Электрическая печь сопротивления СШО-8.16/5

рисунки.dwg

Развернутая длина нагревателя 365 м.
Удельное электросопротивление проволоки в холодном
состоянии 1186 Ом*мм*ммм
Сопротивление нагревателя в холодном состоянии R=11.552 Ом
Сопротивление нагревателя замерять до приварки выводов
Плавку выводов к нагревателю производить электродом ОЗП-8
со стержнем электродов из сплава ОХ23Ю5А (ЭИ595)

МОЕРПЗ.doc.docx

Кафедра Материаловедение
Расчетно-пояснительная записка
К курсовому проекту на тему:
Спроектировать электрическую печь сопротивления СШО-8.165
Определение теплотехнических характеристик и тепловой массивности садки.
Теплотехнические характеристики
- Коэффициент теплопроводности λме
- Коэффициент теплоёмкости сме
- Коэффициент температуропроводности аме
Для реальной садки расчёт производится с учётом коэффициента заполнения садки :
Физические свойства стали 40Х
Температура испытания°С
Модуль нормальной упругости ЕГПа
Модуль упругости при сдвиге кручением GГПа
Плотность стали pкгсм3
Коэффициент теплопроводности Вт(м°С)
Уд.электросопротивление (pНОм м)
Коэффициент линейного расширения (a10-61°С)
Удельная теплоемкость (СДж(кг°С))
Средняя температура нагрева садки
Значения плотности коэффициента теплопроводности λ и удельной теплоемкости c стали и садки при средней температуре [1]
Определение коэффициент температуропроводности ас
ас=222547*46752 =87*10-6(м2с)
Тепловая массивность садки
Расчет ведем по критерию Био где α – суммарный коэффициент теплоотдачи.
S – характеристический размер расстояние между самой горячей и самой холодной точкой в процессе нагрева.
Коэффициент теплоотдачи αизл определяем по закону Стефана – Больцмана:
где спр -приведенный коэффициент (излучательная способность материала)
с0 - излучательная способность АЧТ
– степень черноты материала (=08)
спр=567(1Ec+FcFп(1Еп-1))=576(108+50248164(1085-1))=424 (Втм2*К4)
Находим αизл и αкон для разных температур ( для 20°и 480°С).
αизл480=[((500+273)100)^4-((480+273)100)^4]*42420=753
αизл20=[((500+273)100)^4-((20+273)100)^4]*424480=31
αкон20=11 по рекомендации руководителя
αкон480=20 по рекомендации руководителя
α20=11+31=42 [Вт(м2*к)]
α480=20+753=953 [Вт(м2*к)]
α=( α480+ α20)2=953+42=686
Таким образом критерий Био равен
Садка теплотехнически массивная.
Расчет времени нагрева садки.
Рис. 1. Диаграмма нагрева теплотехнически массивного тела
Определение теплового потока:
На этапе нагрева печи при постоянной мощности (1) рекомендуется принять:
Тогда тепловой поток:
Температура до которой нагревается поверхность садки за время :
=q(c*ρc*S)=194796(547*7792*04)=0011
t’’=(t’’пов-t’пов)=(467-1337)0011=51909c
определяем с помощью графика Будрина.
– относительная температура.
tпеч – температура печи при установившемся нагреве (tпеч=500 °С)
tнач – начальная температура центра на этапе (2)
tп – температура процесса (в нашем случае под процессом имеется ввиду нормализация).
=(500-480)(480-20) = 004
Для полученного интервала температур (2323-880°С) определяем критерий Био:
Bi = α*S λс= 638*0437 =068
Из графика получаем значение критерия Фурье (в нашем случае F0=12)
=((12*042) 8*10-6)3600 62(ч)
3 Расчёт общего времени нагрева садки.
нагрева = 138+ 14+62 9(ч).
Рис. 2. График Будрина
Определение продолжительности цикла работы печи
нагр – время нагрева;
выд – время выдержки;
охл – время охлаждения вместе с печью равно 0;
всп – время на вспомогательные операции.
Время нагрева было рассчитано в пункте 2.2.
Время выдержки выдержки = 6 ч [3]
Время на вспомогательные операции для данной печи назначаем 24 мин=0.4 часа.
Определение производительности печи
Определение основных размеров печи
Исходя из анализа чертежей аналогичных шахтных печей принимаем: диаметр 1200мм;
Расчет теплового баланса
Уравнения теплового баланса:
Qрасх – всё тепло потребляемое печью;
Qпол – тепло идущее на нагрев садки;
Qвсп- потери тепла идущие на нагрев тары и атмосферы печи;
Qкл – тепло пропускаемое кладкой;
Qакк – тепло аккумулируемое всеми составляющими печи (в данном случае тепло аккумулируемое футеровкой);
Qотв – потери тепла через отверстие;
Qохл.вод- тепло отводимое охлаждающими водами (в данном случае пренебрегаем) .
Qнеуч – неучтённые потери;
Для нашего случая Qнеуч=10% от всех учитываемых потерь.
Qприх – энергия потребляемая из сети.
Qткз- тепло отводимое тепловыми короткими замыканиями чем являются муфель и вентилятор.
Расчет теплового потока через боковые стенки
Так как наша печь рассчитана на 500°С то рассмотрим два варианта футеровки. Назначаем материалы слоев однослойной футеровки:
Назначаем материалы слоев однослойной 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=0345 м.
Для второго варианта: 2=018м.
Определяем площади:
Dнар1=12+21=12+20345=189 м
Fвн=Dвн hвн =1.22.1=79128м2 Fвн=79128м2
Fнар= Dнар1(h+21)=189(2.1+20.345)=165575 м2 Fнар=165575м2
Dнар2=12+22=12+2018=156 м
Fнар= Dнар2(h+22)=156(2.1+20.18)=1205 м2 Fнар=1205м2
Назначаем температуры:
На внутренней поверхности футеровки t1=4950C
На внешней поверхности футеровки t2=500C
λш-л=0.314+034910-32725=0409
λп=0.078+031410-3272.5=0164
Определяем потери теплоты через футеровку:
Расчет термических сопротивлений:
Потери тепла через кладку:
-для первого варианта:
-для второго варианта:
Сравним два варианта футеровки
Сравнивая два варианта выбираем второй вариант футеровки т.к. общая цена и суммарные энергозатраты меньше.
Боковые стенки печи выполняем однослойными из пенодиатомита.
Расчет теплового потока через под печи
Под печи выполняем однослойным из пенодиатомита.
Выбираем толщину футеровки .
- коэффициент теплоотдачи от внутренней среды печи к стенке;
Dнар=12+2=12+2018=156 м
Fнар= Dнар(h+2)=156(2.1+20.18)=1205 м2 Fнар=1205м2
На внешней поверхности футеровки t2=450C
λп=0.078+031410-32725=0163565
Расчет теплового потока через свод печи
Свод печи выполняем однослойным из пенодиатомита. Расчет аналогичен расчету пода печи
Расчет теплового потока через крышку
Крышку печи выполняем однослойную из минеральной ваты
минеральная вата =0.23 м
Выбираем температуры
На внутренней поверхности крышки t1=4950C
На внешней поверхности крышки t2=400C
λ=0.044+1.6710-42675=01346
Fвн=Fср=Fнар=(0.5Dотв)2=(092)2=0636 м2 Fвн=0636м2
Qакк=190054629+880815096+190054629+2374713=4684282389 Дж
Qакк на 1 неделю (168 часов) т.к. ц>10 ч.=60 ч.
-соответствует квадратному сечению 0797х0797 м2
φ=0.73 -коэффициент диафрагмирования [4].
Qотв.= Qизл+ Qконв=73524+395500=4028524 Вт
закр= нагр+выд=9+6=15 ч
откр= ц-закр=154-15=04 ч
Qтары=(10..15%)*Qпол=013*170542=2217 Вт
Определение мощности печи
КПД нагревательной камеры: .
Удельный расход энергии: .
Время разогрева печи:
Нагреватели размещаем на боковой поверхности печи.
Установленная мощность зоны Руст=52 кВт
Температура нагрева изделия в печи tпт=5000С
Срок службы нагревателей не менее 10000 ч
Электропитание зоны трехфазным током без трансформатора
Выбираем конструкцию электронагревателей - проволочный зигзаг с относительным витковым расстоянием ld=275
Рис. 3. Значения Wид и удельных мощностей p размещаемых на 1м2 футеровки в зависимости от температур тепловоспринимающей поверхности t и нагревателя tн.
Wид=09 Втсм2 и соответствующая tн=6000С
Выбираем материал Х15Н60
Допустимая удельная поверхностная мощность[4]
W=Wидaэфaгaрaс=0.90.68111.1=0.612 Втсм2
Берем 3 нагревателей каждый мощностью P1=526=86 кВт
Удельное сопротивление сплава Х15Н60 при температуре 6000С
Принимаем стандартное напряжение U1=220 В. Исходя из принятой величины напряжения рассчитываем
Сопротивление нагревателя
Длина одного нагревателя
Действительная температура нагревателя tн=6000С
Размещение нагревателя в печи
Т.к. ed=2.75 то emin=275*d=2.75*6=165 мм
Внутренний радиус изгиба нагревателя
Длина боковой поверхности печи D=*1.2=3768 м
Длина выводов нагревателей l=фут+80 мм=260 мм
Расчет механизма подъема крышки
Определяем массу крышки:
mкрышки=mм.в.+mкожух
mм.в =ρм.вFм.вм.в=19000636023=2779 кг
Vкожух=(12022)20002+(08982)20002+0002023(12022)=
mкож =ρкожVкож=0004478=003 т= 30 кг
mкрышки=mм.в.+mкожух=2779+30=3079 кг308кг
Вес крышки P=mкрышки·g=308·9.8=3018 H
Скорость подъема v=4 ммин = 0067 мс
Высота подъема H=200 мм= 02 м
890Выбираем полиспаст с кратностью а=2 числом ветвей m=1 числом отклоняющих блоков t=0.
Выбираем двигатель 4АС71В8У3 [6]
с мощностью Pдв=03 кВт и частотой n=750 мин-1
Наибольшая сила натяжения в канате
Разрушающая нагрузка должна удовлетворять условию
Выбираем канат двойной свивки типа ЛК-Р конструкции 6Х19 (1+6+66) +1 о.с. по ГОСТ 2688-80 для которого dк=6.9 мм Sпр=18.05 мм2 Fразр=26 кН
Диаметр барабана по дну канавки
Крутящий момент на барабане
Частота вращения барабана
Необходимое передаточное отношение привода
Фактическая скорость подъема
Шаг нарезки барабана p=1.2*dк=8 мм
Длина барабана 8· (2+6)=64 мм
Наибольший момент на тихоходном валу
Эквивалентный момент на выходном валу
Выбираем редуктор Ч-63 iР=63 THlim=120 Нм
Выбираем упругую муфту с пальцами
Т=63 Нм d=22мм по ГОСT 21424-75
Расчет ориентировочной стоимости печи.
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.
Таблица9.1. Стоимость основных материалов
Суммарная стоимость печи
Таблица 9.2. Зарплата основных рабочих
Суммарная зарплата рабочих
Таблица 9.3. Заводская себестоимость
Заводская себестоимость печи
Заводская себестоимость печи З.с.= руб.
Плановая себестоимость печи П.с. =З.с.+003З.с. = 5656245 руб.
Плановая цена П.ц.=103П.с.=582593 руб.
Таблица технико-экономических показателей.
Размеры рабочего пространства:
Максимальная температура
Температура выдачи металла
Время нагрева печи до заданной температуры
Время нагрева деталей
Время выдержки деталей
Производительность печи
Установленная мощность
Число регулируемых зон
Распределение мощности по фазам
Удельный расход энергии
Мощность холостого хода
Список использованной литературы
Лекции Гришина В.И.
Рустем С.Л. Оборудование и проектирование термических цехов. М. Машгиз 1962
Свенчанский А.Д. Электрические промышленные печи.