Электрическая печь сопротивления СНЗ-7.12.49

44444.cdw

мой 11.cdw

мой 111.cdw

СНЗ – 7.12.49.doc

Московский Государственный Технический Университет им. Н.Э. Баумана
кафедра Материаловедение
Расчетно-пояснительная записка
К курсовому проекту на тему:
Спроектировать электрическую печь сопротивления
(Райкина С.Н.) Группа 8-82
Характеристика материала ст
Теплотехнические характеристики садки и тепловой массивности
Расчет времени нагрева
Определение продолжительности цикла работы
Определение основных размеров
Расчет теплового баланса и определение мощности
Расчет механизма подъема
Определение ориентировочной себестоимости печи (в ценах 1973 г.)
Составление таблицы ТЭП
Краткое описание печи.
В данном курсовом проекте разработана камерная печь сопротивления с
защитной атмосферой – СНЗ - 7.12.49. Печь служит для закалки деталей из
Габаритные размеры 1665х2400х2100мм.
Максимальная температура нагрева печи t = 900ºС.
В качестве огнеупорного материала для этой печи применён шамот
В качестве теплоизолирующего материала для этой печи применена шлаковая
Кожух печи выполнен из стали 10 (лист) толщиной 5мм.
Для загрузки и выгрузки садки в печи предусмотрено отверстие с
размерами 450х800мм закрытое дверцей.
Так как печь расчитана на работу с защитной атмосферой то она
герметизирована и снабжена пламенной завесой срабатывающей при открывании
Для печи выбраны проволочные нагреватели из Х20Н80 имеющие
конструкцию «проволочный зигзаг». Питание нагревателей от источника
трехфазного тока через трансформатор. Напряжение 220В. Нагреватели
располагаются на боковых стенках и в поду печи. Форма зигзага обеспечивает
надежность в применении и простоту при монтаже.
Печь оборудована механизмом подъема с ручным приводом.
Для контроля рабочей температуры используются термопары.
Характеристика материала ст 40.
Физические свойства.
Град Втм·град кгм3 Джкг·град
Т – температура при которой были получены данные свойства.
λ – коэффициент теплопроводности (теплоемкость материала)
ρ – плотность материала.
с – удельная теплоемкость материала.
Теплотехнические характеристики садки и тепловой массивности садки.
Расчет будем вести по средней температуре процесса.
Тогда характеристики материала берем
λМе = [pic]065*54=351 Втм·град
ρМе =[pic]065* 7850 =51025кгм3
а – коэффициент температуропроводности.
k – коэффициент заполнения садки.
Тепловая массивность садки определяется по критерию Био.
α – суммарный коэффициент теплоотдачи.
S – характеристический размер расстояние между самой горячей и самой
холодной точкой в процессе нагрева.
Оценивая габариты садки (07м × 12м × 04м) приходим к выводу что [pic]м
αизл – коэффициент теплоотдачи излучением
αк - коэффициент теплоотдачи конвекцией.
– степень черноты для сталей = 08
с0 = 567 Втм2·К4 – излучательная способность АЧТ
Тп – температура печи
Тс – температура садки.
Берем из лабораторных работ:
Так как Bi = 024 ( 05 следовательно садка является теплотехнически
Расчет времени нагрева садки.
Тепловой поток: [pic] где Тп- температура печи Тс- температура садки.
На данном этапе нагрева [pic]
[pic]-температура до которой нагревается садка за период [pic](период
нагрева при постоянной мощности).
[pic] где[pic]- тепловоспринимающая поверхность садки
[pic]- температура садки при загрузке G-масса
Находим [pic]- период нагрева при постоянной температуре печи:
[pic] Время нагрева садки: [pic]
Определение продолжительности цикла работы печи
Производительность:[pic]
Определение основных размеров печи.
Глубина печи: L = 12 + 03 = 15 м
Ширина печи: В = 07 + 2 · 015 = 10 м
Площадь печи: S = 1 · 15 = 15 м2
Высота печи: Н = 04 + 01 + 015 = 065 м
Разгрузочно-загрузочное отверстие:
Высота: Hотв. = 04 + 005 = 045 м
Ширина: Sотв. = 07 + 2 · 005 = 08 м
Расчет футеровки печи
Так как наша печь рассчитана на 1100°С то назначим материалы слоев
трехслойной футеровки:
Толщина слоя футеровки зависит от множества факторов. Окончательно ее
определяют расчетом однако до расчета ее необходимо назначить. На данном
этапе рекомендуется принять ее такой чтобы температура на наружной
поверхности tн не превышала 60°С из соображений техники безопасности. В то
же время если tн 40°C то считается что футеровка получается слишком
громоздкой и экономически невыгодной .
Для первого варианта.
Назначаем толщину слоёв: (1=0065м(2=0115м (3=013м
Определяем площади: [p
где Fвн – площадь внутренней поверхности футеровки
Fн – площадь наружной поверхности футеровки
F1-площадь на границе раздела футеровки.
Средняя площадь футеровки:
Назначаем температуры
Определяем потери теплоты через футеровку: [pic]
где tвн- температура внутреннего пространства печи; tокр- температура
окружающего пространства; [pic]коэффициенты теплоотдачи от внутренней
среды печи к стенке и от стенки к окружающему воздуху соответственно;
[pic]коэффициент теплопроводности футеровки.
Поскольку при выборе граничных температур очень велика вероятность
ошибки необходима проверка правильности назначенных температур.
Результаты расчета показывают является ли заданная толщина футеровки
Разброс температур ([pic][pic] и [pic] не превышает 5°С.
Расчеты футеровки для передней и задней стенок а также для пода и свода
печи представлены в приложении.
Сравним два варианта футеровки
Материал Q Вт м t2°С
Шл + мв 487865 0215 50
Ш + шл + мв 533578 031 50
Сравнивая два варианта выбираем первый вариант футеровки т.к. общая
цена и суммарные энергозатраты меньше.
Расчет теплового баланса и определение мощности печи
Уравнение теплового баланса для электрических печей имеет следующий вид:
[pic] (дополнительно учитываются потери в электрических кабелях которые
можно принять в 16% от общего расходуемого тепла).
Общий расход тепла определяется следующими статьями:
)Расход тепла на нагрев металла (садки):
[pic] где[pic]- разница между температурой металла при его загрузке и
температурой до которой металл нагревается в печи.
)Расход тепла на нагрев приспособлений (приспособления изготовлены из
)Потери тепла через кладку печи :
)Потери тепла на аккумуляцию кладки. Эта статья имеет большое значение для
периодически действующих печей. Период работы нашей печи [pic].
[pic][pic][pic][pic]
[pic]- коэффициенты теплоемкости шамота-легковеса и шлаковаты
соответственно [pic]1(2-плотность шамота-легковеса и шлаковаты m1m2-
масса шамота-легковеса и шлаковаты [pic]1[pic]2-разница между средней
температурой соответствующей части футеровки и температурой окружающей
среды [pic][pic]- средняя площадь соответствующей части футеровки.
)Потери тепла сквозь периодически открывающиеся двери.
где[pic]-степень черноты излучающего тела F-площадь отверстия (двери)
[pic]- коэффициент диафрагмирования [pic]- абсолютная температура
излучающего тела [pic]- абсолютная температура воздуха вокруг печи.
H – высота отверстия
S – ширина отверстия
) Неучтенные потери: [pic]
Общий расход тепла: [pic]
Коэффициент полезного действия печи: [pic]
Установленная мощность печи: [pic]
Время разогрева печи: [pic]
Удельный расход энергии:[pic]
Уравнение теплового баланса для печи имеет следующий вид:
Расчет и размещение нагревателей.
Для более равномерного нагрева садки разместим один нагреватель на
боковых стенках и два в поду печи. Так как наиболее худшие условия работы
нагревателей будут в поду печи то проведем расчет для этой зоны.
Материал нагревателя: Х20Н80 (удельное электрическое сопротивление
[p плотность [p проволочный зигзаг.
Рис1. Схема включения трёхфазного нагревательного
Установленная мощность зоны:
Температура нагрева изделия:
Площадь поверхности садки в этой зоне воспринимающей излучение:
Срок службы нагревателей не менее 10000 ч.
Поверхность пода занятая нагревателями Fп = 2(15*1)+2(065*15) = 495
) Удельная мощность которую необходимо разместить на 1м2:
По рисунку 2 определяем:
Рис.2. Значения Wид и удельных мощностей p размещаемых на 1м2 футеровки в
зависимости от температур тепловоспринимающей поверхности tт.п.. и
Для проволочного зигзагообразного нагревателя и заданных условий его работы
рассчитывается допустимая удельная поверхностная мощность:
αp=0.8 т.к. [pic] (рис.4)
с =105 т.к [pic] ккалм2·ч·К4(рис.5)
Рис.3. Значения коэффициента [pic]. Рис.4. Значения
коэффициента размера [pic].
Рис.5. Значения коэффициента [pic] в зависимости от величины приведенного
коэффициента излучения[pic].
) Определение реальных размеров нагревателей
Мощность одного нагревателя: [pic]кВт где
n = 2 – число параллельных нагревателей.
) Диаметр нагревателя:
) Сопротивление нагревателя:
) Длина одного нагревателя:
условие выполняется т.е. оставляем d=32мм.
Проверка 2 по температуре.
Площадь поверхности нагревателей:
tн = 900°С tн = 950°С условие выполняется.
Так как температура нагревателя получилась меньше максимально
допустимой и условия всех проверок выполняются следовательно нагреватель
пригоден к эксплуатации в данных условиях.
) Назначаем шаг зигзага:
t ≥ 5.5 · d = 5.5 · 32 = 176 мм принимаем t = 344 мм.
) Назначаем высоту зигзага из анализа свободного пространства пода :
) Длина нагревателя в свернутом виде.
Длина одного шагового витка:
Количество зигзагов:
Длина нагревателя в свернутом виде:
[pic]11) Расчет выводов нагревателя.
Диаметр вывода нагревателя выбираем из соотношения площадей
поперечных сечений проволоки и нагревателя:
[pic]мм принимаем 56 мм.
) Расчёт массы одного нагревателя.
Плотность Х20Н80: ρ = 84 гсм3.
Расчет механизма подъема дверцы.
Механизм подъема представляет собой ручной привод.
Определение массы дверцы.
Кожух толщиной 5мм из стали с плотностью 7800 кгм3:
Определение усилия подъема.
f = 05 – коэффициент трения
= 25 – коэффициент запаса.
Усилие подъема с противовесом:
Определение длины рукоятки.
Н = 480 мм – ход дверцы.
Принимаем диаметр ведомой звездочки D = 70 мм.
Момент на звездочке:
Момент рабочего должен быть больше момента на звездочке:
[pic] отсюда длина рычага
[pic]м принимаем L = 03 м.
Определение ориентировочной себестоимости печи (в ценах 1973 г.).
Для определения ориентировочной себестоимости печи будет достаточно
найти стоимость материалов для изготовления печи стоимость работ основных
рабочих а также определить размер цеховых и заводских расходов
Таблица 1. Стоимость основных материалов и узлов печи
№ Наименование Количество Оптовая Стоимость
Шлаковая вата 148м3 63рубм3 932
Шамот-легковес 054т 942 рубт 50868
Чугунная подина 140кг 60 копкг 84
Керамические втулки 9шт 1 рубшт 9
Нихром Х20Н80 618 кг 280 173
Металлоконструкция 530 кг 120 636
Термопара 2 9 рубшт 18
Суммарная стоимость материалов печи 12823 руб
Таблица 2. Зарплата основных рабочих
№ Профессия Объем работы Разряд Ставка копчЗарплата
Слесарь 100 часов 3 42 42
Сварщик 30 часов 4 47 141
Электрик 2 часа 3 42 084
Огнеупорщик 10часов 3 42 42
Суммарная зарплата рабочих 6114
Таблица 3. Заводская себестоимость
№ Статьи расхода Сумма руб Примечания
Материалы и узлы 12823
Зарплата основных рабочих 6114
Цеховые расходы 19565 320% от таблицы 2
Заводские расходы 4891 80% от таблицы 2
Заводская себестоимость печи 1588 руб.
Заводская себестоимость печи З.с. = 1588 руб.
Плановая себестоимость печи П.с. = З.с. + 003 · З.с. = 103 · 1588 =
Плановая цена П.ц. = 103 · П.с. = 103 · 4971 = 168471 руб.
Составление таблицы ТЭП печи.
№ Название параметра Единица Значение
Назначение печи Печь для
Размеры рабочего пространства:мм
Габаритные размеры: мм
Стоимость печи руб. 168471 руб.
Максимальная температура 0С 900
Температура выдачи металла 0С 890
Время нагрева печи до заданнойчас 22
Время нагрева час 63
Производительность печи кгчас 26376
Установленная мощность кВт 67
Число регулируемых зон 1
Напряжение на клеммах В 220
Удельный расход энергии кВт · часкг 0253
Мощность холостого хода кВт 212
Марочник сталей и сплавов. Под ред. В.Г. Сорокина М.: Машиностроение
Б.Н. Арзамасов. Методика расчёта печей. Учебное пособие МГТУ 1973.
Рустем С. Л. Оборудование и проектирование термических цехов. М.:
А. Д. Свенчанский. Электрические промышленные печи. М.:
Государственное Энергетическое Издательство 1958.

Спецификация-футеровка.bak.cdw

МГТУ им. Н. Э. Баумана

ТЭП.cdw

Размеры рабочего пространства
Максимальная температура
Температура выдачи металла
Время нагрева печи до заданной
Время нагрева и выдержки
Производительность печи
Установленная мощность
Число регулируемых зон
Напряжение в клеммах
Удельный расход энергии
Мощность холостого хода