- •Содержание
- •3.2.4 Количество и состав продуктов горения (пг) …………………………...…14
- •Вступление
- •1. Основные положения курса
- •1.1. Характеристики нагрева
- •1.2.Топливо. Вид, состав и расчет горения.
- •1.2.1. Вид и состав топлива
- •1.2.2. Теплота сгорания топлива
- •1.2.3. Топливо для печей
- •1.3. Топливосжигающие устройства
- •1.3.1. Требования к горелкам, форсункам и их классификация
- •1.4. Расчет нагрева и охлаждения металла
- •1.4.1. Температурные режимы нагрева стальных изделий в печах
- •1.4.2. Анализ решения дифференциального уравнения теплопроводности
- •1.5.Огнеупорные материалы
- •1.5.1. Основные классификационные признаки огнеупорных материалов
- •1.5.2. Огнеупорные изделия
- •1.5.3. Строительные материалы
- •1.5.4. Металлы
- •1.6. Элементы нагревательных печей
- •1.6.1. Фундаменты и футеровка печей
- •1.6.2. Каркасы печей
- •1.6.3. Рамы, заслонки рабочих окон и механизмы подъема заслонок
- •1.7. Теплообменные аппараты
- •1.8. Пламенные нагревательные печи
- •1.8.1. Требования, предъявляемые к печам. Классификация печей
- •1.8.2. Камерные печи с постоянной температурой рабочего пространства
- •1.9. Основы проектирования печей
- •1.9.1. Выбор типа печи
- •1.9.2. Порядок проектирования печей
- •1.9.3. Определение основных размеров печи
- •1.9.4. Эскиз печи
- •1.10.. Определение расхода топлива. Тепловой баланс печи
- •Зависимости необходимы для расчета теплового баланса печи рассмотрены в п.5 - «Тепловой баланс. Определение расхода топлива».
- •2.Задание. Данные для выполнения задания
- •1. Расчет горения топлива.
- •5. Тепловой баланс. Определение расхода топлива.
- •3. Расчет горения топлива
- •3.1. Расчет горения газообразного топлива.
- •3.1.3 Количество и состав продуктов горения (пг):
- •3.2. Расчет горения жидкого топлива.
- •3.2.4 Количество и состав продуктов горения (пг):
- •3.2.5 Определение температуры горения топлива:
- •4. Расчет времени нагрева заготовки в камерной печи
- •4.1. Выбор температурного режима ковки:
- •4.1.1. Температура начала ковки и конца ковки (tн.К., tк.К.).
- •4.1.2. Температура рабочего пространства печи:
- •4.3. Определение времени нагрева
- •4.3.1. Аналитический расчет времени нагрева заготовок [1]:
- •4.3.2. Определение времени нагрева заготовок в печи по справочным данным:
- •4.3.3. Выполнить расчет на эвм, с помощью программы Камерный нагрев
- •5. Определение размеров рабочего пространства печи.
- •6. Выбор кладки. Компоновка печи
- •6.1. Стены
- •6.2 Свод
- •7. Тепловой баланс. Определение расхода топлива.
- •7.2.3. Потери тепла от химической неполноты сгорания топлива
- •7.3 Уравнение теплового баланса:
- •8. Основные технико-экономические показатели работы печи
- •8.1 Термический кпд:
- •8.4 Удельный расход условного топлива:
- •8.5. Напряженность площади пода:
- •Пример расчета
- •1) Газообразное топливо:
- •2) Жидкое топливо:
- •1.1) Расчет горения жидкого топлива
- •1.2) Расчет горения газообразного топлива
- •1.1 Расчет горения жидкого топлива
- •1.1.1 Рабочий состав топлива:
- •1.1.2. Определение количества воздуха необходимого для полного сгорания топлива.
- •1.1.3. Определение температуры горения топлива:
- •1.2 Расчет горения газообразного топлива
- •1.2.1. Определение количества воздуха необходимого для полного сгорания топлива
- •1.2.2 Количество и состав продуктов горения (пг):
- •1.2.3 Определение температуры горения топлива:
- •2. Расчет времени нагрева заданной заготовки
- •2.1 Аналитический расчет времени нагрева заготовок [1]:
- •3. Определение размеров рабочего пространства печи
- •4. Выбор кладки. Компановка печи
- •5. Тепловой баланс. Определение расхода топлива.
- •5.1. Приходные статьи баланса:
- •5.1.1. Химическая теплота топлива
- •7.3 Уравнение теплового баланса:
- •6. Основные технико-экономические показатели работы печи
- •6.1 Термический кпд:
- •6.4 Удельный расход условного топлива:
- •6.5. Напряженность площади пода:
- •Источники информации
- •4 Казанцев е.И. Промышленные печи: Справочное руководство для расчета и проектирования. М.: Металлургия, 1975, - 367 с.
Вступление
Настоящее учебно- методическое пособие составлено в соответствии с программой курса «Технология нагрева и нагревательные устройства кузнечно- штамповочных цехов» и включает в себя вопросы, касающиеся некоторых положений теплотехники и расчета процессов нагрева, предусматривает выработку навыков решения практических задач теплотехники и выполнения самостоятельной работы по проектированию пламенных печей кузнечно-штамповочного производства студентами в процессе изучения данного курса. Служит для закрепления знаний, полученных студентами на лекционных занятиях и в процессе изучения специальной литературы. Методические указания содержат индивидуальные задания, основные положения для выполнения работы, примеры расчета для всех этапов проектирования нагревательной печи, значительный объём справочных данных и определяют порядок выполнения задания и оформления работы.
Задачи пособия:
-ознакомить студентов с методиками расчета процссов нагрева заготовок под ковку и штамповку, определения параметров камерной печи, разработки её конструкции, выбора топливосжигающих устройств и оценки эффективности работы печи;
дать практические рекомендации по выполнению расчётов указанных параметров.
Цель пособия:
-помочь студентам научиться решать задачи эффекивной организации процессов нагрева, т. е обеспечивать минимальное время нагрева при максимальном качестве нагреваемых заготовок и экономном расходовании энергоресурсов.
Предлагаются задачи и упражнения по следующим темам:
-. расчет горения топлива;
- расчет времени нагрева заданной заготовки для ковки (штамповки) в камерной печи;
- определение размеров рабочего пространства печи. Эскиз пода печи (с расположенными на нем заготовками);
- выбор кладки. Компоновка печи. Эскиз печи;
- тепловой баланс. Определение расхода топлива;
-. Основные технико-экономические показатели работы печи.
1. Основные положения курса
1.1. Характеристики нагрева
Важнейшие характеристики нагрева стали — конечная температура нагрева, скорость процесса, перепад (разность) температур по сечению заготовки или слитка. Они определяют экономичность процесса нагрева и качество нагреваемых заготовок
Под температурой нагрева стали понимают конечную температуру ее поверхности в процессе нагрева. Ее величина определяется химическим составом стали (маркой стали), и целью нагрева, т.е. нагрев для термообработки или обработки металлов давлением (горячая или полугорячая).
Термическую обработку используют для получения требуемого уровня механических свойств заготовок, поковок и изделий. Процесс термообработки состоит в нагреве изделия до определенной температуры, выдержке в целях выравнивания температур по сечению и последующем медленном или быстром охлаждении. Температура нагрева под термообработку ниже, чем под обработку давлением. Для углеродистых и малолегированных сталей она не превышает 900 °С.
Нагрев под ковку и штамповку применяют для повышения пластических свойств стали и снижения расхода энергии на формообразование поковки Следует учитывать что при передаче заготовок к прессу или молоту и в процессе обработки они остывают, поэтому температура нагрева стали всегда должна быть на 50-100 оС выше температуры ковки. Температура нагрева стали под ковку колеблется в пределах 1150—1350°С и определяется диаграммой состояния стали. Допустимая температура нагрева стали зависят от ее химического состава. При содержании в углеродистой стали 1,1 % углерода температуру нагрева принимают равной 1100 °С. Для этой стали температура пережога (неисправимый брак) равна 1180 °С. Если сталь содержит 0,1 % углерода, то температура нагрева повышается до 1350°С, а пережога до 1490 °С. Для практического использования эти данные приведены в справочниках по ковке и объёмной штамповке[3].Повышение температур нагрева ограничивается опасностью перегрева (исправимый брак) или пережога стали.
Перегрев возникает при нагреве в область предельно допустимых температур и последующей выдержке, что приводит к росту зёрен и снижению механических свойств стали. Склонность стали к перегреву зависит от ее химического состава. Мало склонны к перегреву стали, легированные алюминием, ванадием и цирконием. Структуру перегретых стальных заготовок можно исправить последующей термической обработкой (нормализацией или термоулучшением) или дополнительной пластической деформацией.
Причиной пережога является высокая температура нагрева (превышающая допустимую) и длительная выдержка. В результате чего происходит окисление железа и оплавления легкоплавких эвтектик на границах зёрен, связь между зернами ослабевает, сталь теряет пластичность, становится хрупкой и теряет сплошность в случае последующей ковки. Пережженные заготовки отправляют на переплавку в сталеплавильные цехи.
Большое значение имеет также скорость нагрева, т. е.скорость изменения температуры тела. Различают скорость нагрева в данный момент времени и за какой-либо период.Процесс нагрева следует проводить с максимально допустимой скоростью, что обеспечивает повышение производительности печи, снижение окисления и уменьшение расхода топлива. Повышение температуры печных газов и увеличение коэффициента теплопередачи позволяет ускорить нагрев в пламенных печах. Коэффициент теплоперетдачи возможно увеличить, например, за счет увеличения скорости движения газового потока, интенсивной циркуляции теплоносителя по поверхности тела, или перехода к лучистому теплообмену, путём использования радиационных горелок излучающих свода и пода.
Нагрев заготовок осуществляют в специальном тепловом устройстве, именуемом печью. Конструкции печей разнообразны. Данная работа посвящена нагреву заготовок в пламенных печах, т.е. таких, в которых в качестве источника тепла используют жидкое и газообразное топливо. Заготовки для штамповки поковок машиностроительного производства имеют относительно небольшие размеры и изготовляют их, в основном, из углеродистых и низко- и среднелегированных сталей, что позволяет отнести их к термически «тонким» или близким к ним телам, которые нагревают с использованием камерного режима , при постоянной температуре рабочего пространства печи. Заготовки больших размеров, а также заготовки из высоколегированных сталей греют с использованием методического и полуметодического режимов нагрева.
Расчет и проектирование печи включают в себя: расчет горения топлива, определение температуры горения, расчет времени нагрева, компановка и определение размеров рабочего пространства печи, выбор огнеупорных материалов и кладки печи, использование вторичного тепла, вычисление основных наружных размеров печи и теплового боланса с основными показтелями работы спроектированной печи и её эскиз.