Конструкция и работа кольцевой печи

Кольцевая печь является автоматизированным агрегатом, обеспечивающим равномерный нагрев трубной или другой заготовки до заданной температуры.

Усовершенствование отдельных конструктивных узлов кольцевых печей, исходя из опыта их работы, продолжается и в наши дни.

Продолжается работа и над дальнейшим усовершенствованием автоматического регулирования подачи газов в кольцевую печь.

Применение печей с вращающимся подом, с несколькими зонами нагрева, автоматической регулировкой горения по зонам, автоматической загрузкой и механизированной выдачей заготовки значительно улучшает качество нагрева, уменьшает угар металла, освобождает большое количество обслуживающего персонала, облегчает условия работы и обслуживания печи.

Кольцевые печи обладают всеми данными для широкого использования при нагреве круглой заготовки, а также слитков на металлургических, трубопрокатных и машиностроительных предприятиях.

1. КОНСТРУКЦИЯ И РАБОТА КОЛЬЦЕВОЙ ПЕЧИ

Кольцевая печь предназначена для нагрева трубных заготовок, диаметром перед прошивкой их в толстостенную гильзу на прошивном стане. Температура нагрева металла в кольцевой печи составляет 1110-12500С.

Кольцевая печь представляет собой металлический каркас, футерованный изнутри огнеупорами и теплоизоляционными материалами.

Район кольцевой печи состоит из отдельных групп оборудования:

  • установки кольцевой печи;
  • установки для вращения подины кольцевой печи;
  • загрузочного устройства холодных заготовок к окну кольцевой печи;
  • установки загрузочной и разгрузочной машин с их эстакадами;
  • приемного устройства из печи горячих заготовок;
  • желоба с карманом для уборки горячих заготовок.

Печь состоит из неподвижной части, представляющей собой кольцевой канал, перекрытый сводом и разделенный по длине на несколько автоматически регулирующихся по тепловому режиму участков, что позволяет создать наиболее эффективное для нагрева металла распределение температур в печи, и кольцевого вращающегося пода.

Загрузка и выгрузка нагреваемой заготовки производится через загрузочные и разгрузочные окна, расположенные в наружной кольцевой стене печи.

Шаржир-машина задает заготовку в окно загрузки, где она укладывается на вращающийся под с определенным расстоянием от предыдущей заготовки.

Загружаемые в печь заготовки размещают радиально на поду печи по одной (или 2).

После загрузки очередной заготовки под поворачивают на некоторый угол, величина которого зависит от диаметра заготовки и производительности печи и останавливают, когда подлежащая выдаче нагретая заготовка занимает положение против окна выгрузки. Загрузка и выгрузка заготовок из печи производится одновременно.

17 стр., 8479 слов

Автоматизация процесса нагрева металла в печах сопротивления

... 1.1-Вал 1.4 Основные недостатки техпроцесса нагрева металла в печах 1. Время нагрева стальных заготовок в нагревательных печах до заданной температуры (или скорости нагрева) зависит, от способа легированности стали, ... особенно в тяжелых и вредных условиях для человека. Постоянное расширение сферы автоматизации является одной из главных особенностей промышленности на данный этап. Особое внимание ...

Вращающийся под переносит неподвижно лежащую заготовку из зоны подогрева в зону высоких температур, а затем в зону выдержки. После выравнивания температуры по сечению заготовки при дальнейшем вращении подины, заготовка подается к окну выгрузки и через рольганг подается на прошивной стан.

Внутренние и наружные зазоры между кольцевым вращающимся подом и неподвижной частью печи перекрывают песочными затворами.

Расположение горелок является наиболее важной характеристикой печи. При широком кольцевом пространстве горелки устанавливаются с обеих сторон печи (как с наружной, так и с внутренней).

Для автоматического контроля температуры в рабочее пространство печи на глубину 200 мм через кладку свода вводятся заделанные в фарфоровые трубки термопары. Контроль за тепловым режимом осуществляется по зонам, в зависимости от показания термопары или пирометра, устанавливаемых в каждой из зон. Регулирование температуры осуществляется при помощи регуляторов температуры, которые изменяют подачу топлива с помощью исполнительных механизмов. Это обстоятельство придает большую гибкость при настройке и регулировании режима нагрева, особенно при нагреве заготовок широкого сортамента и различных размеров.

Отбор продуктов сгорания производится через дымоотводы, расположенные у окна загрузки. Такая конструкция отбора дымовых газов позволяет вести методический или камерный нагрев.

Дымовые борова оборудованы регулировочными шиберами, выполненными из жаростойкой стали.

Для уменьшения потерь тепла печь имеет 2 перегородки (у окон загрузки и выгрузки).

Одна перегородка устанавливается между окнами загрузки и выгрузки для устранения охлаждающего влияния атмосферы загрузочного участка печи на участок, где находятся нагретые заготовки, подлежащие выдаче, и для облегчения условий работы загрузочной машины.

Для предупреждения сильного выбивания пламени и, следовательно, потерь тепла через открытое окно выдачи, а также для предотвращения подстуживания подлежащих выдаче из печи заготовок, в зоне выдержки, перед окном, также установлена перегородка так, что под ней остается зазор, обеспечивающий свободное перемещение пода с лежащей на нем заготовкой максимального диаметра.

Печи с кольцевым подом отапливаются газом, причем их конструкция обеспечивает легко управляемое автоматическое позонное отопление. Благодаря этому возможно вести нагрев заготовок в кольцевой печи по любому заданному температурному режиму.

Горелки для отопления печи устанавливаются как в наружной, так и во внутренних стенках, ограничивающих кольцевое рабочее пространство, причем по длине нагревательной зоны устанавливаются более мощные горелки, чем в зоне выдержки.

Оптимальной высотой для установки горелок, во избежание оплавления торцов заготовки следует считать высоту 400-500 мм над поверхностью нагреваемой максимального диаметра заготовки в условиях работы данной печи. Применение позонного режима отопления кольцевых печей облегчает создание положительного давления на поду.

8 стр., 3681 слов

Расчет методической трехзонной толкательной печи с наклонным подом

... продуктов сгорания при температуре t1=2200 °С, кДж/м3: Определяем энтальпию продуктов сгорания при температуре t2=2300 °С, кДж/м3: Значение калориметрической температуры, °С: Действительная температура горения, °С: где - пирометрический коэффициент (для методических печей ). 2. ...

Тепловой режим работы кольцевых печей проектируется таким, чтобы при минимальной температуре печных газов и максимальной производительности печи можно было получить равномерный по сечению прогрев заготовок, т.е. такой подогрев, при котором разность температур между поверхностью и центром заготовки была бы невелика.

Позонная подача топлива для отопления печей с кольцевым вращающимся подом позволяет осуществить интенсивный нагрев металла по всей длине кольцевого пода, при некотором снижении рабочей температуры печи в конечной стадии нагрева.

Основное количество продуктов сгорания топлива, сжигаемого в нагревательной зоне печи, имеет направление навстречу нагреваемому металлу. При этом продукты сгорания отводятся через дымоотвод, расположенный у загрузочного окна.

Для использования тепла отходящих газов и для обеспечения необходимых рабочих температур в печах, устанавливают рекуператоры, расположенные вне образуемого печью кольца.

Воздух поступающий на горелки 2, 3 и 4 зон регулирования нагреваются в петлевых рекуператорах. Продукты сгорания эвакуируются из рабочего пространства кольцевой печи по двум газоотводным каналам, проходят через рекуператоры, и через дымовую трубу попадают в атмосферу.

Рекуператоры оборудуются аппаратурой для замера и регистрации температур. Измеряется также давление по пути движения продуктов сгорания и нагреваемой средой.

Свод печи выполняется подвесным, и состоит из отдельных секторов, набираемых из подвесных кирпичей с ребристыми гранями.

Чтобы предупредить подсос холодного воздуха в рабочее пространство снизу, через кольцевые щели между подиной и стенами печи, устроены водяные затворы. Водяной затвор состоит из корыта, заполненного водой, и ножа, прикрепленного к отливкам, обрамляющего стены печи. Нож водяного затвора входит в желоб и тем самым отдаленный от воздействия высокой температуры. Ножи отливают из хромистого чугуна, а сам желоб изготавливают из обычной стали.

Зазоры между вращающимися подом и стенками печи приняты минимальными, но не создающими помех для беспрепятственного вращения подины печи. Так как при нагреве вращающейся подины может произойти увеличение ее диаметра, то зазор между подиной и внутренней стенкой печи выполняется соответственно меньшим, чем зазор между подиной и наружной стенкой печи.

Стены рабочего пространства печи возводятся на металлических опорных кольцах, прикрепленных к стойкам каркаса печи. При удлинении стоек каркаса кольцевых печей до дна приямка, обеспечивается свободный проход под печь, и создаются условия для хорошей естественной вентиляции ее внутреннего кольца.

Подина печи представляет собой клепанную металлоконструкцию, лежащую на опорных роликах.

Кольцевой под печи вращается вокруг центральной оси, опираясь на расположенные на железобетонных стенках вертикальные ролики, уложенные в три ряда.

Центрирование кольцевых подин печей большого диаметра успешно осуществляется горизонтальными опорными роликами, расположенными радиально по периметру несущей металлической рамы подины и снабженными пружинами.

Вращение пода осуществляется посредством двух приводов, расположенных вокруг печи на равных расстояниях друг от друга. Приводы соединены через коническую шестерню с зубчатой кольцевой рейкой, прикрепленной снизу по окружности к металлической раме пода. Один из приводов снабжен сельсином и коробкой переключения скоростей для изменения угла поворота подины за 1 мин. Величина поворота пода устанавливается в зависимости от диаметра заготовки и регулируется установленным на приводе команд-аппаратом, предусматривающим возможность остановки пода после вращения на угол, кратный 10ґ-12ґ.

Загрузка трубных заготовок в печь и выдача их из печи выполняются через рядом расположенные окна загрузки и выгрузки специальными подвесными машинами, имеющими хоботы и оборудованными клещами для захвата заготовок.

Продольные перемещения тележки загрузочной машины при подаче заготовки рольганга на под печи и обратно осуществляется при помощи электропривода.

После загрузки очередной заготовки подина поворачивается на некоторый угол, величина которого зависит от диаметра заготовки и производительности печи, и останавливается, когда подлежащая выдаче нагретая заготовка занимает положение против окна выгрузки. Загрузка и выгрузка заготовок из печи проводится одновременно.

Окно выгрузки должно быть оборудовано управляемой заслонкой, которая открывается и закрывается автоматически, в зависимости от ритма выдачи заготовок, если выдача совершается не чаще одного раза в минуту. При более быстром темпе работы заслонка остается все время открытой.

У пульта управления машиной и приводами вращения пода устанавливается диск, вращающийся в раме с угловой скоростью пода и показывающий положение каждой партии заготовок на поду печи. Пуск и остановка приводов вращения пода производится дистанционно с пульта управления загрузочной или разгрузочной машины, или автоматически (синхронно с работой загрузочной и выгрузочной машины).

Отдельные операции последних, также осуществляются либо автоматически, либо путем дистанционного управления с пульта управления.

2. ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ПЕЧИ

2.1 Расчет горения топлива

Исходные данные:

  • Назначение печи — нагрев трубных заготовок перед прошивкой;

Размеры нагреваемых заготовок, м: диаметр d=0,15 (r =0,075),

длина l=1,1;

  • Качество металла — низколегированная сталь;
  • Начальная температура металла ;
  • Конечная температура поверхности металла ;
  • Допустимый конечный перепад температур по сечению металла ;
  • Нагрев — без ограничений;
  • Производительность стана на такой заготовке ;
  • Топливо — сероводород с теплотой сгорания ;
  • Температура подогрева воздуха ;
  • Содержание влаги в сухом газе g = 15 гр/м3;
  • температура подогрева воздуха — 320С;
  • коэффициент расхода воздуха б= 1,1;
  • величина химического недожога gх.н / QНР=4 %.

Таблица 5.1

химические соединения

H2Sc

CO2c

CH4c

C2H6c

C3H8c

C4 H10c

C5H12c

N2c

Итого:

содер-жание, %

0,4

94,8

2,5

0,5

1.8

100

Определим состав влажного газа при g = 15 гр/м3, тогда содержание водяных паров в газе составит

  • (5.1)

При Н2О = 1,83% получим, что содержание элементов во влажном газе составит:

;

;

;

;

;

  • У = 93,07+0,39+2,45+0,49+1,77= 100%. (5.2)

Таблица 5.2

Состав влажного природного газа

элемент

H2О

CO2В

CH4В

C2H6В

C3H8В

C4 H10В

C5H12В

N2В

Итого:

Содер-жание, %

1,83

93,07

2,45

0,49

1,77

100

Вычислим расход кислорода на горение топлива.

(5.3);

  • м3/м3.

Найдем теоретический расход воздуха на горение.

м3/м3. (5.4)

где К- 3.76 — коэффициент соотношения N2 и O2.

Действительный расход воздуха на горение.

м3/м3. (5.5)

Действительное количество атмосферного воздуха.

Вычислим объем отдельных составляющих продуктов сгорания:

Объем избыточного кислорода равен

(5.6)

Общее количество продуктов сгорания составит

(5.7)

Вследствие химического недожога рассчитанный объем продуктов сгорания и их состав будут несколько отличатся от фактического. При относительно небольшой величине недожога этой разностью можно пренебречь.

Вычислим состав продуктов сгорания

(5.8)

Определим плотность продуктов сгорания.

; (5.9)

Найдем теплоту сгорания

(5.10)

Определим химическую энтальпию продуктов сгорания:

без учета химического недожога

; (5.11)

;

с учетом химического недожога

(5.12)

Вычислим энтальпию продуктов сгорания без учета химического недожога.

, (5.13)

где Сm=1,55 кДж/м3, СВ=1,325 кДж/м3,

Тогда с учетом химического недожога имеем:

; (5.14)

Определим содержание воздуха в продуктах сгорания:

  • (5.15)

По диаграмме i-t находим, что .

Составляем материальный баланс процесса горения.

Расход L0=9.39 м3/м3, тогда объем продуктов сгорания будет

; (5.17)

2.2 Расчет кольцевой печи

Принимаем для нагрева заготовок однорядную кольцевую печь со сводовым отоплением. Шаг раскладки заготовок принимаем S=0,8м.

Распределение температуры продуктов сгорания по длине печи принимаем в соответствии с данными по рис.1 [1].

Для расчета нагрева металла разбиваем график распределения температур продуктов сгорания по длине печи на четыре расчетных участка: участок 1 — неотапливаемая зона с повышением температуры продуктов сгорания от 820 до 1060; участок 2 — первая зона отопления с повышением температуры продуктов сгорания от 1060 до 1120; участок 3 — вторая зона отопления с повышением температуры продуктов сгорания от 1120 до 1280; участок 4 — томильная зона с постоянной температурой продуктов сгорания 1280.

Удельное время нагрева для заготовки диаметром d=0,4м в кольцевых печах составляет z=6 мин/см, а продолжительность нагрева:

  • где S- толщина нагреваемого металла, м;
  • z- удельное время нагрева, мин/см.

Для повышения экономичности работы печи и обеспечения низкой температуры уходящих продуктов сгорания принимаем удлиненное время наргева в неотапливаемой методической зоне ().

Продолжительность нагрева в остальных зонах принимаем: ; .

2.3 Расчет теплообмена излучением в рабочем пространстве печи

Температура продуктов горения на I участке:

Температура продуктов горения на II участке:

  • в начале участка ;
  • в конце участка ;
  • среднее по участку .

Температура продуктов горения на III участке:

  • в начале участка ;
  • в конце участка ;
  • среднее по участку .

Температура продуктов горения на IV участке:

  • в начале участка ;
  • в конце участка ;
  • среднее по участку .

Ширина рабочего пространства:

  • где: — число поперечных рядов заготовок на поду;

B — ширина рабочего пространства печи, м

м, принимаем расстояние до стены 0,7м.

Высота рабочего пространства: H=2,0 м.

Объем, в котором заключены продукты сгорания (на 1м длины печи):

Проходное сечение боровов F, , можно определить как произведение внутренней высоты (подъем канала) Н, м, борова на его ширину В, м, из которого следует вычесть поправку f, , учитывающую уменьшение площади поперечного сечения из — за наличия свода.

Значение поправки f определяют по графику рис. 2 в зависимости от центрального угла свода и внутренней ширины борова В.

Площадь поверхности ограничивающей объем продуктов сгорания (на 1м длины печи):

где: l- поправка, м, определяемая по графику на рис.3

Эффективная длина пути луча:

  • где: V- объем газового тела, ;
  • F- площадь поверхности, ограничивающей газовое тело, .

Коэффициент расхода воздуха в продуктах сгорания: .

Поправочный коэффициент: .

Приведенная толщина слоя продуктов сгорания:

Степень черноты продуктов сгорания:

Условная степень черноты зазора:

где: — степень черноты металла.

Угловой коэффициент излучения кладки на зазор (на 1м длины печи):

Приведенный коэффициент излучения в зазоре:

  • где: — угловой коэффициент излучения кладки на металл;
  • коэффициент излучения абсолютно черного тела;
  • излучающая поверхность кладки и тепловоспринимающая

поверхность металла.

Угловой коэффициент излучения в зазоре на поверхность заготовки:

Приведенный коэффициент излучения:

;

;

;

  • Результаты расчетов сведены в табл. 1.

Таблица 1

Теплообмен излучением в рабочем пространстве печи

Наименование, еденица измерения

Обозначение

Расчетные участки

I

II

III

IV

1

Температура продуктов сгорания:

В начале участка

В конце

Среднее

820

1060

940

1060

1120

1090

1120

1280

1200

1280

1280

1280

2

Ширина рабочего пространства, м

В

3,5

3

Высота рабочего пространства, м

H

2,0

4

Объем, в котором заключены продукты сгорания (на 1м длины печи),

V

6,55

5

Площадь поверхности, ограничивающий объем продуктов сгорания (на 1м длины печи),

F

10,3

6

Эффективная длина пути луча, м

l

2,3

7

Коэффициент расхода воздуха в продуктах сгорания

1,1

8

Поправочный коэффициент

0,9

9

Приведенная толщина слоя продуктов сгорания, м

1,84

10

Степень черноты продуктов сгорания

0,32

0,3

0,26

0,25

11

Условная степень черноты зазора

0,911

12

Угловой коэффициент излучения кладки на зазор (на 1м длины печи)

0,31

13

Приведенный коэффициент излучения в зазоре,

3,66

3,49

3,29

3,26

14

Угловой коэффициент излучения в зазоре на поверхность заготовки

0,575

15

Приведенный коэффициент излучения,

2,1

2

1,89

1,87

2.4 Расчет нагрева металла

Расчетная схема нагрева металла:

На I участке: Всесторонний нагрев при линейно возрастающей температуре продуктов сгорания и ее равномерном начальном распределении.

На II и III участке: Всесторонний нагрев при линейно возрастающей температуре продуктов сгорания и параболическом начальном распределении.

На IV участке: Всесторонний нагрев при постоянной температуре продуктов сгорания и ее параболическом начальном распределении.

Продолжительность нагрева:

Предполагаемая температура нагрева металла:

  • На I участке: Начальная- ;
  • Конечная- ;
  • Средняя- .

На II участке: Начальная- ;

  • Конечная- ;
  • Средняя- .

На III участке: Начальная- ;

  • Конечная- ;
  • Средняя- .

На IV участке: Начальная- ;

  • Конечная- ;
  • Средняя- .

Коэффициент теплопроводности металла при средней температуре поверхности:

Коэффициент температуропроводности металла при средней температуре поверхности:

Коэффициент теплоотдачи излучением:

На I участке: В начале участка-

В конце-

Средний-

На II участке: В начале участка-

В конце-

Средний-

На III участке:

В начале участка-

В конце-

Средний-

На IV участке:

В начале участка-

В конце-

Средний-

Число Фурье:

Число Био:

кольцевой печь температура горение

;

;

;

Решение уравнения теплопроводности в критериальной форме:

На I участке:

  • где: — переменная изменяется линейно во времени;
  • начальная температура окружающей среды;
  • v- скорость изменения температуры окружающей среды, ;
  • t- конечная температура искомой точки;
  • температура окружающей среды в момент времени.

;

Относительные температуры, входящие в решение уравнения теплопроводности:

;

Функции для вычисления температуры поверхности заготовки:

Конечная температура поверхности заготовки:

Функции для вычисления температуры центра заготовки:

Конечная температура центра заготовки:

Средняя по сечению температура заготовки в конце расчетного участка:

На II участке:

где: — температура поверхности тела в начальный момент времени.

Относительные температуры, входящие в решение уравнения теплопроводности:

;

;

  • где: — температура середины тела в начальный момент времени.

Функции для вычисления температуры поверхности заготовки:

Конечная температура поверхности заготовки:

Функции для вычисления температуры центра заготовки:

Конечная температура центра заготовки:

Средняя по сечению температура заготовки в конце расчетного участка:

На III участке:

где: — температура поверхности тела в начальный момент времени.

Относительные температуры, входящие в решение уравнения теплопроводности:

;

;

  • где: — температура середины тела в начальный момент времени.

Функции для вычисления температуры поверхности заготовки:

Конечная температура поверхности заготовки:

Функции для вычисления температуры центра заготовки:

Конечная температура центра заготовки:

Средняя по сечению температура заготовки в конце расчетного участка:

На IV участке:

Относительные температуры, входящие в решение уравнения теплопроводности:

Функции для вычисления температуры поверхности заготовки:

Конечная температура поверхности заготовки:

Функции для вычисления температуры центра заготовки:

Конечная температура центра заготовки:

Конечный перепад температур по сечению заготовки:

Средняя по сечению температура заготовки в конце расчетного участка:

Таблица 2

Расчет нагрева металла

Наименование, единица измерения

Обозначение

Расчетные участка

I

II

III

IV

8

Число Био

BI

0,32

0,64

1,4

1,77

9

Решение уравнения теплопроводности в критериальной форме

;

10

Относительные температуры, входящие в решение уравнения теплопроводности

;

;

  • ;

;

  • ;

11

Функции для вычисления температуры поверхности заготовки

12

Конечная температура поверхности заготовки

13

Функции для вычисления температуры центра заготовки

14

Конечная температура центра заготовки

15

Конечный перепад температур по сечению заготовки

16

Средняя по сечению температура заготовки в конце расчетного участка

2.5 Определение основных размеров печи

Расчетная часовая производительность печи: ;

  • Садка печи: ;
  • Коэффициент заполнения полезной длины печи: ;
  • Масса одной заготовки: ;

Средний диаметр пода:

  • где: D- диаметр пода кольцевой печи по линии захвата внутреннего ряда заготовок;
  • n1- число поперечных рядов заготовок на поду.

где: =0,42 — центральный угол по осям загрузочной и выгрузочной машины (окон загрузки и выгрузки).

Ширина рабочего пространства: B= 3,5м;

  • Высота рабочего пространства: Н= 2,0м;

Диаметр каркаса:

где: — толщина кладки наружной стены.

Уточненный средний диаметр пода:

Частота вращения пода:

Длина полезного пода:.

Длина расчетных участков: ,

Количество продольных рядов заготовок: .

Угол поворота пода: .

Средняя продолжительность одного поворота:

Площадь габаритного пода: .

Площадь полезного пода: .

Площадь активного пода:

где: — площадь, покрываемая одной заготовкой.

Напряжение активного пода:.

Напряжение габаритного пода: .

Таблица 3

Основные размеры печи

Наименование, еденица измерения

Обозначение

Расчетные участки

I

II

III

IV

1

Расчетная часовая производительность печи

Р

2

Садка печи

G

320 т

3

Коэффициент заполнения полезной длины печи

0,5

4

Масса одной заготовки

М

2,071 т

5

Средний диаметр пода

21,89 м

6

Ширина рабочего пространства

В

3,5 м

7

Высота рабочего пространства

Н

2,0 м

8

Диаметр каркаса

30 м

9

Уточненный средний диаметр пода

25,3 м

10

Частота вращения пода

N

11

Длина полезного пода

64,14 м

12

Длина расчетных участков

20 м

12 м

16 м

16 м

13

Количество продольных рядов заготовок

80

14

Угол поворота пода

0,023 рад

15

Средняя продолжительность одного поворота

0,0082 ч

16

Площадь габаритного пода

240,57

17

Площадь полезного пода

224,5

18

Площадь активного пода

130,2

19

Напряжение активного пода

20

Напряжение габаритного пода

2.6 Статьи прихода тепла

Химическое тепло топлива:

  • где: — расход топлива, ;
  • низшая теплота сгорания, .

Физическое тепло воздуха:

  • где: — коэффициент расхода воздуха по подаче в горелки;
  • энтальпия подогретого воздуха на топлива .

Угар металла:

Тепло экзотермических реакций окисления железа:

  • По участкам: ;

;

  • Общее по печи: .

Таблица 4

Статьи прихода

Наименование, единица измерения

Обозначение

Расчетные участки

I

II

III

IV

1

Химическое тепло топлива, кВт

2

Физическое тепло воздуха, кВт

3

Угар металла,%

а

0,1

0,4

0,5

4

Тепло экзотермических реакций окисления железа, кВт

По участкам

125,6

502,4

628

Общее по печи

1256

2.7 Расход тепла на нагрев металла

Таблица 5

Расход тепла на нагрев металла

Наименование, единица измерения

Обозначение

Расчетные участки

I

II

III

IV

1

Средняя по сечению температура металла, :

В начале участка

В конце

20

248

248

585

585

1060

1060

1236

2

Средняя теплоемкость металла, :

В начале участка

В конце

0,518

0,518

0,551

0,551

0,583

0,583

0,596

3

Тепло затраченное на нагрев металла, кВт:

По участкам

2410

4308

6570

2637

Общее по печи

16140

Тепло затраченное на нагрев металла:

  • где: — средняя конечная и начальная теплоемкости металла, ;
  • конечная и начальная среднемассовые температуры металла, .

На I участке:

На II участке:

На III участке:

На IV участке:

2.8 Потери тепла с уходящими продуктами сгорания

Таблица 6

Потери тепла с уходящими продуктами сгорания

Наименование, единица измерения

Обозначение

Расчетные участки

I

II

III

IV

1

Температура продуктов сгорания в начале участка,

820

1060

1120

1280

2

Коэффициент расхода воздуха в продуктах сгорания в начале участка

1,1

3

Теплосодержание продуктов сгорания в начале участка,

14

19

20

22

Потери тепла с уходящими продуктами сгорания:

где: — энтальпия уходящих продуктов сгорания на (кг) топлива, , определяется в зависимости от вида топлива, коэффициента расхода воздуха в уходящих продуктах сгорания и их температуры.

По участкам:

;

;

;

  • Общее по печи: .

2.9 Потери тепла через кладку

Температура внутренней поверхности кладки (принимается равной ):

По участкам:

Материал (толщина, мм) кладки:

  • Боковые стены и под: шамот (348), шамотный легковес класса А ШЛ — 0,6 (232), базальтовый картон (10), общая толщина 590 мм;
  • свод: шамот (232), шамотный легковес ШЛ — 0,6.

Площадь теплоотдающей поверхности:

По участкам площадь теплоотдающей поверхности стен:

;

;

;

По участкам площадь теплоотдающей поверхности пода:

;

;

;

Таблица 7

Потери тепла через кладку

Наименование, единица измерения

Обозначение

Расчетные участки

I

II

III

IV

1

Температура внутренней поверхности кладки,

940

1090

1200

1280

2

Материал (толщина, мм) кладки

Боковые стены и под: шамот (348), шамотный легковес класса А ШЛ — 0,6 (232), базальтовый картон (10), общая толщина 590 мм; свод: шамот (232), шамотный легковес ШЛ — 0,6.

3

Площадь теплоотдающей поверхности, :

Стен

Пода

Свода

27,66

74,28

74,28

51,51

138,32

138,32

51,51

138,32

138,32

38,43

103,2

103,2

4

Удельный тепловой поток через кладку, :

Стен

Пода

Свода

0,88

1,4

1,16

1

1,2

1,43

1,2

1,2

1,7

1,3

1,6

1,87

5

Потери тепла через кладку, кВт:

Стен

Пода

Свода

24,3

103,9

86,16

51,51

165,98

197,8

61,81

165,98

235,14

50

165,12

192,98

Общие по участкам

214,4

415,3

462,93

408,1

Общие по печи

1500

Потери тепла через кладку:

  • где: — удельный тепловой поток через кладку, ;
  • площадь теплоотдающей поверхности кладки, .

2.10 Потери тепла излучением через окна печи

Таблица 8

Потери тепла излучением через окна печи

Наименование, единица измерения

Обозна чение

Расчетные участки

I

II

III

IV

1

Температура излучающей среды,

940

1090

1200

1280

2

Температура окружающей среды,

20

3

Размеры смотровых окон, м х м

4

Количество смотровых окон, шт.

6

5

7

7

5

Размеры окон загрузки и выгрузки металла, м х м

6

Толщина футеровки у окон, м

0,59

7

Соотношение размеров окон:

Смотровых

Загрузки и выгрузки

0,42

0,37

8

Коэффициент диафрагмирования окон:

Смотровых

Загрузки и выгрузки

Ф

0,33

0,75

9

Удельный тепловой поток через окна, :

Смотровые

Загрузки и выгрузки

14,87

33,78

26,87

39,48

51,1

116,2

10

Площадь окон, :

Смотровых

Загрузки и выгрузки

0,375

2,24

0,313

0,438

0,438

2,24

11

Относительное время открытия окон:

Смотровых

Загрузки и выгрузки

0,1

0,5

0,1

0,1

0,1

0,5

12

Потери тепла излучением через окна, кВт

Смотровые

Загрузки и выгрузки

Общие по участкам

0,56

37,8

38,4

0,84

0,84

1,73

1,73

2,24

130,14

132,4

Общие по печи

173,4

Удельный тепловой поток через окна:

  • где: — температура излучающей среды (печи);
  • температура тепловоспринимающей среды (наружная температура);
  • Ф- коэффициент диафрагментирования, который определяют в зависимости от соотношения размеров отверстия.

Смотровые окна по участкам:

;

;

;

Окна загрузки и выгрузки по участкам:

;

Площадь окон:

Смотровых окон по участкам: .

;

;

;

Окна загрузки и выгрузки по участкам:

Потери тепла излучением через окна:

  • где: — удельный тепловой поток излучением из i- того отверстия;
  • площадь i- того отверстия;
  • доля времени открытия i- того отверстия.

Смотровые окна по участкам:

;

;

;

Окна загрузки и выгрузки по участкам:

;

2.11 Статьи тепловых балансов расчетных участков

Таблица 9

Статьи тепловых балансов расчетных участков

Наименование, единица измерения

Обозна чение

Расчетные участки

I

II

III

IV

Приход тепла

1

Химическое тепло топлива

2

Физическое тепло воздуха

3

Тепло экзотермических реакций окисления железа

125,6

502

628

4

Тепло продуктов сгорания, приходящих из предыдущего участка

Расход тепла

5

Расход тепла на нагрев металла

2625

4308

6570

2637

6

Потери тепла с уходящими продуктами сгорания

7

Потери тепла через кладку

214,4

415,3

462,93

408,1

8

Потери тепла на охлаждение балок

70

230

9

Потери тепла излучением через окна

38,4

0,84

1,73

132,4

10

Неучтенные потери

294,78

472,4

703,5

317,8

Неучтенные потери принимают равными 10% от суммы всех статей расходной части баланса без учета потерь тепла с уходящими продуктами сгорания:

По участкам:

;

;

;

;

— Охлаждаемыми элементами печи являются балки на стороне загрузки и выгрузки заготовок, т.е. на расчетных участках I и IV. Принимаем с учетом поверхности балок расход воды на охлаждение балки со стороны выгрузки . Тогда расход тепла на нагрев воды, охлаждающей каждую балку, при подогреве воды , со стороны загрузки: , со стороны выгрузки: , а общий на печь .

Неучтенные потери:

Тепловой баланс печи рассчитываем по формуле:

;

Участок IV:

;

Участок III:

;

Участок II:

  • Участок I: приход тепла ;
  • расход тепла ;
  • невязка 100(17537-16147)/17537=7,9%.

Проверяем также суммарный расход топлива по участкам: ; невязка 100(3309-2850)/3309=13,8%.

Тепловые мощности зон:

;

;

Удельный расход тепла:

  • где: — потребление тепла печью, кВт;
  • Р- производительность печи, т/ч.

Заключение

В данной работе представлен проект кольцевой печи с вращающимся подом, предназначенной для нагрева заготовки перед прошивкой.

В ходе работы были произведены теплотехнические расчеты кольцевой печи, полный расчет горения топлива, тепловой баланс, компоновка рабочего пространства печи, выбор горелок.

Библиографический список

[Электронный ресурс]//URL: https://drprom.ru/kursovaya/koltsevaya-pech/

1. Расчет нагревательных и термических печей. Справочник. Под редакцией Тымчака В.М. и Гусовского В.Л. Изд-во «Металлургия» Москва. 1970 г. Том I и II.

2. Современные горелочные устройства (конструкции и технические характеристики).

Справочник. Авторы: А.А. Винтовкин, М.Г. Ладыгичев, В.Л. Гусовский. Изд-во «Машиностроение — 1», Москва, 2001.

3. Рациональное сжигание газообразного топлива в металлургических агрегатах. Авторы: В.И. Маслов, А.А. Винтовкин, Г.М. Дружинин. Изд-во «Металлургия», Москва, 1987 г.