1. Объем и содержание проекта

Курсовой проект предусматривает выполнение расчета установленной мощности, расчета нагревателей и расчета механизма перемещения загрузки электропечи сопротивления непрерывного действия и разработку основных конструктивных элементов печи: футеровки, нагревателей и механизма перемещения загрузки. Кроме того, составляется электрическая принципиальная схема печи. Разработка печи ведется в соответствии с ГОСТ 17658-80 «Электропечи сопротивления. Общие технические условия». Проект состоит из расчетно-пояснительной записки на 15-20 страницах и графической части – 2,5-3,5 листов чертежей формата А1.

В проекте конструктивно разрабатываются чертежи общего вида, дающие достаточно полное представление об устройстве печи и механизма перемещения загрузки по печи, и чертежи одного из узлов конструкции печи, согласно заданию на проект. Также представляется электрическая принципиальная схема питания и управления печью.

В задании на проект указываются: назначение, тип и производительность печи; характеристики (геометрия и теплофизические параметры) загрузки; температурный режим (конечная температура нагрева загрузки, время нагрева и, если необходимо, время выдержки при постоянной температуре и время охлаждения); состав атмосферы в печи.

При выполнении проекта необходимо пользоваться рекомендованной в задании литературой, материалами кабинета проектирования МЭИ, имеющимся на кафедре ФЭМАЭК атласом конструкций электропечей сопротивления непрерывного действия, ресурсами сети Internet.

2. Выбор размеров рабочего пространства печи

До начала проектирования необходимо по рекомендованной в задании на проект литературе ознакомиться с особенностями конструкции и расчета разрабатываемой печи.

Затем, основываясь на исходных данных задания на проектирование, необходимо определить размеры рабочего пространства печи и места размещения нагревателей.

В печах без существенных тепловых коротких замыканий (печи с пульсирующим подом, конвейерные без поддерживающих роликов, толкательные, туннельные) нагреватели целесообразно размещать на своде и в поду. При наличии существенных тепловых коротких замыканий (ролики рольганга, поддерживающие ролики в конвейерных печах, щели в поду в печах с шагающим подом и карусельных) нагреватели размещаются также на боковых стенках. Это делается для того, чтобы избежать недогрева боковых стенок в сравнении со сводом и, как следствие, неравномерного распределения теплового потока по поверхности футеровки. К размещению нагревателей на боковых стенках также можно прибегнуть, если нагреватели не удается разместить только на своде и в поду из-за большой расчетной длины (см. главу 3). В барабанных печах нагреватели размещают на своде, в поду и на боковых стенках.

Расчетная ширина рабочего пространства определяется шириной изделий или поддонов и принятой схемой укладки (в один или несколько рядов по ширине печи). Если загрузка перемещается в поддонах, поддоны принято располагать широкой стороной вперед. В конвейерных печах с насыпной загрузкой задаются шириной конвейерной ленты в пределах 0,4…1,4 м. Расчетная ширина рольганговых печей составляет 0,6…1,4 м, толкательных, в зависимости от ширины поддона и количества рядов поддонов – 0,5…3,2 м, с шагающим подом – обычно 0,35…0,4 м, с пульсирующим подом – 0,2…0,8 м. Расчетная ширина кольцевого пода карусельных печей (разность наружного и внутреннего диаметров) составляет 0,5…4 м.

К расчетной ширине рабочего пространства необходимо прибавить 0,3…0,5 м (учет боковых зазоров).

Для печей высокой производительности рекомендуется принимать большую ширину рабочего пространства, т.е. укладывать изделия в большее количество рядов по ширине печи. При этом длина рабочего пространства получается меньшей, как следствие, упрощается конструкция механизма перемещения загрузки (не требуются поддерживающие ролики в конвейерных печах, составные балки в печах с шагающим подом и т.п.), уменьшается количество тепловых зон, а значит, сокращается номенклатура электрооборудования. Следует помнить, что увеличение ширины печи повышает механические нагрузки на футеровку свода и часто требует использования арочной конструкции свода.

Высоту рабочего пространства представляется целесообразным принимать минимальной с учетом габаритов загрузки и возможности размещения нагревателей. Однако для удобства монтажа и обслуживания нагревателей необходимо либо искусственно увеличивать высоту рабочего пространства, либо предусматривать съемную конструкцию свода, которая более сложна.

Для расчета длины рабочего пространства следует определить погонную загрузку, т.е. массу загрузки, приходящуюся на 1 м длины печи.

В случае насыпной загрузки без поддона (конвейерные печи) погонная загрузка, в кг/пм, определяется как

g= _VBh_н, (1)

где _V - заданная объемная масса насыпной загрузки, кг/м³; B – ширина конвейерной ленты, м; h_н – толщина насыпи, м. Толщина насыпи выбирается проектировщиком. Во избежание значительных температурных перепадов в загрузке не рекомендуется принимать толщину насыпи более 6…8 см (для стали).

В случае загрузки, перемещаемой в поддонах, погонная загрузка, в кг/пм, определяется как

g= nG_{и. пд} / A, (2)

где n - количество поддонов по ширине печи; G_{и. пд} – масса изделий в одном поддоне, кг (заданная или рассчитанная по геометрическим размерам и плотности загрузки или объемной массе насыпной загрузки); A – геометрический размер поддона в направлении движения (длина), м.

В толкательных печах поддоны устанавливаются вплотную друг к другу. В печах других типов поддоны могут двигаться с интервалами. В этом случае значение погонной загрузки, полученное по ф. (2), необходимо умножить на поправочный коэффициент k_и, определяемый как

k_и=A/(A+), (3)

где  – интервал между поддонами, м.

В случае загрузки в виде отдельных изделий (не насыпной) без поддонов погонная загрузка также определяется по ф. (2), (3), только вместо массы изделий в поддоне, длины поддона и интервала между поддонами используются масса и длина изделия и интервал между изделиями.

Для барабанных печей погонная загрузка принимается равной 80…120 кг/пм.

Длина участка нагрева, м, определяется как

L_нг=E_нг /g, (4)

где E – заданная производительность печи, кг/ч; _нг – заданное время нагрева загрузки, ч; g – погонная загрузка, кг/пм.

Аналогично, но по времени выдержки и времени охлаждения, определяются длина участка выдержки L_выд и длина участка охлаждения L_охл, если такие стадии технологического процесса предусмотрены заданием.

Общая длина рабочего пространства определяется как

L= L_нг+L_выд+L_охл. (5)

При определении практической (габаритной) длины печи, помимо длины рабочего пространства, рассчитанной по ф. (4), (5), следует учитывать необходимость размещения барабанов конвейеров, столов загрузки и выгрузки, желоба для приема насыпной загрузки, опор барабана и т.п.

Для карусельных печей по длине рабочего пространства с учетом мест загрузки и выгрузки определяется средний диаметр кольцевого пода D_ср, равный L/3,14.

Для барабанных печей отношение диаметра барабана к расчетной длине рабочего пространства (длине активной части барабана) составляет 0,17…0,25. Следует помнить, что для нагрева стали барабаны длиной активной части более 3,5 м не используются из-за опасности прогиба барабана в условиях высокой температуры. Барабаны большей длины используются, когда погонная загрузка существенно ниже, например для обжига цементного клинкера.

При длине участка нагрева или выдержки более 3 м необходимо разделить участок по длине на тепловые зоны. При использовании неконтролируемого охлаждения участок охлаждения на зоны не разбивается. Под тепловой зоной понимается группа нагревателей, управляемых одним регулятором мощности по одному сигналу обратной связи по температуре. Для горизонтальных печей длина тепловой зоны составляет 1…3 м. Обычно длины тепловых зон в пределах участка выдержки или охлаждения принимаются одинаковыми. Рекомендуется выбирать длину тепловой зоны в пределах 1,5…2,5 м. Это не означает, что при длине участка нагрева, например, 2,6 м, его необходимо разделять на две зоны.

В любом случае для оценки правильности определения размеров рабочего пространства печи рекомендуется сравнить полученные размеры с данными серийных печей-прототипов того же типа и схожей производительности [1].