Расчет камерной печи со сводовым отоплением

Белорусский национальный технический 

университет

Механико-технологический  факультет

Кафедра «Металлургические  технологии» 

КУРСОВОЙ  ПРОЕКТ

по  дисциплине

«Металлургическая теплотехника» 

Тема: Расчет камерной печи со сводовым отоплением.

   

   Исполнитель: студент  группы 104136

   ______________________Рандюк  А.А.

   Руководитель проекта: доцент, к.т.н.

   ______________________Ратников  П.Э.

   Нормаконтроль:      

  ______________________ Кузин А.Ю. 
 
 

Минск 2009

Содержание

                   
 

                         стр.

Введение………………………………………………………………………………………….3

1.Теоретическая  часть…   ……………………………………………………………………....5

1.1 Нагревательные  печи предприятий черной металлургии ………………...…………....5

1.2Тепловаяработанагревательныхпечей…………………………………………...……………..9

1.3Тепловой и температурный типы печей………………………………………………….11

1.4 Способы отопления………………………………………………………………………....12

1.5Общая характеристика  тепловой работы нагревательных колодцев…………………….21

2. Расчёт горения топлива 25

3. Определение основных размеров печи 33

4. Расчет времени нагрева металла 34

5. Тепловой баланс печи 38

Список использованной литературы 46

 

 

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.

 

1 ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1.1 Нагревательные печи предприятий черной металлургии

Нагревательными печами обычно называют печи, в которых  осуществляется нагрев металла перед обработкой давлением (прокаткой, ковкой). Часто прокатку металла ведут последовательно на нескольких станах, что определяет состав парка печей. Производительность вновь строящихся прокатных станов непрерывно увеличивается. Поэтому основными чертами общей тенденции развития печей являются интенсификация нагрева металла (с соблюдением требований, предъявляемых к качеству нагрева) и стремление к максимально возможной механизации и автоматизации работы печей. Интенсификация нагрева позволяет увеличить производительность печного агрегата и обеспечить каждый прокатный стан необходимым числом печей. Однако использование таких печей пока ограничено, в основном, вследствие недостаточной стойкости роликов в высокотемпературных печах  при их значительной ширине. Поэтому весьма распространенными и перспективными являются печи с шагающим подом, которые с успехом применяют при нагреве заготовок длиной 12-14м. Современная печь — это автоматизированный  агрегат,  в котором  автоматически  поддерживается заданный тепловой режим, т. е. заданная температура, расход топлива,   соотношение топлива  и  воздуха, давление в печи.

В  настоящее  время  на  предприятиях черной металлургии применяют как разливку стали в изложницы, так и непрерывную разливку стали. В первом случае печное хозяйство включает в себя печи для нагрева слитков перед прокаткой на блюмингах и слябингах, во втором - подобные печи отсутствуют. Наиболее распространенным является нагрев прямоугольных заготовок, для чего применяют печи периодического (садочные) и  постоянного (проходные) действия.

В печах периодического действия металл загружается в полностью или  

частично остуженную печь и затем постепенно нагревается вместе с печью. Такой метод нагрева, когда температура печи изменяется во времени,

применяют при нагреве крупных слитков, которые надо греть медленно во избежание возникновения чрезмерного температурного перепада. В черной металлургии в периодическом режиме работают нагревательные колодцы — печи, в которых слиток, стоящий вертикально, нагревается с четырех сторон. Поскольку   размеры  слитков  значительные  (толщина  обычно около 600 мм, масса около 7 т),подобный нагрев обеспечивает необходимые равномерность и производительность.

В печах постоянного  действия температура во времени  остается неизменной. Вместе с тем температура по длине рабочего пространства таких печей может изменяться в соответствии с необходимостью создания целесообразного режима нагрева. Проходные печи постоянного действия — это наиболее распространенные нагревательные печи в черной металлургии. Они очень многообразны как по способу транспортировки заготовки через печь, так и по методам отопления. Это толкательные печи; печи с шагающим и роликовым подом; с торцовым, сводовым, боковым отоплением. В таких печах может осуществляться как постепенный (методический) режим нагрева, так и весьма форсированный камерный режим.

В последнее  время в связи с развитием  и возникновением новых процессов  прокатки   предъявляются   новые требования и к нагревательным печам. Широкое развитие получают процессы непрерывной прокатки, когда заготовка проходит неоднократное последовательное обжатие без промежуточных подогревов. Процесс тем эффективнее, чем длиннее прокатываемые заготовки. Это объясняется тем, что с увеличением длины заготовки сокращается количество отходов металла. Длина заготовки достигает 12—14 м. Однако увеличение длины заготовки требует соответствующего  увеличения   ширины   нагревательной   печи,   что вместе с необходимостью нагрева заготовки до высокой температуры

(примерно до 1250 °С) создает большие трудности  при эксплуатации печи, так как при столь значительной ширине печи крайне затруднено удаление окалины. Применение в этих случаях методических толкательных печей с участками монолитного пода практически исключено. Поэтому оптимальной конструкцией можно считать печь с шагающим подом.

Весьма перспективным является метод бесконечной прокатки, при котором необходимо осуществлять стыковую сварку отдельных заготовок в горячем состоянии в одну непрерывную полосу. Такой метод позволяет повысить скорость прокатки, но требует полной синхронности в работе прокатных, сварочных и печных механизмов. Во время сварки заготовка остывает, поэтому ее с самого начала или надо перегревать до весьма высокой температуры (~1300°С) или нагревать в два этапа: первый — перед сваркой до 1100 °С и второй — после сварки до температуры прокатки. В обоих случаях для нагрева перед сваркой наиболее целесообразно использовать печь с шагающим подом, так как она позволяет удовлетворительно организовать удаление окалины; такая печь представляет собой высокомеханизированный и автоматизированный агрегат и удовлетворяет требованиям современного  поточного  производства.  Важным достоинством печей с шагающим подом является также и то, что они могут самоосвобождаться (без загрузки новых изделий), что важно при ремонтах, а также могут быть использованы в качестве утепленных емкостей, где накапливается металл при различной скорости прокатки на заготовительных и сортовых станах.

После сварки целесообразно  применять индукционный нагрев однако в этом случае требуется совершенно прямая заготовка' Чем длиннее заготовка, тем более вероятна возможность ее искривления. Это ограничивает пока увеличение длины заготовки свыше 12 м.При нагреве слябов, полученных методом непрерывной разливки, к печам предъявляется ряд дополнительных 

 требований, главными из которых являются следующие:

1. для максимального использования преимуществ, вытекающих из принципа непрерывности производства, желательно, чтобы печь была приспособлена для нагрева весьма длинных слябов. Известны случаи, когда длина нагреваемых слябов достигает 60 м, а длина применяемой роликовой печи 120 м;
2.    машины непрерывного литья заготовок (МНЛЗ) и прокатные, станы работают в различном ритме, поэтому необходимо, чтобы в печах можно было нагревать как горячий, так и холодный металл;
3. слябы, полученные на МНЛЗ, имеют поверхность хорошего качества,  поэтому следует стремиться к тому, чтобы сделать минимальным окалинообразование и устранить возможность образования поверхностных дефектов при транспортировании металла через печь;
4. при непрерывной разливке в формируемом слябе образуются подкорковые пузыри, которые, соединяясь с атмосферой, вызывают межкристаллическую коррозию. Для ликвидации вредного влияния внутреннего окалинообразования необходимо температуру нагрева  металла  повысить до  1300—-1350°С.

Поддержание температуры  внутренней поверхности кладки на необходимом весьма высоком уровне требует серьезной теплоизоляции печи, делают печь громоздкой и инерционной в тепловом отношении. В силу этого обеспечение скоростного радиационного нагрева наталкивается в подобном случае на значительные трудности. Этими причинами объясняется тот факт, что в последнее время получает развитие скоростной конвективный (ударный) нагрев, свободный от указанных недостатков.

Наряду с тепловым и температурным режимами для  работы печей большое значение имеет режим давления в печи. Идеальным был бы такой режим

давления в  печи, при котором холодный воздух не попадал бы в печь, а дымовые 

 газы не  выбивались бы из печи. Если холодный воздух попадает в печь, то это приводит к излишнему расходу тепла и увеличивает угар металла. Чрезмерное выбивание дымовых газов приводит к увеличению потерь тепла, пагубно влияет на арматуру печи и затрудняет ее обслуживание. Для обеспечения оптимального режима в нагревательных колодцах стремятся под крышкой поддерживать небольшое избыточное давление. В проходных печах на уровне нагреваемых заготовках также целесообразно поддерживать небольшое избыточное давление, исключающее подсос воздуха в печь и большое выбивание дымовых газов. Однако полностью выдержать такое давление по всей длине печи не удается.