Определение теплотехнических характеристик и тепловой массивности садки

РПЗМорозовой.doc

1. 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
Данные по теплотехническим характеристикам стали 38ХМЮА взяты из [1]..
Определение коэффициент температуропроводности ас
ас=105530*2734 =72*10-6(м2с)
Тепловая массивность садки
Расчет ведем по критерию Био [pic] где α – суммарный коэффициент
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=08*567=4536 (Втм2*К4)
Находим αизл и αкон для разных температур ( для 20°и 530°С).
по рекомендации руководителя
Таким образом критерий Био равен[pic]
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 [pic]:
[pic]. При такой массивности садки данные формулы не годятся. Расчет
tцикла ведем по графикам Будрина взятых из источника [2]. Для этого
рассчитываем относительную температуру нагрева.
н определяем с помощью графика Будрина [2].
– относительная температура;
tпеч – температура печи при установившемся нагреве (tпеч=550 °С);
tнач – начальная температура центра на этапе (н=20 °С );
tп – температура процесса (азотирование ).
Определение коэффициента температуропроводности ас:
Из графика находим значение критерия Фурье ([pic]).
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 = 55 ч [3]
Время на вспомогательные операции для данной печи назначаем 24 мин=0.4
Определение производительности печи
Определение основных размеров печи
Исходя из анализа чертежей аналогичных шахтных печей принимаем:
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
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
Расчет теплового потока через боковые стенки
Так как наша печь рассчитана на 550°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=0115 м.
Для второго варианта: (2=0115м.
Dнар=12+2(=12+2(0115=143 м
Fвн=((Dвн (hвн =((1.2(1.8=6786м2 Fвн=6786м2
Fнар= (( Dнар((h+2(()=((143(1.8+2(0.115)=9119 м2 Fнар=9119м2
Назначаем температуры:
На внутренней поверхности футеровки t1=5200C
На внешней поверхности футеровки t2=500C
λш-л=0.314+0349(10-3(285=0413 [pic]
λп=0.078+0314(10-3(285=0176 [pic]
Определяем потери теплоты через футеровку:
Расчет термических сопротивлений:
Потери тепла через кладку:
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.
-для первого варианта:
-для второго варианта:
Результаты расчета показывают является ли заданная толщина футеровки
Разница между минимальным и максимальным значениями должна быть:
Исходя из проверки выбираем новые температуры (чтобы уменьшить t2 –
Назначаем толщину слоёв: (1=0345 м.
Для второго варианта: (2=018м.
Dнар1=12+2(1=12+2(0345=189 м
Fнар= (( Dнар1((h+2((1)=((189(1.8+2(0.345)=14777 м2 Fнар=14777м2
Dнар2=12+2(2=12+2(018=156 м
Fнар= (( Dнар2((h+2((2)=((156(1.8+2(0.18)=10581 м2 Fнар=10581м2
На внутренней поверхности футеровки t1=5400C
На внешней поверхности футеровки t2=560C
λш-л=0.314+0349(10-3(298=0418 [pic]
λп=0.078+0314(10-3(298=0181 [pic]
Сравним два варианта футеровки
Материал Q Вт м t2°С
Шамот-легковес 631096 0345 56
Пенодиатомит 533578 018 56
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 [pic].
Dнар=12+2(=12+2(018=156 м
Fнар= (( Dнар((h+2(()=((156(1.8+2(0.18)=10581 м2 Fнар=10581м2
Расчет теплового потока через свод печи
Свод печи выполняем однослойным из шамота-легковеса.
λ=0.314+0349(10-3(tср
Выбираем температуры
λ=0.314+0349(10-3(298=0418 [pic]
Dнар=12+2=12+2(0345=189 м
Fвн=((0.5Dвн)2-((0.5Dотв) 2=((1.22)2-((092)2 =0495м2
Fнар=((0.5Dнар)2-((0.5Dотв)2=((1892)2-((092)2=2.168м2
Исходя из проверки выбираем новые температуры
На внутренней поверхности футеровки t1=5300C
λ=0.314+0349(10-3(290=0415 [pic]
Расчет теплового потока через крышку
Крышку печи выполняем однослойную из минеральной ваты
минеральная вата =0.23 м
λ=0.044+1.67(10-4(tср
На внутренней поверхности крышки t1=5400C
На внешней поверхности крышки t2=500C
λ=0.044+1.67(10-4(295=00933 [pic]
Fвн=Fср=Fнар=((0.5Dотв)2=((092)2=0636 м2 Fвн=0636м2
Выбираем новые температуры
На внутренней поверхности крышки t1=5450C
На внешней поверхности крышки t2=400C
λ=0.044+1.67(10-4(2925=00928 [pic]
Qакк=181711920+111445524+181711920+7284525=482153889 Дж
Qакк на 1 неделю (168 часов) т.к. ц>10 ч.=60 ч.
[pic]-соответствует квадратному сечению 0797х0797 м2
φ=0.73 -коэффициент диафрагмирования [4].
Qотв.= Qизл+ Qконв=9492+395500=404992 Вт
закр= нагр+выд=46+55=596 ч
откр= ц-закр=60-596=04 ч
Qтары=(10..15%)*Qпол=013*2146=27898 Вт
Qатм=3Vгаза*CVгаза(Tк-Tн)газа
Vгаза=3*( Vвнутр.простр -Vраб. простр.)=3*(*0.62*1.8-*0.42*1.2)=4298 м3
Qатм=4298*0291*(550-20)=66288 Вт
Qвспом=27898+66288=94186 Вт
Средний диаметр тепловых замыканий d=003 м.
Средняя длина теплового замыкания L= 018 м.
Определим среднюю площадь тепловых замыканий
λ=30 Втм·К - теплопроводность стали 20Х
Определение мощности печи
КПД нагревательной камеры: [pic].
Удельный расход энергии: [pic].
Время разогрева печи: [pic]
Нагреватели размещаем на боковой поверхности печи.
Установленная мощность зоны Руст=264 кВт
Температура нагрева изделия в печи tпт=5500С
Поверхность стен зоны печи занятая нагревателями Fст=10581 м2
Срок службы нагревателей не менее 10000 ч
Электропитание зоны трехфазным током без трансформатора
Выбираем конструкцию электронагревателей - проволочный зигзаг с
относительным витковым расстоянием ld=275
Удельная мощность которую надо расположить на 1 м2 стенки зоны печи
Рис. 3. Значения Wид и удельных мощностей p размещаемых на 1м2 футеровки
в зависимости от температур тепловоспринимающей поверхности t и нагревателя
Wид=07 Втсм2 и соответствующая tн=6000С
Выбираем материал Х15Н60 и d=3 мм
Допустимая удельная поверхностная мощность[4]
W=Wидaэфaгaрaс=0.7(0.68(11(1.1=0.52 Втсм2
Берем 3 нагревателей каждый мощностью P1=2643=88 кВт
Удельное сопротивление сплава Х15Н60 при температуре 6000С
Напряжение одного нагревателя
Принимаем стандартное напряжение U1=380 В. Схема соединения нагревателей -
звезда. 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*4=11 мм
Выбираем е=11 мм. Внутренний радиус изгиба нагревателя [pic]
Боковая Развернутый
поверхность нагреватель
Общая длина 3768 м 169 м
Длина боковой поверхности печи D=*1.2=3768 м
расстояние между нагревателями [pic]
Длина выводов нагревателей l=фут+80 мм=260 мм
Расчет механизма подъема крышки
Определяем массу крышки:
mкрышки=mм.в.+mкожух
mм.в =ρм.в(Fм.в(м.в=1900(0636(023=2779 кг
Vкожух=(((12022)2(0002+(((08982)2(0002+((0002(023(12022)=
mкож =ρкож(Vкож=00044(78=003 т= 30 кг
mкрышки=mм.в.+mкожух=2779+30=3079 кг(308кг
Вес крышки P=mкрышки·g=308·9.8=3018 H
Скорость подъема v=4 ммин = 0067 мс
Высота подъема H=200 мм= 02 м
Выбираем полиспаст с кратностью а=2 числом ветвей m=1 числом отклоняющих
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=4.1 мм Sпр=5.63 мм2 Fразр=10 кН [6]
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=1.2*4.1=4.92 5 мм
Длина барабана 5· (2+6)=40 мм
Наибольший момент на тихоходном валу
Эквивалентный момент на выходном валу
Выбираем редуктор Ч-63 iР=31.5 THlim=125 Н(м [6]
Выбираем упругую муфту с пальцами
Т=63 Н(м d=22мм по ГОСT 21424-75 [6].
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
№ Наименование Количество Оптовая ценаСумма
Пенодиатомит 156 т 135рубшт* 14040
Минеральная вата 0029 т 1650рубт * 4785
Шамот-легковес 0436 т 21000рубт 9156
Х15Н60 00127т 12000рубт 1524
Металлоизделия 25т 8500рубт 21250
Термопара 1 200 рубшт 200
Суммарная стоимость материалов печи 4484625
Таблица 9.2. Зарплата основных рабочих
№ Профессия Объем Разряд Расценки Норма Зарплатар
работыч руб160 ч уб
Суммарная зарплата рабочих
Таблица 9.3. Заводская себестоимость
№ Затрата Сумма руб
Заводская себестоимость печи
Заводская себестоимость печи З.с.= руб.
Плановая себестоимость печи П.с. =З.с.+003З.с. = руб.
Плановая цена П.ц.=103П.с.= руб.
Таблица технико-экономических показателей.
№ Наименование Единицы Значение Примечание
Название печи США-8.125Азотирование
Размеры рабочего пространства:
Габаритные размеры:
Стоимость печи руб 4484625
Максимальная температура С 550
Температура выдачи металла С
Время нагрева печи до заданной час 21
Время нагрева деталей час 46
Время выдержки деталей час 55
Производительность печи кгчас 275
Установленная мощность кВт 264
Число регулируемых зон 1
Распределение мощности по фазам кВт 88
Удельный расход энергии кВт*чкг 096
Мощность холостого хода кВт 203

Фут1.cdw

МГТУ им. Н.Э.Баумана

Нагреватель.cdw

1.Развернутая длина нагревателя 169м.
Удельное электросопротивление проволоки в холодном
состоянии 115 Ом*мм*ммм.
Сопротивление нагревателя в холодном состоянии R=16 Ом.
Сопротивление нагревателя замерять до приварки выводов.
Плавку выводов к нагревателю производить электородом ОЗП-8
со стрежнем электродов из сплава ОХ23Ю5А (ЭИ595).
МГТУ им. Н.Э.Баумана

1.doc

1. 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
Данные по теплотехническим характеристикам стали 38ХМЮА взяты из [1]..
Определение коэффициент температуропроводности αс
αс=105530*2734 =72*10-6(м2с)
Тепловая массивность садки
Расчет ведем по критерию Био [pic] где α – суммарный коэффициент
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=08*567=4536 (Втм2*К4)
Находим αизл и αкон для разных температур ( для 20°и 530°С).
по рекомендации руководителя
Таким образом критерий Био равен[pic]
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 [pic]:
[pic]. При такой массивности садки данные формулы не годятся. Расчет
tцикла ведем по графикам Будрина взятых из источника [2]. Для этого
рассчитываем относительную температуру нагрева.
н определяем с помощью графика Будрина [2].
– относительная температура;
tпеч – температура печи при установившемся нагреве (tпеч=550 °С);
tнач – начальная температура центра на этапе (н=20 °С );
tп – температура процесса (азотирование ).
Определение коэффициента температуропроводности ас:
Из графика находим значение критерия Фурье ([pic]).
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 = 55 ч
Время на вспомогательные операции для данной печи назначаем 24 мин=0.4
Определение производительности печи
Определение основных размеров печи
Исходя из анализа чертежей аналогичных шахтных печей принимаем:
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 отверстия;
Qнеуч – неучтённые потери;
Для нашего случая Qнеуч=10% от всех учитываемых потерь.
Qприх – энергия потребляемая из сети.
Расчет теплового потока через под и свод печи
Под и свод печи выполняем однослойными из шамота-легковеса.
Выбираем толщину футеровки [pic].

Фут2.cdw

МГТУ им. Н.Э.Баумана