. Для получения рабочей температуры 1200-1250 С теоретическая температура горения топлива должна быть для камерных и щелевых печей не ниже 1850 С, для методических толкательных - не ниже 1700С, Такие температуры можно получить и при сжигании низкокалорийного топлива, используя для горения подогретый воздух. В печах с интенсивной циркуляцией газов изделия нагреваются равномерно. Более высокие требования по равномерности нагрева предъявляют к печам для нагрева изделий и заготовок из лёгких сплавов и к термическим печам. В этих случаях максимальная разность температур в различных точках изделия не должна превышать 10С. Перепад температур определяют термопарами, помещёнными в нескольких точках нагреваемого изделия. Чем совершеннее конструкция печи, тем меньше перепад.

2. Состояние вопроса и обоснование выбора агрегата

Печь с выкатным подом, промышленная печь, в которой штабелированные изделия нагревают на футерованной тележке, выкатываемой из печи на роликах или скатах по рельсовому или желобчатому пути. Изделия укладывают на тележку (выкатной под) и снимают с неё краном. Для уменьшения подсоса воздуха в печь через зазоры между выкатным подом и стенками служит песочный или водяной затвор. По режиму работы печь с выкатным подом. относится к камерным печам периодического действия. Размеры печи с выкатным подом: ширина 0,12 м, длина 1,85 м. Печи отапливают газовым или жидким топливом с помощью горелок или форсунок, установленных в продольных стенках в 1-2 ряда по высоте печи. Рабочая температура печи с выкатным подом 500-1150°С. В таких печах изделия нагревают в процессе термообработки, перед ковкой и прокаткой. Камерные печи применяют как для нагрева, так и для термической обработки слитков, слябов, труб, готовых изделий большой массы и сложной конфигурации. Обычно печи имеют большую садку, изделия в них загружают в пакетах или стопами. Чаще всего в них нагревают металл, поступающий небольшими партиями, отличающимися по размерам и режимам нагрева или термообработки. Достоинством камерных печей является их универсальность, т.е. возможность загружать в них каждый раз различные изделия, в том числе и неудобные для транспортирования в непрерывных печах, и варьировать режимы нагрева или термообработки в широких пределах. Камерные печи чаще всего устанавливают группами, однако возможно использование единичных отдельно стоящих печей. В нагревательной камере этих печей горелки практически могут быть размещены на трех стенах: двух боковых и задней (стена, в которой устроено рабочее окно, считается передней). Иногда и заднюю стенку используют для устройства рабочего окна, однако и при отсутствии окна устанавливать здесь горелки нецелесообразно, поскольку ими обогревался бы только один конец садки, а другой, расположенный со стороны рабочего окна, оставался бы без обогрева. Примеры конструкции этих печей можно найти в атласе.

Увеличение ширины горизонтальной печи возможно лишь в пределах дальнобойности горящих газовых струй, вводимых через горелки под садку и над нею. При недостаточной длине этих струй следует устанавливать горелки одна против другой, что позволяет увеличить ширину печи до двух длин факела.

Общая высота камеры ограничивается в связи с тем, что садка, состоящая из многих изделий, не может иметь высоту более 1,5-2 м, так как при этом начинает отставать нагрев изделий, находящихся на среднем уровне. Поэтому при указанных условиях расстояние от пода до свода, по данным практики, не должно превышать Н_?= 3 м.

3. Расчет горения топлива

Расчеты проводятся, руководствуясь учебным пособием "Расчеты горения топлив" под редакцией М.Д. Казяева

Исходные данные:

СН₄=93,8%

С₂Н₆=2,5%

С₃Н₈=1,8%

С₄Н₁₀=0.5%

N₂=0,4%

H₂S=0.5%

СО₂=0,5

Температура подогрева газа (топлива) t_г=t_T=20^оC

Температура подогрева воздуха 300 ^оC

Коэффициент избытка воздуха б=1,07

Химический недожог q₃=0.04%

Пересчет состава газа на рабочую (влажную) массу

Рассчитаем процентное содержание водяных паров в 1м³ природного газа при влагосодержании g^{с. г.} =5,0г/м³

, где

- процентное содержание водяных паров в 1м³ природного газа, %;

- влагосодержание, ; при t_г=20^оC

Пересчитываем состав газа на рабочую массу:

, где

- процентное содержание природного газа (на сухую массу), %

- процентное содержание природного газа (на влажную массу), %

- процентное содержание природного газа (на сухую массу), %

- процентное содержание природного газа...