Содержание

Техническое задание Теоретическое введение Общие положения Конструкции отдельных частей печи	3 4 4 6
Расчет горения топлива	9
Пересчет состава топлива	9
Объем воздуха и продуктов полного сгорания	9
Низшая теплота сгорания	11
Температура горения топлива	11
Расчет теплообмена в рабочем пространстве печи	14
Режим нагрева заготовок	14
Расчет внешнего теплообмена в рабочем пространстве печи	14
Расчет нагрева металла	18
Расчет основных параметров	25
Тепловой баланс печи	27
Основные теплотехнические показатели рабочей печи	37
Аэродинамический расчет	39
Расчет дымового тракта	39
Расчет дымовой трубы	43
Расчет топливосжигающих устройств	44
Вывод	47
Литература	48

Техническое задание

Выполнить проектный расчет методической печи, работающей по двухзонному температурному режиму.

Исходные данные:

1. Производительность печи G=84 т/ч.

2. Нагреваемый металл: заготовки квадратного сечения размером 0,33м×0,33м и

длиной 1,7 м. Углеродистая сталь.

3. Параметры нагрева металла: начальная температура t_н = 0 °C, конечная температура поверхности t_нк=1240 °C. Конечный перепад температур по сечению t_к=20 °C.

4. Топливо – природный газ. Состав топлива, в %:

CO2	C2H6	C3H8	C4H10	CH4	N2	O2
0,5	0,4	2,2	3,0	92	0,7	1,2

5. Температура подогрева воздуха

Теоретическое введение

Общие положения

Методические нагревательные печи широ­ко применяют в прокатных и кузнечных цехах для на­грева квадратных, прямоугольных, а иногда и круглых заготовок. Широкое применение методических печей обусловлено тем, что печи обеспечивают достаточно высокую производительность при невысоком удельном расходе топлива. По методу транспортировки металла методические печи относятся к проходным печам. Соприкасающиеся друг с другом заготовки заполняют весь под печи и продвигаются через печь при помощи толкателя. При загрузке в печь новой заготовки одна нагретая заготовка выдается из печи.

Металл поступает в зону наиболее низких темпера­тур и, продвигаясь навстречу дымовым газам, темпера­тура которых монотонно повышается, постепенно (методически) нагревается.

Первая (по ходу металла) зона с изменяющейся по длине температурой называется методической зоной. В ней металл постепенно подогревается до поступления в зону высоких температур (сварочную зону). Постепен­ный нагрев металла в методической зоне обеспечивает безопасный режим нагрева, когда металл находится в упругом состоянии.

Находящиеся в состоянии теплообмена дымовые газы и металл движутся навстречу друг другу. Металл нагревается дымовыми газами, отходящими из зоны высоких температур. Общее падение температуры дымовых газов в методической зоне весьма значительно. Обычно в зоне высоких температур методических печей температура поддерживается на уровне 1300—1400 °С, в конце же методической зоны она находится в пределах 750— 1000 °С.

Вторая (по ходу металла) зона называется зоной высоких температур или сварочной зоной. Назначение этой зоны - быстрый нагрев поверхности заготовок до конечной температуры. Температура металла в методи­ческих печах обычно составляет 1150—1250 °С. Для ин­тенсивного нагрева поверхности металла до этих темпе­ратур в сварочной зоне необходимо обеспечивать тем­пературу на 50—100°С выше.

В сварочной зоне до высоких температур нагрева­ется только поверхность металла; температура середины металла отстает от температуры поверхности. Однако при нагреве тонких заготовок нет необходимости делать выдержку для выравнивания температур по сечению, так как имеет место небольшой перепад температур.

В методических печах возможен односторонний и двусторонний нагрев металла. Односторонний нагрев осуществляется в том случае, когда металл, продвигаясь по монолитному поду, нагревается только с одной сто­роны, сверху. Для ускорения нагрева металла в методи­ческих печах обычно предусматривают и нижний обо­грев заготовки. Для этого на всю длину сварочной и ме­тодической зон оборудуют специальную камеру со своим собственным отоплением.

При нижнем обогреве вдоль печи прокладывают специальные глиссажные (водоохлаждаемые) трубы (рис. 2), по которым перемещается металл. Глиссажные трубы выполняют только в методической и сварочной зонах (по две - три на каждый ряд заготовок). В местах соприкосновения заготовки с водоохлаждаемыми глиссажными трубами металл прогревается хуже, и на его поверхности образуются темные пятна.

Для ликвидации перепада температур по сечению и темных пятен в двухзонных печах с нижним обогревом некоторая часть сварочной зоны выполняется без ниж­него обогрева с монолитным огнеупорным подом.

Как монолитный под, так и под томильной зоны в трехзонных методических печах следует выполнять из такого огнеупорного материала, который не взаимодей­ствует с окалиной и хорошо выдерживает истирающее действие продвигающегося металла.

Высотой рабочего пространства считается рас­стояние от высшей точки свода до пода. В печах, обору­дованных глиссажными трубами, полная высота печи делится на две части: верхнюю (расстояние от нижней части заготовок до свода) и нижнюю (расстояние от низа заготовок до пода). Длина рабочего пространства выбирается по производительности печи, а ширина - по размерам нагреваемых изделий. Обычно считается нор­мальным соотношение размеров, когда отношение длины к ширине равно 5-6 (допускается 8-10).

Большое значение для работы методических печей имеет способ выдачи металла из печи. Различают торце­вую и боковую выдачу металла. При торцевой выдаче необходим один толкатель, который выполняет роль также и выталкивателя.

Для печей с боковой выдачей устанавливают не только толкатель, но и выталкиватель, поэтому такие печи при размещении требуют больших площадей.

При торцевой выдаче через окно выдачи, располо­женное ниже пода печи, происходит интенсивный под­сос холодного воздуха. Явление подсоса усиливается инжектирующим действием горелок, расположенных в торце печи.

Методические нагревательные печи по сравнению с камерными печами обеспечивают более высокий КПД и более высокий коэффициент использования топлива (КИТ) в рабочем пространстве, что объясняется наличием методической зоны.

Методические печи могут быть двухзонными, трехзонными и многозонными. Трех- и многозонные печи применяются в тех случаях, когда в нагреваемых заготовках могут возникнуть значительные перепады температур по толщине (более 200 К на один метр тол­ щины металла). Эти печи снабжены дополнительными (томильными) зонами, в которых и осуществляется вы­равнивание температур к моменту выдачи заготовок из печи.

Высота и профиль рабочего пространства должны определяться в соответствии с режимом нагрева и про­изводительностью печи.

Так, например, если нагрев двухступенчатый, то и профиль печи должен быть двухзонный, если нагрев трехступенчатый, то и профиль должен быть трехзонный. Если печь служит для нагрева круглых заготовок, то печь должна иметь наклонный под.

Конструкции отдельных частей печи

Под печи. Толщину пода в сварочной части для уменьшения тепловых потерь через него следует выпол­нять в 2,5-3,0 кирпича. Кроме того, необходимо приме­нять изоляцию пода.

В методической части печи под выкладывается из шамота в 1,5-2 кирпича и прослойки из изоляционного кирпича. Толщина прослойки 65-130 мм.

При отсутствии регенераторов изоляционные кирпичи кладут на бетонную подушку толщиной 200-300 мм, которая в свою очередь опирается на бутовую кладку. Толщина бутовой кладки выбирается в зависимости от условий грунта.

Для нормальной работы необходимо, чтобы наи­высший уровень грунтовых вод проходил не ближе, чем на 250 мм от площади нижних дымовых каналов. Для борьбы с грунтовыми водами устраивают дренажные канавы или заключают все строение печи, находящееся ниже уровня грунтовых вод, в водонепроницаемый ме­таллический кессон. Иногда кессон выполняется из же­лезобетона.

В нагревательных печах для устройства пода при­меняют магнезитовый, хромитовый и тальковый кир­пич, а также сырой тальк и хромистый железняк. Самым дешевым является тальк, но в то же время из всех пере­численных выше материалов он наименее устойчив про­тив действия окалины, хотя по сравнению с кварцево-шамотным кирпичом он более устойчив.

Под в сварочном пространстве выполняется тол­щиной в 3 кирпича, т. е. 690 мм. Верхний слой (150-250 мм) выкладывается магнезитовыми или хромистыми материалами. Следующий слой - шамотный. Нижний изоляционный слой имеет толщину 100-150 мм.

Стены нагревательных печей делаются толщиной в 375-500 мм, что составляет

1,5-2 стандартных кирпича. Нормальный кирпич имеет размеры: 230×115×65 или

250 ×125×65 мм.

Более тонкие стенки в 1,5 кирпича (375 мм) дела­ются обычно в случае применения изоляции. Стены ме­тодических печей выкладываются из шамотного кир­пича. Динас применяется только для сварочного про­странства и стен топочного пространства методических печей.

Свод печей. В нагревательных печах печное пространство с шириной не более 4-5 м перекрывается чаще всего арочным сводом. Стрела прогиба свода делается в пределах ширины перекрываемого пролета. Такая стрела прогиба получается, если радиус кривизны будет равен ширине пролета. Арочные своды кладутся из клинового кирпича. Концы арочного свода упираются в опоры, называемые пятовыми кирпичами. Для большей прочности свода пятовые кирпичи укладываются глу­боко в стенку. Чем больше ширина пролета, тем толще должен быть свод. Так при малых пролетах арочный свод изготовляется из стандартного кирпича 230 и 300 мм; при пролетах более 3,5 м применяется кирпич дли­ной 345 мм или больше.

Кроме арочных сводов, существуют многочислен­ные конструкции так называемых подвесных сводов. Имеется две системы сводов - секционная и индивиду­альная.

В индивидуальной системе каждый кирпич имеет свою подвеску, а в секционной системе отдельные кир­пичи связаны в группы или ряды, которые подвеши­ваются в целом к арматуре. Наибольшее распростране­ние получили подвесные своды, представляющие собой двутавр, на который надвигаются кирпичи. Этот свод обеспечивает полную доступность для ремонта и воз­можность тщательного его монтажа. Расстояние между центрами подвесок - 300 мм, толщина свода - 300 мм. Толщина кирпича - 118 и 73 мм. Второй размер 73 мм служит для компенсации неточности в изготовлении кирпичей и позволяет проводить набор секций без под­гонки, варьируя различное количество тонких кирпичей. Кирпич для подвесных сводов должен изготовляться из кварцево-шамотной или шамотной массы наивысшего качества.

Борова прокладываются в земле выше уровня грун­товых вод. При расположении боровов ниже грунтовых вод необходимо помещать их в кессоны. Влага не должна проникать в борова, так как это значительно ухудшит тягу дымовой трубы, а следовательно, и работу печи. Размеры боровов определяются по скорости дви­жения газов, которая не должна превышать при 0 °С и 760 мм рт. ст. 1,5 -2,5 м/с.

Из практических соображений борова не должны быть менее 600×600 мм. Стенки и под боровов выполняются в 1,5-2,0 кирпича: внутренний кирпич - шамот­ный, а наружный (0,5 или целый) - красный. Свод боро­вов выкладывается из шамота, в один кирпич, или же делается еще одна арка из красного кирпича и засыпа­ется золой и землей. Борова обычно перекрываются по­луциркульным сводом. Стрела прогиба сводов в боро­вах составляет 0,08-0,12 ширины пролета. Под подиной боровов устанавливают бетонную подушку толщиной 100-200 мм.

Крепление печей. При кладке печей необходимо следить за тем, чтобы было предусмотрено достаточное количество температурных швов.

В сводах, например, температурные швы заполня­ются деревянными дощечками или картоном, которые выгорают по мере разогрева печи.

Назначение температурных швов - компенсация объемных изменений размеров кладки при нагреве по­следней. При определении величины температурного шва необходимо считаться с качеством кирпича, плот­ностью кладки и способом крепления.

В целях сохранения формы кладки устраивают еще металлическое крепление печей, состоящее из опорных балок и каркасов, сваренных или склепанных из угловой стали и швеллеров. При таком жестком креплении печей необходимо обратить внимание на то, чтобы темпера­турные швы были достаточных размеров. Если темпера­турные швы будут недостаточны, то может произойти разрыв жесткого крепления или выпучивание кладки.