Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение

высшего образования

«Южно-Уральский государственный университет (НИУ)»

Базовая кафедра металлургического производства

Расчет пятизонной методической печи

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

К КУРСОВОЙ РАБОТЕ

по дисциплине «Металлургическая теплотехника»

ЮУрГУ – 22.03.02.2017.___.00 ПЗ КР

Нормоконтролер Руководитель работы

(ст. преподаватель) (ст. преподаватель)

____________Н.С.Хардукаш ___________Н.С.Хардукаш

«___»______________2017г. «___»______________2017 г.

Автор работы

Студент группы ДО – 379

__________ Сагидулин И.Р.

«___»_____________2017 г.

Работа защищена с оценкой

_______________________

«___» _____________ 2017 г.

Челябинск – 2017

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение

высшего образования

«Южно-Уральский государственный университет (НИУ)»

Базовая кафедра металлургического производства

Направление 22.03.02 «Металлургия»

Базовая кафедра металлургического производства

УТВЕРЖДАЮ

Зав. Кафедрой

кандидат технических наук

Пашнев В.А.

«____» ________ 2017 г.

З А Д А Н И Е

на курсовую работу студента

Сагидулина Ильдара Римовича

Группа: ДО – 379

1. Дисциплина: Металлургическая теплотехника

2. Тема курсовой работы: Расчет пятизонной методической печи

от «01» марта 2017г.

3. Срок сдачи студентом законченной работы до «19» июня 2017 г.

4. Перечень вопросов, подлежащих разработке:

• рассчитать горение топлива;

• рассчитать время нагрева металла;

• рассчитать основные размеры печи;

• рассчитать тепловой баланс печи.

5. Календарный план

Наименование разделов курсовой работы	Срок выполнения этапов работы	Отметка о выполнении
ВВЕДЕНИЕ	14.03.2017
1 РАСЧЕТ ГОРЕНИЯ ТОПЛИВА	14.04.2017
2 РАСЧЕТ ВРЕМЕНИ НАГРЕВА МЕТАЛЛА	14.05.2017
3 РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ РАЗМЕРОВ ПЕЧИ	20.05.2017
4 ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС ПЕЧИ	10.06.2017
ЗАКЛЮЧЕНИЕ	17.06.2017

Руководитель работы: / / Хардукаш Н.С. /

Студент: / / Сагидулин И.Р. /

АННОТАЦИЯ

Сагидулин И.Р. Пятизонная методическая печь. – Челябинск: ЮУрГУ, МП; 2017, 31 с., 2 ил., таблиц – 4 шт., библиогр. список – 3 наим., 1 прил.

В пояснительную записку входит: расчет горения топлива, расчет времени нагрева металла во всех зонах, расчет основных размеров печи, тепловой баланс печи. Производительность печи 230 т/ч. Марка стали – сталь 35.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………………..	6
1 РАСЧЕТ ГОРЕНИЯ ТОПЛИВА…………...………………………...………	8
2 РАСЧЕТ ВРЕМЕНИ НАГРЕВА МЕТАЛЛА…………………………….....	14
3 РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ РАЗМЕРОВ ПЕЧИ………………………………...	23
4 ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС ПЕЧИ………………………………………………..	25
ЗАКЛЮЧЕНИЕ…………………………………………………………………	29
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК…………………………………………	30
ПРИЛОЖЕНИЯ
ПРИЛОЖЕНИЕ А. График зависимости времени нагрева металла от температуры центра заготовки…………………………………………	31

Введение

Методическая печь – проходная печь для нагрева металлических заготовок перед обработкой давлением (прокатка, ковка, штамповка). В свою очередь проходной печью называют печь непрерывного действия, в которой нагреваемые заготовки движутся вдоль печи, перемещаемые толкателем, рольгангом или другими механизмами. Загрузка и выгрузка проходной печи производятся через окна в торцовых стенах печи или в боковых стенках вблизи торцов.

В методической печи заготовки обычно передвигаются навстречу движению продуктов сгорания топлива; при таком противоточном движении достигается высокая степень использования теплоты, подаваемой в печь. Хотя встречаются прямоточные и прямо противоточные печи. Заготовки проходят последовательно три теплотехнические зоны: методическую (зону предварительного подогрева), сварочную (зону нагрева) и томильную (зону выравнивания температур в заготовке). Иногда томильная зона может отсутствовать.

Методические печи классифицируют:

а) по числу зон отопления в сварочной зоне плюс методическая зона, и, если есть, томильная зона (2-,3-, 4-, 5-зонные);

б) по способу транспортирования заготовок (толкательные, с подвижными балками и др.);

в) по конструктивным особенностям (с нижним обогревом, с наклонным подом, с плоским сводом и т.д.).

Стандартные режимы нагрева металла в двухзонных, трёхзонных и многозонных методических печах приведены на рисунке 1.

Рисунок 1 – Режимы нагрева заготовок в зависимости от числа зон методической печи

Можно отметить, что, в отличие от нагрева металла в колодцах, тепловой поток на поверхность металла в начальный период нагрева (методическая зона) нарастает.

Одновременно температура поверхности сначала резко увеличивается (скорость нагрева максимальная), а затем повышается медленнее (скорость нагрева падает) с постепенным увеличением скорости к концу методической зоны.

Преимущество многозонных печей перед двухзонными: гибкость в регулировке режима нагрева и, соответственно, меньший расход топлива при высоком качестве нагрева металла.

Недостаток: усложнение конструкции системы отопления.

Под качеством нагрева понимается: точность получения заданных температур в конце нагрева, величина окисления и обезуглероживания поверхности заготовок, точность сохранения формы заготовок после воздействия термических напряжений.

Ориентировочные значения отдельных показателей качества:

• температура нагрева заготовок в методических печах –1100-1250°С;

• перепад температуры в конце нагрева – 400-1000°С/метр толщины заготовки;

• количество окислившегося металла – 0,5-2 %;

• толщина обезуглероженного слоя – 0,5-1,5 мм.

Рисунок 2 – Пятизонная методическая печь

1. РАСЧЕТ ГОРЕНИЯ ТОПЛИВА

1. Состав влажных газов рассчитываем по формуле (1.1):

(1.1)

где W- влажность доменного и природного газов,

По формуле (1.1) получаем:

;

Получим следующий состав влажных газов (таблица 1).

Таблица 1 – Состав влажных газов

Природный газ, %	Доменный газ, %

2. Найдем низшую температуру сгорания газов:

3. Найдем состав смеси газа:

;

4. Находим расход кислорода при коэффициенте расхода воздуха :

5. Найдем расход сухого воздуха при заданном значении по формуле (1.2):

(1.2)

где k- отношение объемных содержаний N₂и О₂ в дутье.

При n=1,05 k=3,762

6. Находим состав продуктов сгорания:

_, ;

.

_, ;

.

_, ;

.

_, ;

.

_, ;

.

Процентный состав продуктов сгорания:

;

;

.

7. Находим плотность продуктов сгорания по формуле (1.3):

(1.3)

Таблица 2 – Плотности продуктов сгорания

СО2	СО	СН4	Н2	N2	C2H6	C3H8	C4H10	C5H12	H2O	O2
1,964	1,250	0,714	0,089	1,250	1,339	1,964	2,589	3,214	0,804	1,429

Правильность расчета проверяем материальным балансом (таблица 3).

Таблица 3 – Составление материального баланса

Поступило, кг	Получено, кг

Продолжение таблицы

∑=1,1090; воздух: =5,5308. всего: ∑+ воздух=6,63.

всего: ∑=6,63. Погрешность: ∆=

8. Для определения калориметрической температуры горения необходимо найти энтальпию продуктов сгорания:

, кДж/м³;

кДж/м³.

, кДж/м³;

кДж/м³.

, кДж/м³;

кДж/м³.

,

.

Приняв пирометрический коэффициент равным , находим действительную температуру газов:

;

.

2. РАСЧЕТ ВРЕМЕНИ НАГРЕВА МЕТАЛЛА

Температуру уходящих из печи газов принимаем . Температура в томильной зоне на 50°С выше нагрева металла. Поскольку основным назначением методической зоны является медленный нагрев металла до состояния пластичности, то t в центре металла при переходе из методической зоны в сварочную должна быть порядка 500°С. Разность температур между поверхностью и серединой заготовки для методической зоны печей можно принять 700-800 °С.

1. Определим ориентировочные размеры печи

При однорядном расположении заготовок ширина печи находится следующим образом:

,

где - зазоры между слябами и стенками печи.

По конструктивным соображениям высоту печи принимаем равной:

в томильной зоне – 2,5 м.,

в сварочной зоне – 3 м.,

в конце методической зоны: Н_ср=2 м., Н_к=1м.

2. Находим степень развития кладки (на 1м. длины печи) по формуле (2.1):

(2.1)

Для методической зоны:

Для сварочной зоны:

Для томильной зоны:

3. Определяем эффективную толщину газового слоя по формуле (2.2):

(2.2)

В методической зоне:

В сварочной зоне:

В томильной зоне:

4. Расчёт времени нагрева металла в методической зоне

Парциальное давление излучающих газов:

По номограммам [2, с. 23,24] находим степень черноты газов в методической зоне при температуре 1200°С :

Приведенный коэффициент излучения в методической зоне по формуле (2.3):

(2.3)

Средний по длине методической зоны коэффициент теплоотдачи излучением находим по формуле (2.4):

(2.4)

Определим температурный критерий по формуле (2.5):

(2.5)

Находим среднюю температуру металла в методической зоне:

_{По приложению} IX находим температуропроводность и теплопроводность

и .

Находим критерий Био по формуле (2.6):

(2.6)

По найденным значениям и по номограмме [2, с. 25] находим критерий Фурье F₀=0,6.

Определяем время нагрева металла в методической зоне по формуле (2.7):

(2.7)

Находим температуру центра металла в конце методической зоны.

Согласно номограммам [2, с. 26] для центра пластины при F₀ и Bi температурный критерий .

Температура центра сляба: