Электрическая печь сопротивления СШО-8.8/2

нагреватель.dwg

1.*Размеры для справок.
Развернутая длина нагревателя 4244м.
Удельное электросопротивление проволоки в холодном
состоянии 115 Ом*мм*ммм.
Сопротивление нагревателя в холодном состоянии R=538 Ом.
Сопротивление нагревателя замерять до приварки выводов.
Плавку выводов к нагревателю производить электородом ОЗП-8
со стрежнем электродов из сплава ОХ23Ю5А (ЭИ595).

МП.dwg

Футеровка.cdw

ТЭП.dwg

Таблица технико-экономических показателей

Общий вид.cdw

Записка.doc

МГТУ им. Н.Э.Баумана
Кафедра Материаловедение
Расчетно-пояснительная записка
К курсовому проекту на тему:
Спроектировать электрическую печь сопротивления СШО-8.82
Краткое техническое описание печи СШО-8.82.
Определение теплотехнических характеристик и тепловой массивности садки.
1.Теплотехнические характеристики.
2.Тепловая массивность садки.
Расчет продолжительности нагрева.
Определение основных размеров печи.
Тепловой баланс электрической печи.
Расчет нагревателей.
Определение ориентировочной себестоимости печи.
Список использованной литературы.
Тема курсового проекта - спроектировать электрическую печь сопротивления
СШО-8.82. В техническом задании предлагается спроектировать печь для
отпуска деталей из стали ШХ15 с коэффициентом заполнения садки К=0.65.
СШО-8.82 - печь сопротивления шахтная с окислительной атмосферой.
Диаметр садки (8дм=0.8 м=800мм
Высота садки 8дм=0.8м=800мм
Максимальная температура нагрева печи t=200°C
Назначение: шарики диаметром до 150 мм ролики диаметром до 23 мм кольца
подшипников с толщиной стенки до 14 мм втулки плунжеров плунжеры
нагнетательные клапаны корпуса распылителей ролики толкателей и другие
детали от которых требуется высокая твердость износостойкость и
контактная прочность.
Температура критических точек
Критическая точка°С
Технологические свойства
Температура ковки: начала 1150 конца 800. Заготовки сечением до 250 мм
охлаждаются на воздухе 251-350 мм – в яме.
Свариваемость: способ сварки: КТС.
Обрабатываемость резанием: в горячекатаном состоянии при НВ=202 и (B = 740
МПа K тв.спл. = 0.90 K б.ст. = 0.36 [1].
Склонность к отпускной способности: склонна
Флокеночувствительность: чувствительна
Шлифуемость: хорошая
Физические свойства стали ШХ15 как: модуль нормальной упругости модуль
упругости при сдвиге кручением плотность коэффициент теплопроводности
удельное электросопротивление коэффициент линейного расширения и удельная
теплоемкость даны в приложении.
1. Теплотехнические характеристики
Данные по теплотехническим характеристикам стали ШХ15 представленные в
приложении взяты из [1].
Средняя температура нагрева садки
Значения плотности ( коэффициента теплопроводности λ и удельной
теплоемкости c стали и садки при средней температуре
Обозначение Для стали 15Х для садки
c Дж(кг(0С) 674 674
2. Тепловая массивность садки
Расчет ведем по критерию Био [pic]
S=0.5(d=0.5(8=0.4 м [pic]
Значение суммарного коэффициента теплоотдачи [pic] берем из [2]. При
средней температуре [pic] он будет равен
Таким образом критерий Био равен [pic]
Садка является теплотехнически тонким телом. В связи с тем что
термообработка проводится с плавным медленным охлаждением после нагрева
(нет опасности коробления) – низкотемпературный отпуск следовательно
данное тело можно считать теплотехнически тонким (в данных условиях).
Расчет продолжительности нагрева
При нагреве тонких изделий в печах периодического действия период нагрева
можно разбить на два этапа:
(1 - период нагрева при постоянном тепловом потоке(постоянной мощности) и
(2 - период нагрева при постоянной температуре нагрева печи.
Величина удельного теплового потока подчиняется закону Ньютона-Рихмана:
q = (((tп – tс ) где
tп=09((200(+273К)=4257К – температура печи
tс=05( tп=05(473=2365К – температура садки
q=22(4257-2365)=41624Втм2
Gc=Vc((c=((R2(h((c=3.14(0.42 (0.85(060=2034кг – вес садки
Fc=2((R2+2((R(h=2(3.14(0.42+3.14(2(0.4(0.8(3м2 – площадь садки
To=20(+273K=293K – начальная температура
Tc’=Tп – q(=473-4162422=284К – температура садки в момент окончания (1
В моем случае (1 очень мало мы ней пренебрегаем и считаем что
(ц=(н+(выд+(охл+(всп
т.к. в печи производят отпуск то (охл=0
цикла= 1268+2+032=15ч
Производительность печи g=Gcцикла=203415=1356 кгч
Исходя из анализа чертежей аналогичных шахтных печей принимаем: диаметр
Тепловой баланс электрической печи
Qрасх=Qпол+Qвспом+Qкл+Qакк+ Qотв+Qнеучт
) Расчет теплового потока через под печи.
Под печи выполняем однослойным из строительного (красного) кирпича.
Dнар=12+2(=12+2(0115=143 м
Fвн=(((Dвн)24=(((1.2)24=11304м2 Fвн=11304м2
Fнар=(((Dнар)24=(((143)24=16052м2 Fнар=16052м2
(= 1163(07+04(10-3(tср) Втм(К
Выбираем температуры
На внутренней поверхности футеровки t1=1900C
На внешней поверхности футеровки t2=500C
(=1163(07+04(10-3(120)=08699 Втм(К
t(1=200-95339(0.0402=16167 0C
t(2=200-95339((0.0402+0.0967)=6948 0C
t"2=20+95339(0.0519=6948 0C
t"1=20+95339((00967+00519)=16167 0C
Исходя из проверки выбираем новые температуры (чтобы уменьшить t2 –
Dнар=12+2(=12+2(0180=156 м
Fнар=(((Dнар)24=(((156)24=19104м2 Fнар=19104м2
На внутренней поверхности футеровки t1=1670C
На внешней поверхности футеровки t2=560C
(=1163(07+04(10-3(1115)=08193 Втм(К
t(1=200-78844(0.0402=168305 0C
t(2=200-78844((0.0402+0.1445)=5438 0C
t"2=20+78844(0.0436=5438 0C
t"1=20+78844((0.0436+0.1445)=168305 0C
(t1=13050C (t2=1.620C
[pic] при t1=1670C и t2=560C
) Расчет теплового потока через боковую поверхность печи.
Для боковой поверхности берем 1 слой – красный кирпич (=0.180 м
Fвн=((Dвн(hвн =((1.2 (1.2=4.5216м2 Fвн=4.5216м2
Fнар= (( D1((h+2(()=
=(((1.2+2(0.18)(1.2+2(0.18)=7.6415 м2 Fнар=7.6415м2
(=1163(07+04(10-3(111.5)=08193 Втм(К [pic]
t(1=200-315236(00101=16816 0C
t(2=200-315236((00101+00361)=54360C
t"2=20+315236(00109=5436 0C
t"1=20+315236((00109+00361)=16816 0C
Окончательно принимаем
) Расчет теплового потока через свод печи.
Свод печи выполняем однослойным из красного кирпича.
F1= Fотв= (((Dотв) 24=(((09)24=063585м2 F1=0.63585м2
F2=(((Dнар)24- Fотв =19104-063585=127455м2 Fнар=127455м2
Fср=[pic]м2 т.к.[pic]
(=1163(07+04(10-3(111.5)=08193 Втм(К
t(1=200-47256(00715=166210C
t(2=200-47256((00715+0244)=5091 0C
t"2=20+47256(00654=5091 0C
t"1=20+47256((00654+0244)=16621 0C
) Расчет теплового потока через крышку.
Для крышки выбираем 2 слоя
красный кирпич (1=0065 м
минеральная вата (2=003 м
(1=1163(07+04(10-3( t1ср) Втм(К
(2=1163(0041+000012( t2ср) Втм(К
Fвн=F1=(((Dотв)24=(((09)24=063585 м2 F1=063585м2
Fнар=F2=(((D)24=(((12)24=11304 м2 F2=11304м2
На внутренней поверхности крышки t1=1820C
На границе первого и второго слоев t2=1500C
На внешней поверхности крышки t3=400C
(1=1163(07+04(10-3( 166)=08218 Втм(К
(2=1163(0041+000012( 95)=00609 Втм(К
t(1=200-25517(00715=18176 0C
t(2=200-25517((00715+01244)=15001 0C
t(3=200-25517((00715+01244+04358)=3881 0C
t"3=20+25517(00737=3881 0C
t"2=20+25517((00737+04358)=15001 0C
t"1=20+25517((00737+04358+01244)=18176 0C
[pic] при t1=1820C t2=1500C и t3=400C
Qпол=g(c((Tk-Tн)3600=1356(674((200-20)3600=4570Вт
[pic] - излучением пренебрегаем
Qотв= Qконв=395638 Вт
закр= ц-всп =15-032=1468 ч
Qтары=(10 15%)*Qпол=12%(4570)=5484 Вт
Qнеучт=10% (Qкл+ Qдв. период+ Qакк.) = =10%((466853+8903+33728)= 1392 Вт
Qрасх=Qпол+Qвспом+Qкл+Qакк+ Qотв+Qнеучт=
=4570+5484+466853+33728+8903+1392=2041921 Вт
Qприх=1016(Qрасх =1016(2041921=2074592 Вт
Pуст =k1(Qпол+Qвспом)+k2(Qрасх-Qпол-Qвспом)=13(4570+5484)+
+12(2041921-4570-5484)=665392+18360972=25014892 Вт
Принимаем Pуст =25 кВт
Удельный расход теплоэнергии A=Pустg=251356=0184 кВт·чкг
Время разогрева печи: [pic]
Нагреватели размещаем на боковой поверхности печи.
Установленная мощность зоны Руст=25 кВт
Температура нагрева изделия в печи tпт=2000С
Срок службы нагревателей не менее 10000 ч
Выбираем конструкцию электронагревателей - проволочный зигзаг с
относительным витковым расстоянием ld=275
Температура нагревателя tн=3000С
Wид=18 Втсм2 и соответствующая tн=9500С
Выбираем материал Х15Н60 и d=3 мм
Выбираем допустимую удельную поверхностную мощность из графика (рис.П7-10.
Допустимая удельная повехностая мощность нагревателей электрокалориферов и
циркуляционных печей при tвозд=2000С (t=3000С tнагр=5000С Wид=08; 055
Wид= Wизл+ Wконв=08+13=21 Втсм2
Берем 3 нагревателя мощностью P1= 9 кВт
Удельное сопротивление сплава Х15Н60 при температуре 3000С
1. Расчет 1-го нагревателя.
Напряжение в сети 220 В.
Длина одного нагревателя
Рассчитываем сопротивление нагревателя
Площадь электронагревателя
Fнагр1 = L1(((d1 =4244(314(34(10-3=04531 м2
Проверка: [pic] [pic] нагреватель проходит по удельной поверхностной
Проверка по размещению:
Lкр=2(((R=2(314(122=3768 м – длина которую мы не должны превышать
t ( 55(d1 =55(34=187 мм – шаг зигзага
Н=150(400 мм – высота зигзага
t1 = 97(d1=97(34=3298мм
Lш=2(Н–t2)+((t2=2(1406-32982)+314(32982=2498+5178= =30004 мм
n1=lLш=4240030004=11013
L1= n1( t1=11013(3298=3632м
Выводы: Lвыв=(+70(100мм=180+70=260мм
Dвыв=59мм (т.к. Dвыв2=3 d2)
2. Расчет 2-го нагревателя.
Fнагр2 = L2(((d2 =4493(314(34(10-3=04797 м2
t2 = 71(d2=71(34=2114 мм
Lш=2(Н–t2)+((t2=2(1431-24142)+314(24142=26206+3789 =29995 мм
n2=lLш=4493029995=14979
L2= n2( t2=14979(2414=3616 м
3. Расчет 3-го нагревателя.
Fнагр3 = L3(((d3 =5092(314(34(10-3=05436 м2
t3 = 63(d3=63(34=2142 мм
Lш=2(Н–t2)+((t2=2(1438-21422)+314(21422=26618+3363 =29981 мм
n3=lLш=5092029981=16984
L3= n3( t3=16984(2142=3638 м
Расчет механизма подъема крышки
Определяем массу крышки:
mкрышки=mм.в.+mкир+mкожух
mкир=ρкир(Fкир(кир=1600 (2063585(0065 =6612 кг
mм.в =ρм.в(Fм.в(м.в=1900(11304(003=64433 кг
Vкожух=(((12022)2(0002+(((08982)2(0002+((0002(003(12022)=
mкож =ρкож(Vкож=000368(78=0028704 т= 28704 кг
mкрышки=mм.в.+mкир+mкожух=64433+6612+28704=99749 кг(100кг
Вес крышки P=mкрышки·g=100·9.8=980 H
Скорость подъема v=2 ммин
Высота подъема H=200 мм= 02 м
Выбираем полиспаст с кратностью а=2 числом ветвей m=1 числом отклоняющих
Выбираем двигатель 4АС71В8У3
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 Н(м
Выбираем упругую муфту с пальцами
Т=63 Н(м 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
Таблица 1. Стоимость основных материалов
№ Наименование Количество Оптовая цена Сумма
Красный кирпич 2888т 4рубшт 2888
Минеральная вата 0757т 16000рубм3 12112
Х15Н60 0000495т 12000рубт 104
Металлоизделия 25 8500рубт 21250
Термопара 1 150 рубшт 150
Суммарная стоимость материалов печи 364104
Таблица 2. Зарплата основных рабочих
№ профессия Объем работыразряд Расценки норма зарплата
Слесарь 200 ч 4 1870 2338
Сварщик 80 ч 5 2040 1020
Огнеупорщик 82 м3 4 1870 12 м3ч 80
электрик 3 ч 3 2700 51
Суммарная зарплата рабочих 3489
Таблица 3. Заводская себестоимость
№ затрата Сумма руб
Зарплата рабочих 3489
Цеховые расходы 111648
Заводские расходы 27912
Заводская себестоимость печи 5385514
Заводская себестоимость печи З.с.=5385514 руб
Плановая себестоимость печи П.с.=
=З.с.+003*З.с.=5385514+003*5385514=55470802руб
Плановая цена П.ц.=103*П.с.=57135 руб
Таблица технико-экономических показателей
№ Наименование Единица Величина
Назначение печи термическая печь для
Габаритные размеры: Длина
Размеры рабочего пространства:
Стоимость руб 57135
Максимальная °С 200
Температура выдачи металла °С 180
Время разогрева печи час 358
Время нагрева и выдержки деталей час 15
Производительность печи кгчас 1356
Установленная мощность кВт 25
Число регулируемых зон 3
Напряжение на клеммах В 220
Удельный расход энергии кВт часкг 0184
Мощность холостого хода кВт 1836
Список использованной литературы
В.Г.Сорокина М.: Машиностроение 1989 г.)
Ксенофонтов А.Г. Нагрев металла. Методические указания к лабораторным
работам по курсу «Расчет и конструирование нагревательных устройств»
под редакцией Д.А. Прокошкина М.: МГТУ 1985.
Рустем С.Л. Оборудование и проектирование термических цехов. М.
Свенчанский А.Д. Электрические промышленные печи.
Приложение 1. Физические свойства стали ШХ15 [1].
Температура испытания 0С 20 100 200 300 400 500 600 700
0 900 Модуль нормальной упругости
(Е Гпа) 215 212 194 191 179 170 162 142 132
Модуль упругости при сдвиге
кручением (G Гпа) 83 82 76 74 71 67 63 55 50
Плотность (r кгм3) 7812 7790 7750 7720 7680 7640
теплопроводности (Вт(м ·0С)) 40 37 32 Температура
испытания 0С 20- 100 20- 200 20- 300 20- 400 20- 500 20- 600
- 700 20- 800 20- 900 20- 1000 Коэффициент линейного
расширения (a 10-60С) 119 151 155 156 157
Удельная теплоемкость
(С Дж(кг · 0С)) 511 787 706 729

Общий вид.dwg

МП.cdw

Футеровка.dwg

ТЭП.cdw

Таблица технико-экономических показателей

нагреватель.cdw

*Размеры для справок.
Развернутая длина нагревателя 4244м.
Удельное электросопротивление проволоки в холодном
состоянии 115 Ом*мм*ммм.
Сопротивление нагревателя в холодном состоянии R=538 Ом.
Сопротивление нагревателя замерять до приварки выводов.
Плавку выводов к нагревателю производить электородом ОЗП-8
со стрежнем электродов из сплава ОХ23Ю5А (ЭИ595).