Проектирование нагревательной машины печи сопротивления

СДО-10.60.102,5.doc

Краткое описание печи.
Определение теплотехнических характеристик и тепловой массивности садки.
Расчет времени нагрева садки.
Определение продолжительности цикла работы печи.
Определение основных размеров печи.
Расчет футеровки печи.
1.Расчет футеровки боковых стенок печи.
2.Расчет футеровки пода и свода печи.
3.Расчет футеровки передней и задней стенок печи.
Расчет теплового баланса и определение мощности печи.
Расчет нагревателей.
Список использованной литературы.
Спроектированная печь СДО-10.60.1025 имеет габаритные размеры
00х6600х1700 мм и размеры рабочего пространства 1200х1600х6500 мм.
Для загрузки-выгрузки в печи предусмотрены две двери с обоих
В качестве теплоизолирующего материала для этой печи применён
материал БТ-1 в виде листов размером 500х1000х30 мм. Теплоизоляционный
материал укладывается в панели размером 500х32х1360 мм.
Панели собираются между собой с помощью стального каркаса.
В печи расположены четыре блока нагревателей по три нагревателя
в каждом. Нагреватели расположены на панели размером 350х36х250 мм которая
вставляется в стенку печи.
Сквозь блок нагревателей производится продув воздуха с помощью
вентиляторов расположенных на верхней панели печи.
Сталь 08 имеет следующие характеристики:
-коэффициент теплопроводности( (ме=78 Вт(м(К)(
-коэффициент теплоемкости( сме=0632 кДж((кг(К)(
-плотность( (ме=78(103 кг(м3 (1(.
Характеристики садки определяем при средней температуре нагрева Тср.
[pic] где Тн и Тк- начальная и конечная температуры нагрева садки.
Расчет производим для нагрева единичного изделия (рис. 1) поэтому:
(с=(ме=78 Вт((м(К(( сс=сме=0632 кДж((кг(К(( (с=(ме=78(103 кг(м3.
Тогда коэффициент температуропроводности:
Определяем критерий Био:
[pic] где [pic]- коэффициент теплоотдачи который был получен
экспериментально в ходе лабораторной работы s- толщина стенки трубы (в
данном случае) тогда:
[pic]=[pic] садка является теплотехнически тонким телом (ТТТ).
Рис. 1. Схема расположения труб. (труба (32мм
Тепловой поток: [pic] где Тп- температура печи Тс- температура
садки. На данном этапе нагрева [pic] [pic] тогда: [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 изделия.
Находим [pic]- период нагрева при постоянной температуре печи:
[pic]Здесь сс – взято при средней температуре интервала [pic] - [pic]
Время нагрева садки: [pic]
[pic] ([pic] т.к. охлаждение изделия производится на воздухе). Принимаем:
Производительность:[pic] где n- количество труб.
Исходя из того что на боковых стенках печи располагаются нагреватели
расстояние от садки до этих стенок принимаем равным 03м расстояния от
садки до свода и дверей принимаем равным 02м.
Так как наша печь рассчитана на 250°С то мы выбираем однослойную
футеровку из материала БТ-1.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 [2].
Исходя из этих условий назначаем толщину футеровки [pic] tн=45°С.
Назначаем также температуру и на внутренней стороне футеровки: t1=240°С
[pic] [pic] [pic][pic]
Определяем площади слоя: [p [pic] где Fвн – площадь внутренней
поверхности футеровки Fн – площадь наружной поверхности футеровки. Средняя
площадь футеровки: [pic]
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. Проведем
-проверка слева: [pic]
Результаты расчета показали что заданная толщина футеровки является
разброс температур ([pic] и [pic] не превышает 5°С.
Расчеты футеровки для передней и задней стенок а также для пода и свода
печи производятся аналогично.
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
[pic] где m- масса приспособлений.
)Потери тепла через кладку печи (см.п.5):
)Потери тепла на аккумуляцию кладки. Эта статья имеет большое значение для
периодически действующих печей. Период работы нашей печи [pic].
где [pic]- коэффициент теплоемкости футеровки [pic]-плотность футеровки m-
масса футеровки [pic]-разница между средней температурой футеровки и
температурой окружающей среды [pic]- толщина футеровки [pic]- средняя
[pic] где [pic] ([pic]- масса погонного метра рельс n-число рельс l-
длинна рельс) с- коэффициент теплоемкости металла рельс (ст.3) [pic]-
разница между температурой рельс до включения печи и температурой до
которой рельсы нагревается в печи.
)Потери тепла сквозь периодически открывающиеся двери.
где[pic]-степень черноты излучающего тела F-площадь отверстия (двери)
[pic]- коэффициент диафрагмирования [2] [pic]- абсолютная температура
излучающего тела [pic]- абсолютная температура воздуха вокруг печи.
[pic] где H-высота отверстия S-ширина отверстия.
Как мы видим [pic] что плохо для работы печи.
-ый путь уменьшения [pic]: уменьшение [pic] до 5мин. тогда [pic]
-ой путь: вешаем перед каждой дверью по две асбестовой шторе тогда
[pic]уменьшиться в 4 раза: [pic].
В связи с изменением [pic] изменятся и: [pic][pic]
) 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:
Материал нагревателя: Х25Н20 (удельное электрическое сопротивление
[p плотность [p намотка пружинная.
Установленная мощность печи: [pic] мощность одного нагревателя
[pic](всего 12 нагревателей: по 3 нагревателя в каждом из 4-х блоков).
Принимаем напряжение на каждом нагревателе: [pic].
Рассмотрим два варианта нагревателя: а) диаметр проволоки из которой
сделан нагреватель [p б)[pic].
а) Сопротивление нагревателя: [p
длина нагревателя: [p
удельная поверхностная мощность нагревателя: [pic]- получение такой
удельной поверхностной мощности с нагревателя не возможно поэтому считаем
какая должна быть длина нагревателя при таком диаметре когда стоит
вентилятор со скоростью подачи воздуха [p
При такой удельной поверхностной мощности длина нагревателя: [p
шаг между витками: [p
диаметр нагревателя принимаем: [p
количество витков: [p
длина скрученного нагревателя: [p
масса нагревателя: [pic].
Для варианта б) производим аналогичный рассчет:
б) Сопротивление нагревателя: [p
Исходя из того что масса второго нагревателя больше и следовательно
он дороже выбираем вариант а) расчета нагревателя.
”Физические величины” справочник под ред. И.С.Григорьева и Е.З.Мейлихова
А.Г.Ксенофонтов “Расчет и конструирование футеровкитермической печи” М.
Б.Н.Арзамасов “Методика расчета печей” М. МГТУ 1973г.
А.Д.Свенчанский “Электрические промышленные печи” М. “Энергия” 1975г.

лист3.dwg

Сечение шины токопровода
Количество охлаждающей воды;nw м c
Толщина стенки трубки;nd мм
Перепад давления;nР МПа
Длина токопровода;n l м
Скорость воды;n v мс
МГТУ им. Бауманаnкафедра МТ8nгруппа МТ8-82
Индуктор для отжига труб до ø20 мм
Индуктор для отжига труб ø105 мм

лист4.dwg

- ролик прокатного стана
МГТУ им. Бауманаnкафедра МТ8nгруппа МТ8-82
- выводы системы охлаждения
- футеровка (минеральная вата)
Индуктор для отжига труб ø105 мм
Индуктор для отжига труб до ø20 мм
Система охлаждения не показана

печка-дз 1.doc

Топливо газообразное (=102..11.
Состав: газ генераторный
5 1508 1964 6447 081 100%
Составляем материальный баланс горения.
Для этого определяем массу исходных газов и продуктов горения.
Приходные статьи считаем по формуле:
CO H2 CH4 CO2 N2 O2 H20 всего
M 28 2 16 44 28 32 18
Vм335941 52242 0786 599 3044 0196 1801 100
mкг44926 4664 0561 11766 3805 028 1447 67449
m %6661 691 083 1744 564 042 215 100%
Масса воздуха ( при α’105 ):
Vм3 47741 179655 227369
mкг 68201 224569 29277
Расходные статьи материального баланса определяем:
СоставляющиеCO2 H20 N2 O2 всего
Vм3 42717 55615 1826 23 283232
mкг 83908 44691 22825 3286 360135
m% 233 1241 6338 091 100
Проверка материального баланса: [pic]
Калориметрическая температура горения топлива.
Располагаемое тепло продуктов горения:
Теплотворная способность топлива:
Начальное теплосодержание газообразного топлива:
c V с V c V c V 2273 13783 233 29366 1241 12979
38 12075 091 3205335 Калориметрическая температура
определяется по формуле линейной интерполяции:
Калориметрическая температура определена с достаточной точностью.
Коэффициент использования топлива.
Количество тепла необходимое для нагрева металла в печи.
Средняя удельная теплоемкость металла:[pic]
Количество тепла необходимое для поддержания заданной температуры печи:
Расход газообразного топлива при нормальных условиях:
Министерство высшего и среднего специального образования Российской
Московский ордена Ленина ордена Октябрьской Революции и ордена Трудового
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ имени Н. Э. БАУМАНА
ФАКУЛЬТЕТ МТ (Машиностроительные технологии)
КАФЕДРА МТ8(Материаловедение)
ПО КУРСУ «РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ НАГРЕВАТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ»

Лист4В77777П.CDW

частота вращения вала n
передаточное отношение u
Механизм перемещения
Характеристика механизма перемещения дверцы

Электрический расче1.doc

Электрический расчет.
Выбор частоты при сквозном нагреве определяется двумя основными
) электрическим КПД индуктора который не должен сильно отличаться от
) временем нагрева которое должно быть минимальным.
Для полых цилиндров в отличие от сплошных имеется оптимальная
частота при которой КПД максимален. Этот максимум заметно выражен лишь
при малых толщинах стенки ([pic])[2]. В нашем случае: [pic].
Определим оптимальную частоту по формуле [3]:
Где [pic] мм — средний диаметр цилиндра
коэффициент k2 при [pic] может быть найден по формуле:
Удельное электрическое сопротивление для стали 08Х18Н10Т примем равным:
Получим для трубы (105: [pic] Гц
Для трубы (825: [pic] Гц
Магнитное поле индуктора.
Величина [pic] — глубина проникновения тока в материал определяет
линейные размеры нагреваемых тел и индуктора. В общем случае [pic] является
расчетной величиной и зависит только от его свойств и частоты тока:
Для сравнительной оценки результатов индукционного нагрева и удобства
решения уравнений электромагнитного поля введен безразмерный параметр m —
показатель степени поверхностного эффекта (относительный радиус).
Относительная толщина:
Средний относительный радиус цилиндра:
Для определения Апц и Впц воспользуемся приближенными формулами [3]:
Так как толщина стенки трубы относительно мала [pic] то плотность тока
может быть с достаточной точностью найдена из выражения:
Электрический КПД индуктора.
Тепловой расчет при постоянной температуре поверхности.
Получим выражение для удельной мощности в любой момент времени t:

СНО – 6.8.45.doc

Московский Государственный Технический Университет им. Н.Э. Баумана
кафедра Материаловедение
Расчетно-пояснительная записка
К курсовому проекту на тему:
Спроектировать электрическую печь сопротивления
(Хромова К.А.) Группа 8-82
Характеристика материала
Теплотехнические характеристики садки и тепловой массивности
Расчет времени нагрева
Определение продолжительности цикла работы
Определение основных размеров
1.1. Расчет потерь тепла через кладку
1.1.1. Первый вариант расчета потерь тепла через кладку
1.1.2.Второй вариант расчета потерь тепла через кладку
1.2. Потери на аккумуляцию тепла
1.3. Потери тепла через
1.4. Потери на тепловые короткие
Определение мощности
Расчет механизма подъема
1. Определение массы
2. Определение усилия
3. Определение длины
Определение ориентировочной себестоимости печи (в ценах 1973 г.)
Составление таблицы ТЭП
Краткое описание печи.
В данном курсовом проекте разработана камерная печь сопротивления с
окислительной атмосферой – СНЗ - 7.12.49. Печь служит для закалки деталей
Размеры рабочего пространства печи – 700× 1200× 400 мм.
Максимальная температура нагрева печи t = 900ºС.
В качестве огнеупорного материала для этой печи применён шамот
- ультралегковес в виде кирпича размером 115х230х65мм. В качестве
теплоизолирующего материала для этой печи применена шлаковая вата.
Огнеупорный и теплоизолирующий материалы собираются между собой
с помощью стального каркаса.
Для печи выбраны проволочные нагреватели из Х15Н60 имеющие
конструкцию «проволочный зигзаг». Питание нагревателей от источника
однофазного тока без трансформатора. Напряжение 220В. Нагреватели
располагаются на своде и в поду печи. Форма зигзага обеспечивает надежность
в применении и простоту при монтаже.
Для снижения тепловых потерь через загрузочно-разгрузочное отверстие
предусмотрены асбестовые шторы.
Печь оборудована механизмом подъема с ручным приводом.
Для более тщательного перемешивания нагретого воздуха печь снабжена
Для контроля рабочей температуры используются термопары.
Краткое описание печи
Спроектированная печь СНЗ – 3.5.27 имеет габаритные размеры
62х1564х1175мм и размеры рабочего пространства 300х500х200мм.
Для загрузки-выгрузки в печи предусмотрена дверь с переднего торца.
В печи расположены три нагревателя по одному нагревателю на двух
боковых поверхностях и на своде.
Нагреватели расположены на внутренней поверхности стены размером
Сквозь нагреватели производится продув воздуха с помощью вентилятора
расположенного на верхней панели печи.
Характеристика материала 60Г.
Классификация: сталь конструкционная рессорно-пружинная.
Применение: плоские и круглые пружины рессоры пружинные кольца и другие
детали пружинного типа от которых требуются высокие упругие свойства и
износостойкость; бандажи тормозные барабаны и ленты скобы втулки и
другие детали общего и тяжелого машиностроения.
Химический состав в % .
C Si Mn Ni S P Cr Cu
57 - 0.17 0.7 -1 до 0.25 до 0.035до 0.035до 0.25 до 0.2
Механические свойства при Т=20°С.
в – предел кратковременной прочности.
т – предел текучести для остаточной деформации.
– относительное удлинение при разрыве.
– относительное сужение.
Физические свойства.
Т Е·10-5 α·10-6 λ ρ с
Град МПа 1Град Втм·град кгм3 Джкг·град
Т – температура при которой были получены данные свойства.
Е – модуль упругости первого рода.
α – коэффициент температурного (линейного) расширения.
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 при 300°С:
а – коэффициент температуропроводности.
Тогда теплотехнические характеристики садки
λс = k · λМе =045 · 34 =153 Втм·град
сс = сМе = 529 Джкг·град
ρс = k · ρМе = 045 · 7810 =35145 кгм3
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 (06м × 08м × 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.
Тп = tmax + 273 = 500 +273 = 773 К
Тс = tср + 273 = 260 + 273 = 533 К
α = 52253 +1321 = 6544 Джм2·град
Так как Bi = 085 > 05 следовательно садка является теплотехнически
Расчет времени нагрева садки.
– время нагрева при постоянной мощности печи
– время нагрева при постоянной температуре печи
[pic]- этап неустановившегося (нерегулярного) нагрева
[pic]- этап установившегося (регулярного) нагрева.
На этапе 1 температуры печи и садки соответственно:
Тп = 085 · Тз = 085 · (500 + 273) = 657 К
Тс = 05 · Тз = 05 · (500 + 273) = 3865 К
Плотность теплового потока:
) 2 определяем пользуясь графиками Будрина (Рис.1.).
Рис.1. График Будрина для расчета времени нагрева или охлаждения
поверхности пластины.
Относительная температура для поверхности пластины
Тс = tср + 273 = 360 + 273 = 633 К
α = 6366 +1412 = 7778 Джм2·град
По значениям Bi = 049 и [pic] пользуясь графиками Будрина для
поверхности пластины определяем критерий Фурье:
Время нагрева садки:
Определение продолжительности цикла работы печи.
ц = н + выд + охл + всп где
выд = 15 часа - время выдержки
охл – время охлаждения (здесь не учитываем)
всп = 15 мин = 025 часа – вспомогательное время.
ц = 108 + 15 + 025 = 1255 ч.
Производительность печи:
ц – время затраченное на обработку.
Определение основных размеров печи.
Глубина печи: L = 08 + 02 = 1 м
Ширина печи: В = 06 + 2 · 01 = 08 м
Площадь печи: S = 1 · 08 = 08 м2
Высота печи: Н = 002 + 005 + 0015 + 04 + 005 +0005 + 005 + 003 +
Разгрузочно-загрузочное отверстие:
Высота: Hотв. = 04 + 005 = 045 м
Ширина: Sотв. = 06 + 2 · 005 = 07 м
Расчет теплового баланса.
1. Расходные статьи.
Qрасх. = Qпол. + Qтары + Qкл. + Qакк. + Qотв. + Qт.к.з. + Qн.п. где
) Qпол. – полезно затраченное тепло
Qпол. = g · сс · (tк - tн) где
g – производительность печи
сс – теплоемкость садки
tн – температура металла при загрузке в печь
tк – температура нагрева металла.
Qпол. = 5377 · 529 · (490 - 20) = 134 · 106 Джчас = 3722 Вт
) Qтары – расход тепла на нагрев тары.
Qтары = (10÷15%) Qпол. = 012 · 3722 = 447 Вт
) Qкл. – потери тепла через кладку печи.
Расчет далее в пп. 5.1.1
) Qакк. – потери на аккумуляцию тепла печью.
Расчет далее в пп. 5.1.2
) Qотв. – потери тепла через отверстия.
Расчет далее в пп. 5.1.3
) Qт.к.з. – потери на тепловые короткие замыкания.
Расчет далее в пп. 5.1.4
) Qн.п. – неучтенные потери.
Qн.п. = (10÷12%) (Qвсп. + Qкл. + Qакк. + Qотв. + Qт.к.з.)
Расчет далее в пп. 5.1.5
1.1 Расчет потерь тепла через кладку печи.
1.1.1. Первый вариант расчета потерь тепла через кладку печи.
Для кладки печи используем шлаковую вату:
ρ = 200 кгм3 – плотность
с = 921 Джкг·град – удельная теплоемкость
λ = (0041 + 012 · 10-3 · tср) · 1163 (Втм·град) – коэффициент
Потери через кладку рассчитываем по частям. Для этого кладку делим на
следующие расчетные участки: боковые стенки торцевую стенку торцевую
стенку с загрузочно-разгрузочным отверстием под свод и дверку печи.
Коэффициенты теплоотдачи:
αвн – коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности стенки
αн - коэффициент теплоотдачи от наружной стенки к окружающему воздуху.
αвн = α500 = αизл + αк
Тс = 20 + 273 = 293 К
α500 = 3304 +1516 = 482 Джм2·град
В результате коэффициенты теплоотдачи:
а) Потери через боковую стенку.
Стенка состоит из двух стальных листов с засыпкой из шлаковой ваты.
Толщина стенок – = 0075 м.
Fвн = L · H = 1 · 067 = 067 м2
Fн = lн · hн = 115 · 082 = 0943 м2
Средняя расчетная площадь:
Назначим температуры внутренней и внешней поверхностей:
Средняя расчетная температура:
Коэффициент теплопроводности:
λ = (0041 + 012 · 10-3 · tср) · 1163 = λ = (0041 + 012 · 10-3 · 270) ·
63 = 854 · 10-3 Втм·град
Тепловое сопротивление:
Тепловой поток через боковую стенку:
Температуры [pic] и [pic] [pic] и [pic]должны отличаться менее чем на 5
Выбранные температуры подходят.
б) Потери через торцевую стенку.
Толщина стенок – = 0075м.
Fвн = В · H = 08 · 067 = 0536 м2
Fн = bн · hн = 095 · 082 = 0779 м2
Тепловой поток через торцевую стенку:
в) Потери через торцевую стенку с загрузочно-разгрузочным отверстием.
Размеры отверстия: Hотв. = 045 м Sотв. = 07 м
Fотв. = Hотв. · Sотв. = 045 · 07 = 0315 м2
Площади раздела без вычета площади отверстия:
Площади раздела с вычетом площади отверстия:
Fвн = [pic] - Fотв. = 0536 – 0315= 0221 м2
Fн = [pic] - Fотв. = 0779 – 0315 = 0464 м2
Тепловой поток через торцевую стенку с отверстием:
Выбранные температуры не подходят.
Проводим второй подбор назначаем температуры внутренней и внешней
λ = (0041 + 012 · 10-3 · tср) · 1163 = λ = (0041 + 012 · 10-3 · 2675)
· 1163 = 85 · 10-3 Втм·град
г) Потери через свод печи.
Свод состоит из двух стальных листов с засыпкой из шлаковой ваты.
Fвн = В · L = 08 · 1 = 08 м2
Fн =bн · lн = 095 · 115 = 109 м2
Тепловой поток через свод печи:
д) Потери через под печи.
Под состоит из двух стальных листов с засыпкой из шлаковой ваты.
Толщина стенок – = 01 м.
Fн =bн · lн = 1 · 12 = 12 м2
Тепловой поток через под печи:
В итоге потери тепла через кладку печи составили:
1.1.2. Второй вариант расчета потерь тепла через кладку печи.
Для кладки печи используем шамот-ультралегковес:
ρ = 400 кгм3 – плотность
с = (023 + 035 · 10-3 · tср) · 41868 · 103 (Джкг·град) – удельная
λ = (008 + 014 · 10-3 · tср) · 1163 (Втм·град) – коэффициент
Стенка состоит из шамота-ультралегковеса.
Толщина стенок - полкирпича – = 0113 м.
Fн = lн · hн = 1226 · 0896 = 11 м2
Назначим температуры внутренней и внешней стенок:
λ = (008 + 014 · 10-3 · 270) · 1163 = 137 · 10-3 Втм·град
Fн = bн · hн = 1026 · 0896 = 092 м2
Толщина стенок – = 0113 м.
Fн = [pic] - Fотв. = 092 – 0315 = 0605 м2
λ = (008 + 014 · 10-3 · 2675) · 1163 = 137 · 10-3 Втм·град
Свод состоит из шамота-ультралегковеса.
Fн =bн · lн = 1026 · 1226 = 126 м2
Под состоит из шамота-ультралегковеса.
Толщина стенок – = 0113 м следовательно потери тепла через под
печи равны потерям через свод печи:
Сравним два варианта футеровки рассмотрев расчеты для боковых
Материал Q Вт м t2°С Цена рубт
Шлаковая вата 397 0075 55 315
Шамот ультралегковес463 0113 55 942
Сравнивая два варианта выбираем футеровку из шлаковой ваты т.к.
общая цена и суммарные энергозатраты меньше чем при использовании шамота
1.2. Потери на аккумуляцию тепла печью.
ρ = 200 кгм3 – плотность шлаковой ваты.
с = 921 Джкг·град – удельная теплоемкость шлаковой ваты.
Боковая стенка печи:
Торцевая стенка печи:
Торцевая стенка с загрузочно-разгрузочным отверстием:
Кладкой аккумулируется:
Потери на аккумуляцию тепла печью.
= 24 · 3600 · 7 = 6048 · 103 – цикл работы печи.
1.3. Потери тепла через отверстие.
Qотв. = Qизл + Qконв
H – высота отверстия
S – ширина отверстия
отв = 06 – степень черноты
= 08 – коэффициент дифрагмирования.
Qотв. =3061 + 1474243 = 1504853 Вт
Потери тепла через отверстие:
1.4. Потери на тепловые короткие замыкания.
tв – температура горячего конца стержня при выходе из кладки печи
tн – температура окружающего воздуха.
F - площадь поперечного сечения стержня
d = 003 м – диаметр стержня
L = 0075 м - длина стержня.
Стержень вентилятора сделан из стали 17Х18Н9.
Т °С 20 100 200 300 400
Для укрепления пода используется три двутавра.
Потери на тепловые короткие замыкания:
1.5. Неучтенные потери.
Qн.п. = (10÷12%) (Qтары + Qкл. + Qакк. + Qотв. + Qт.к.з.) =
= 011 · (447 + 2122 + 28 + 3129 + 107) = 642 Вт
Тогда расходные статьи:
Qрасх. = Qпол. + Qтары + Qкл. + Qакк. + Qотв. + Qт.к.з. + Qн.п. =
= 3722 + 447 + 2122 + 28 + 3129 + 107 + 642 = 10197 Вт
Анализируя полученное уравнение приходим к выводу что величина
тепловых потерь через загрузочно-разгрузочное отверстие соразмерна с
величиной полезно затраченного тепла. Поэтому используем асбестовые шторы
что позволит уменьшить потери через отверстие примерно в четыре раза:
= 3722 + 447 + 2122 + 28 + 782 + 107 + 642 = 7850 Вт
2. Приходные статьи.
Qприх. = 1016 · Qрасх.= 1016 · 7850 = 7976 Вт
Определение мощности печи.
Руст = Рпол + Рхх = k1 (Qпол. + Qтары) + k2 (Qрасх. - Qпол. - Qтары) где
k1 = (11 ÷ 13) - коэффициент запаса учитывающий возможные колебания
k2 = (12 ÷ 14) – коэффициент запаса учитывающий старение печи.
Руст = 12 (3722 + 447) + 13 (7976 - 3722 - 447) = 10 кВт
Удельный расход энергии:
Расчет и размещение нагревателей.
Для более равномерного нагрева садки разместим один нагреватель на
своде и два в поду печи. Так как наиболее худшие условия работы
нагревателей будут в поду печи то проведем расчет для этой зоны.
Установленная мощность зоны:
Температура нагрева изделия:
Площадь поверхности садки в этой зоне воспринимающей излучение:
Fизд = 06 · 08 = 048 м2.
Срок службы нагревателей не менее 10000 ч.
Поверхность пода занятая нагревателями Fп = 08 - 3 · 0065 · 0113 = 078
) Удельная мощность которую необходимо разместить на 1м2:
По рисунку 2 определяем:
Wид. = Wид.изл.. + Wид.конв.. = 1 + 05 = 15 Втсм2
значение Wид.конв.. взято из [4].
Рис.2. Значения Wид и удельных мощностей p размещаемых на 1м2 футеровки в
зависимости от температур тепловоспринимающей поверхности tт.п.. и
) Выбираем материал нагревателя нихром Х15Н60.
) Для проволочного зигзагообразного нагревателя и заданных условий его
работы рассчитывается допустимая удельная поверхностная мощность:
Рис.3. Значения коэффициента [pic]. Рис.4. Значения
коэффициента размера [pic].
[pic](рис.5.) так как
где степень черноты нагреваемой стали и нихромовых нагревателей принимается
Рис.5. Значения коэффициента [pic] в зависимости от величины приведенного
коэффициента излучения[pic].
) Удельное электросопротивление сплава Х15Н60 при tн = 600°С ρг = 1186
Ввиду того что мощность каждого нагревателя 25 кВт используем однофазное
Напряжение принимаем U1 = 220В.
Мощность одного нагревателя: [pic]кВт где
n = 2 – число параллельных нагревателей.
) Диаметр нагревателя:
) Сопротивление нагревателя:
) Длина одного нагревателя:
[pic] Втсм2 [pic] Втсм2 условие не выполняется увеличим диаметр
проволоки нагревателя: [pic]мм.
Тогда длина одного нагревателя:
[pic] Втсм2 [pic] Втсм2 условие выполняется.
Проверка 2 по температуре.
Площадь поверхности нагревателей:
tн = 500°С tн = 700°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 · 1.8 = 99 мм принимаем t = 10 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:
Так как по теоретическому расчету необходима была длина свернутого
нагревателя 1971 мм а получилось [pic]мм то делаем вывод что нагреватель
Рис.6. Размещение в поду теоретического нагревателя.
) Расчет выводов нагревателя.
По правилам техники безопасности длина части нагревателя выходящей
из печи должна быть [pic]мм а входящей внутрь рабочего пространства
Диаметр вывода нагревателя выбираем из соотношения площадей
поперечных сечений проволоки и нагревателя:
[pic]мм принимаем 4 мм.
) Расчёт массы одного нагревателя.
Плотность Х15Н60: ρ = 82 гсм3.
Расчет механизма подъема дверцы.
Механизм подъема представляет собой ручной привод.
1. Определение массы дверцы.
кожуха (кожух толщиной 3мм из стали В3сп с
лотностью[pic]кгм3):
2. Определение усилия подъема.
f = 05 – коэффициент трения
= 25 – коэффициент запаса.
Усилие подъема с противовесом:
3. Определение длины рукоятки.
Диаметр ведомой звездочки не менее:
Н = 500 мм – ход дверцы.
Принимаем D = 220 мм.
Момент на звездочке:
Рраб. = 16 кг = 160Н.
Момент рабочего должен быть больше момента на звездочке:
[pic] отсюда длина рычага
[pic]м принимаем L = 034 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 00794 т 315 рубт25
Кирпич красный 0024 т 942 рубт 2261
Двутавр стальной 2838 кг 80 копкг 2271
Чугунная подина 6456 кг 60 копкг 3874
Керамические втулки 15 1 рубшт 15
Нихром Х15Н60 352 кг 280 986
Металлоконструкция 51 кг 120 612
Термопара 2 9 рубшт 18
Суммарная стоимость материалов печи 1906 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 3 часа 3 42 126
Суммарная зарплата рабочих 582 руб.
Таблица 3. Заводская себестоимость
№ Статьи расхода Сумма руб Примечания
Материалы и узлы 1906
Зарплата основных рабочих 582
Цеховые расходы 18624 320% от таблицы 2
Заводские расходы 4656 80% от таблицы 2
Заводская себестоимость печи 4816 руб.
Заводская себестоимость печи З.с. = 4816 руб.
Плановая себестоимость печи П.с. = З.с. + 003 · З.с. = 103 · 4826 = 496
Плановая цена П.ц. = 103 · П.с. = 103 · 4971 = 511 руб.
Составление таблицы ТЭП печи.
№ Название параметра Единица Значение
Назначение печи Печь для
Размеры рабочего пространства:мм
Габаритные размеры: мм
Стоимость печи руб. 511 руб.
Максимальная температура 0С 500
Температура выдачи металла 0С 490
Время нагрева печи до заданнойчас 06
Время нагрева час 108 ; 15
Производительность печи кгчас 54
Установленная мощность кВт 10
Число регулируемых зон 1
Напряжение на клеммах В 220
Удельный расход энергии кВт · часкг 0185
Мощность холостого хода кВт 49
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.

СШО3.CDW

1. Ход дверцы 660 мм.
частота вращения вала n
передаточное отношение u
Механизм перемещения
Характеристика механизма перемещения дверцы

дз2.doc

Задание: Определить потери тепла в данных условиях. Сделать выводы.
Потери тепла определяем по формуле:
[pic]А) Зададимся значениями температур t1 t2 t3 t4
Условия накладываемые на значения температур:
i [pic](С[pic](С[pic](С
Подставив полученные значения получим:
Осуществим проверку:
Полученные значения заносим в таблицу 1.
Разница между минимальным и максимальным значениями должна быть:
Вывод: выбранные значения температур t1 t4 удовлетворяют наложенным
условиям ([pic]. Но значения температур t2 t3 им не удовлетворяют
Б) Изменим значения температур t1 t2 t3 t4 с учетом полученных выше
Полученные значения заносим в таблицу 2.
Вывод: выбранные значения температур t1 t2 t4 удовлетворяют наложенным
условиям ([pic]. Но значение температуры t3 им не удовлетворяет
В) Изменим значения температур t1 t2 t3 t4 с учетом полученных выше
Полученные значения заносим в таблицу 3.
Вывод: полученные значения температур удовлетворяют наложенным условиям. Но
данная конструкция кладки нерациональна т.к. слой минеральной ваты
меньше чем слои шамота и шамота-легковеса. Целесообразно уменьшить
слой шамота и увеличить слой минеральной ваты.

СНЗ-6.12.412.doc

государственный технический университет им. Н.Э. Баумана
Расчетно-пояснительная записка
К курсовому проекту на тему
“Спроектировать электрическую печь сопротивления СНЗ-6.12.412”
Студент (Мизина М.А.) Группа МТ8-82
Руководитель проекта . (Ксенофонтов А.Г.)
Техническое задание 4
Определение теплотехнических характеристик и тепловой массивности садки
1 Определение теплотехнических характеристик садки 5
2 Определение диаметра каната 6
3 Барабан (предварительный расчет) 7
3.1 Диаметр барабана 7
3.2 Длина барабана 7
Металлоконструкция 13
1 Выбор основных размеров 13
2 Проверка статического прогиба 14
3 Определение веса металлоконструкции 14
4 Проверка прочности 15
5 Выбор подшипников для опор крана 17
5.1 Определение реакций 17
5.2 Расчет подшипников на ресурс по динамической
5.3 Проверка подшипников опор крана по статической грузоподъемности
6.1 Основные размеры ручья 19
6.2 Подшипники блока 20
Механизм поворота 22
1 Выбор электродвигателя 22
2 Корректировка предварительного расчета 23
3 Кинематический расчет 24
4 Определение геометрических параметров колеса и
5 Выбор редуктора 27
6 Уточнение расчета подшипников 28
7 Фактическая скорость стрелы на максимальном вылете 29
8 Расчет муфты предельного момента 29
9 Расчет шлицевых соединений 30
9.1 Расчет шлицевого прямобочного соединения колеса
9.2 Расчет шлицевого эвольвентного соединения
фрикционных дисков с валом 31
9.3 Расчет шлицевого эвольвентного соединения
фрикционных дисков с шестерней 31
Расчет болтов крепления опоры крана к стене 33
1 Определение реакций в опорах 33
2 Расчет верхней опоры 34
2.1 Габаритные размеры и схема установки болтов верхней
2.2 Стрела крана перпендикулярна стене 35
2.3 Стрела крана параллельна стене 36
3 Расчет нижней опоры 37
3.1 Габаритные размеры и схема установки болтов нижней
3.2 Стрела крана перпендикулярна стене 37
3.3 Стрела крана параллельна стене 38
4 Расчет болтов на прочность 39
Проверка осей блоков на изгиб и смятие 40
4 Расчет на изгиб вала 1 43
5 Расчет на изгиб вала 2 45
6 Расчет на изгиб вала-шестерни 47
Выбор смазочного материала подшипников опор крана 48
Список литературы 50
Определение теплотехнических характеристик и тепловой массивности
1 Определение теплотехнических характеристик садки
Сталь 20 имеет следующие характеристики:
0 °C 700 °C 800 °C 900 °C
λме Вт(м·ºC) 36 32 26 26
сме Дж(кг·ºC) 584 636 703 703
ρме кгм3 7659 7617 7624 7600
Характеристики садки определяем при средней температуре нагрева Тср.
[pic] (610°С) где Тн=293 К и Тк=1473 К - начальная и конечная
температуры нагрева садки соответственно.
Для реальной садки расчет ее теплотехнических характеристик проводится
с учетом коэффициента заполнения садки [pic].
Коэффициент температуропроводности
2 Определение тепловой массивности садки
Критерий Био определяется по формуле [pic]
[pic] - характеристический размер (минимальное расстояние между самой
горячей и самой холодной точками садки в процессе нагрева или охлаждения).
Коэффициент теплоотдачи излучением рассчитывается по формуле [pic]
где [pic] - приведенный коэффициент лучеиспускания ([pic] - степень
черноты; [pic] - излучательная способность АЧТ).
Коэффициент теплоотдачи конвекцией был получен экспериментально в
ходе лабораторной работы [pic].
Тогда критерий Био [pic].
Значит садка – теплотехнически массивное тело.
Расчет нагрева металла
1 Определение продолжительности нагрева садки
1.1 Расчет времени 1
Тепловой поток определяется по формуле [pic].
На данном этапе можно принять
Тогда тепловой поток [pic].
Температура до которой нагревается поверхность садки за время [pic]
[pic] - температура до которой нагрелась поверхность садки за время
[pic] - температура до которой нагрелся центр садки за время [pic].
1.2 Расчет времени 2
Время 2 определяется с помощью графиков Будрина [ ].
Относительная температура [pic] где [pic] - температура печи при
установившемся режиме; [p
[pic] - температура центра садки в момент времени 2.
Определение критерия Био для интервала температур 922 1453 К.
Коэффициент температуропроводности для интервала температур 922 1453
По графику определяем значение критерия Фурье [pic] ([pic]).
Время нагрева садки [pic].
2 Определение продолжительности цикла работы печи
[pic] - время на вспомогательные операции.
3 Определение производительности печи
Определение основных размеров печи
Основные размеры определяются с учётом предыдущих конструкций печей
данного типа. Из анализа промышленной печи СНЗ-8.16.510 установлены
следующие размеры внутреннего пространства:
Расчет теплового баланса
1.1 Расчет футеровки задней стенки печи (вариант1)
Потери тепла через кладку определяются по формуле
Толщины слоев футеровки
[pic] - толщина шамотного слоя
[pic] - толщина слоя выполненного из шамота-ультралегковеса
[pic] - толщина слоя минеральной ваты.
Общая толщина стенки [pic]
[pic] - коэффициент теплоотдачи от стенки к окружающему воздуху.
[pic] - коэффициент теплоотдачи от внутренней среды печи к стенке.
[pic] - температура внутри печи.
[pic] - температура окружающей среды.
[pic] - площадь внутренней поверхности футеровки.
Так как [pic] то [pic].
Назначаем температуры t1 t2 t3 t4.
Должны выполняться условия [pic].
i [pic](С[pic](С[pic](С
Коэффициент теплопроводности шамота
Коэффициент теплопроводности шамота-ультралегковеса
Коэффициент теплопроводности ваты
Потери тепла через кладку
Полученные значения температур занесены в таблицу №1.
Разница между минимальным и максимальным значениями должна быть
Результаты расчета показали что заданная толщина футеровки является
оптимальной и разброс температур ([pic] [pic] [pic] и [pic] не превышает
1.2 Расчет футеровки задней стенки печи (вариант2)
Полученные значения температур занесены в таблицу №2.
1.3 Сравнительная таблица
Результаты расчетов футеровки задней стенки вариант 3 (шамот – шамот-
легковес - динас) и вариант 4 (шамот – шамот-легковес - вата) проведены
аналогично и представлены в таблице №3.
мм Qкл Вт t4 °С Стоимость руб
Вариант 1 523 9013 44 131
Вариант 2 544 9053 43 143
Вариант 3 538 12389 589
Вариант 4 753 13701 43
Вариант 4 – худший так как в этом случае поток тепла через футеровку
значительно больше чем в других вариантах а стенка самой большой толщины.
В варианте 3 поток тепла через стенку тоже велик при этом температура на
поверхности близка к предельной.Варианты 1 и 2 близки по толщине потерям
тепла и температуре на поверхности но вариант1 дешевле. Вариант 1 –
1.4 Расчет футеровки боковой стенки печи
Полученные значения температур занесены в таблицу №4.
1.5 Расчет футеровки пода печи
[pic]Так как [pic] то [pic].
Полученные значения температур занесены в таблицу №5.
1.5 Расчет футеровки свода печи
[pic]- площадь внутренней поверхности футеровки.
Полученные значения температур занесены в таблицу №6.
1.6 Расчет футеровки передней стенки печи
Назначаем толщину слоёв: (1=0178 м (2=0195м (3=015м.
1.7 Расчет футеровки дверцы
Полученные значения температур занесены в таблицу №7.
2 Расчет теплового баланса и определение мощности печи
Уравнение теплового баланса для электрических печей имеет следующий вид:
[pic] (дополнительно учитываются потери в электрических проводах 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:
) Потери тепла через кладку печи:
) Тепло аккумулированное в пространстве печи. Эта статья имеет
большое значение для периодически действующих печей. Период работы данной
)Потери тепла сквозь периодически открывающиеся отверстия.
где[pic]-степень черноты излучающего тела F - площадь отверстия [pic]-
коэффициент диафрагмирования [ ] [pic] - абсолютная температура
излучающего тела [pic]- абсолютная температура воздуха вокруг печи.
[pic] составляет 13 от общего расхода тепла поэтому необходимо
сократить потери тепла сквозь периодически открывающееся отверстие. Для
этого на нижней части дверцы предусмотрены цепи (3 слоя в шахматном
порядке) прикрывающие отверстие но не препятствующие вспомогательным
операциям. Тогда общий расход тепла:
Коэффициент полезного действия печи:
Установленная мощность печи:
Удельный расход энергии [pic]
Уравнение теплового баланса для печи имеет следующий вид
Исходя из размеров рабочего пространства и режима работы печи был
выбран нагреватель КЭНВП 25800500 с площадью поверхности [pic] и
сопротивлением [pic]. Карборундовые нагреватели размещены на боковых
поверхностях печи вертикально.
В результате расчета определяется допустимая поверхностная мощность
(W) полная мощность нагревателя (P) его рабочее напряжение (U) и
количество нагревателей (nнагр).
Установленная мощность печи: [pic].
Температура нагрева изделия в печи [pic].
Площадь поверхности печи занятая нагревателями [pic].
Площадь поверхности садки воспринимающая излучение [pic].
В зависимости от рабочей температуры в печи по графику [ ]
определяется допустимая температура нагревателя ([pic]) по которой
находится идеальная поверхностная плотность энергии [pic].
Допустимая удельная поверхностная мощность определяется по формуле
Для карборундовых нагревателей коэффициент эффективности излучения
обычно принимается [pic].
Коэффициент шага нагревателя по графику [ ] [pic] для [pic].
Коэффициент учитывающий влияние размеров садки в зависимости от [pic]
найден по графику [ ]: [pic].
Приведенный коэффициент излучения
По графику на рис. 9 [ ] для [pic] [pic].
Мощность одного нагревателя КЭНВП 25800500
Необходимое количество нагревателей
Нагреватели располагаются на боковых стенках печи с шагом [pic]
Допустимая удельная поверхностная мощность
Окончательно принято [pic].
Исходное сопротивление нагревателей колеблется в широких пределах.
Кроме того оно очень сильно возрастает в процессе работы («старение»).
Поэтому необходим расчет ступеней напряжения питающего трансформатора с
тем чтобы при переключении ступеней напряжения в процессе старения мощность
печи не превышала допустимой и не была ниже заданной. Низшему значению
напряжения для одного нагревателя соответствует [pic] максимальное
Промежуточные ступени между исходным и максимальным напряжениями имеют
коэффициент увеличения напряжения обычно порядка 11-12.
Расчет механизма подъема дверцы
Механизм подъема состоит из электродвигателя червячного редуктора
муфты и цепной передачи.
1 Определение массы дверцы
слоя из шамота-ультралегковеса
слоя минеральной ваты
где [pic]- масса цепей прикрывающих отверстие.
2 Определение усилия подъема
[pic] где [pic] - коэффициент трения [pic].
[pic] где [pic] - коэффициент запаса.
Усилие подъема с противовесом
Диаметр ведомой звездочки не менее
[pic] где [pic] - ход дверцы.
3 Выбор электродвигателя
[pic] где [pic] - скорость передвижения дверцы.
[pic] где [pic] - КПД опор [pic] - КПД цепной передачи [pic] - КПД
червячного редуктора [pic] - КПД муфты [ ].
Требуемая мощность электродвигателя
Частота вращения ведомой звездочки
Требуемая частота вращения вала электродвигателя
По атласу [ ] выбран двигатель АИС90L8 с номинальной мощностью [pic]
и частотой вращения [pic].
Общее передаточное число привода
Передаточное отношение цепной передачи
[pic] где [pic] - передаточное число редуктора.
Частота вращения тихоходного вала редуктора
Вращающий момент на ведомой звездочке
Момент на тихоходном валу редуктора
По атласу [ ] выбран редуктор Ч-125 с номинальным вращающим моментом
на тихоходном валу [pic] и передаточным отношением [pic].
5 Расчет цепной передачи
Выбор предварительного значения шага цепи
Ближайшее значение шага и соответствующей ему площади проекции шарнира
выбраны по таблице 13.1 [ ]: [pic] [pic].
Определение числа зубьев ведомой звездочки
Определение числа зубьев ведущей звездочки
Делительный диаметр малой звездочки
Делительный диаметр ведомой звездочки
Диаметр окружности выступов ведущей звездочки
Диаметр окружности выступов ведомой звездочки
Минимальное межосевое расстояние так как [pic] можно определить по
Примем предварительно [pic].
Выбор числа звеньев цепи
Уточнение межосевого расстояния
Полученное значение нужно уменьшить на
Окончательное значение межосевого расстояния [pic].
Определение окружной силы на звездочках
Сила действующая на валы передачи
[pic] где [pic] - коэффициент учитывающий массу цепи.
[pic]([pic] - номинальная радиальная нагрузка на тихоходный вал
редуктора). Значит редуктор пригоден.
6 Определение фактической скорости перемещения дверцы
Фактическое передаточное отношение цепной передачи
Фактическая скорость перемещения дверцы
Погрешность скорости
Условие выполняется.
В соответствии с условиями работы привода выбираем муфту упругую
втулочно-пальцевую (МУВП).
Принимаем муфту со следующими характеристиками:
номинальный момент [pic]
диаметр окружности расположения пальцев D0=63 мм
диаметр пальца dп=10 мм
длина упругого элемента lвт=15 мм
допускаемое смещение валов: радиальное Δ=02 мм угловое γ=1.5°
Расчет ориентировочной себестоимости 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 Сумма
Шамот-легковес 2888 т 10000 28880
Шамот-ультралегковес 0.634 т 12000 7608
Минеральная вата 0757 т 16000 12112
Двойной нихром Х20Н80 0000495 т 21000 104
Металлоизделия 24 8500 20420
Термопара 1 250 ршт 250
Суммарная стоимость материалов печи 692804
Таблица 2. Зарплата основных рабочих
№ профессия Объем работыразряд Расценки норма зарплата
Слесарь 20 ч 4 1870 23375
Сварщик 50 ч 5 2040 6375
Огнеупорщик 82 м3 4 1870 12 м3ч 7992
электрик 3 ч 3 1700 3188
Суммарная зарплата рабочих 98305
Таблица 3. Заводская себестоимость
№ затрата Сумма руб
Зарплата рабочих 98305
Цеховые расходы 3146
Заводские расходы 78644
Заводская себестоимость печи 7419589
Заводская себестоимость печи З.с.=74196 руб
Плановая себестоимость печи П.с.=
З.с.+003*З.с.=74196+003*74196=76422 руб
Плановая цена П.ц.=103*П.с.=78715 руб
Таблица технико-экономических показателей
№ Нимвнование Единица Величина Примечание
Назначение печи Печь для
пространства: Диаметр мм 1900 1720
Габаритные размеры:
Стоимость руб 78715
Максимальная температура 0С 900
Температура выдачи металла0С 880
Время нагрева печи до час 433
заданной температуры
Время нагрева и выдержки час 3212
Производительность печи кгчас 406
Установленная мощность кВт 150
Число регулируемых зон 1
Напряжение на клеммах В 380
Удельный расход энергии кВт часкг 0369

лист2.dwg

Потери тепла конвекцией;n Р к МВт
Полезная мощность;nРпол МВт
Потери тепла излучением;nРи кВт
Производительность;nG кгч
Напряжение на заготовке;nU В
Продолжительность нагрева;nt с
Мощность тепловых потерь;n Р п МВт
Тепловой к.п.д.;nht %
Потери тепла nтеплопроводностью;
МГТУ им. Бауманаnкафедра МТ8nгруппа МТ8-82
Потери тепла конвекцией;n Рк кВт
Полезная мощность;nРпол кВт
Напряжение на индукторе;nU В
Мощность тепловых потерь;n Рп кВт
Результаты расчета (труба ø105)
Электрический к.п.д.;nht
Результаты расчета (труба ø8.25)
* Результаты расчета для установки без футеровки

Электрический расчет.doc

Электрический расчет.
Выбор частоты при сквозном нагреве определяется двумя основными
) электрическим КПД индуктора который не должен сильно отличаться от
) временем нагрева которое должно быть минимальным.
Для полых цилиндров в отличие от сплошных имеется оптимальная
частота при которой КПД максимален. Этот максимум заметно выражен лишь
при малых толщинах стенки ([pic])[2]. В нашем случае: [pic].
Определим оптимальную частоту по формуле [3]:
Где [pic] мм — средний диаметр цилиндра
коэффициент k2 при [pic] может быть найден по формуле:
Удельное электрическое сопротивление для стали 08Х18Н10Т примем равным:
Получим для трубы (105: [pic] Гц
Для трубы (825: [pic] Гц
Магнитное поле индуктора.
Величина [pic] — глубина проникновения тока в материал определяет
линейные размеры нагреваемых тел и индуктора. В общем случае [pic] является
расчетной величиной и зависит только от его свойств и частоты тока:
Для сравнительной оценки результатов индукционного нагрева и удобства
решения уравнений электромагнитного поля введен безразмерный параметр m —
показатель степени поверхностного эффекта (относительный радиус).
Относительная толщина:
Средний относительный радиус цилиндра:
Для определения Апц и Впц воспользуемся приближенными формулами [3]:
Так как толщина стенки трубы относительно мала [pic] то плотность тока
может быть с достаточной точностью найдена из выражения:
Электрический КПД индуктора.
Тепловой расчет при постоянной температуре поверхности.
Выражение для удельной мощности в любой момент времени t:
где ( – теплопроводность [p [pic] – корень уравнения [pic] значения
имеются в различных таблицах [2]; ( – критерий Фурье (относительное время).
Критерий Фурье рассчитываем по формуле:
где a – коэффициент температуропроводности [p c – удельная
теплоемкость [p ( – плотность [p R2 – внешний радиус цилиндра м;
По рекомендациям [3] во всех расчетах приняли значение [pic][pic] что
представляет собой среднее значение в интервале температур 0–1100(С [4].
Эксперимент подтверждает целесообразность выбора таких значений.
С учетом полученных выше результатов определим удельную мощность:
Определим среднюю удельную мощность [pic] за время нагрева t нужную
для расчета затраченной энергии:
Из формулы (4-1) видно что удельная мощность сильно падает с течением
времени. В чистом виде режим нагрева с постоянной температурой невозможен
так как в момент включения удельная мощность должна быть бесконечно
большой. Практически температура поднимается быстро в течение промежутка
времени который значительно меньше чем общая длительность нагрева а
затем температура поддерживается постоянной. Начальная мощность может быть
больше в 10-20 раз большей чем конечная.
Определим термический КПД как отношение полезной энергии Wк
затраченной на сообщение слою хк температуры Тк к полной энергии
переданной в нагреваемое тело.
Полезная энергия на единицу высоты цилиндра равна:
где [pic] -- относительная координата точки xк.
где tк – время нагрева с.
Расчет основных параметров установки.
1 Полезная мощность.
Часть мощности передаваемой в проводник достаточная для нагрева
требуемого объема до заданной температуры считается полезной мощностью.
Она определяется формулой:
где G – вес нагреваемого объема проводника кг; температура начальная Т1 и
Т2 (С; Q – производительность кгс.
Установим целесообразно ли использование теплоизоляции. Для этого
рассчитаем потери на излучение и конвекцию по формулам предложенным в [2].
Удельная мощность потерь на излучение определяется уравнением:
Здесь kи – коэффициент излучения материала зависящий от температуры и
состояния поверхности; Tп Tо – температуры поверхности и окружающей среды
Потери на конвекцию в спокойном воздухе:
Для цилиндрического индуктора с однослойной теплоизоляцией мощность
тепловых потерь определяется из решения уравнения учитывающего передачу
тепла путем излучения в воздушном зазоре и теплопроводностью через
изоляцию. Но при высокой температуре нагрева [pic] и большей толщине
изоляции тепловым сопротивлением зазора можно пренебречь и считать [pic] а
тепловые потери найти сразу без решения уравнения. Тогда потери тепла
отнесенные к единице поверхности нагреваемой заготовки равны:
[pic] -- коэффициент теплопроводности для минеральной ваты [6].
Сравнив тепловые потери через теплоизоляцию и без нее становится
очевидной необходимость ее применения так как это позволит сократить
потери более чем в 20 раз. Примем суммарную мощность равной [pic].
Тогда удельную мощность для остальных расчетов примем равной:
Расчет параметров системы индуктор-деталь.
Основной задачей расчета электромагнитной системы для индукционного
нагрева является определение входных параметров нагруженного индуктора:
активного и реактивного сопротивлений КПД коэффициента мощности тока
напряжения и числа витков по заданным геометрическим размерам частоте
тока мощности и электрическим свойствам материала индуктора и детали.
1 Сопротивление пустого индуктора.
Принимаем что индуктор изготовлен в виде однослойной катушки из медной
трубки. Для индукторов следует использовать только электротехническую медь
марок М0 и М1 так как наличие нежелательных добавок например фосфора
резко увеличивает ее удельное сопротивление [2]. При рабочей температуре
(20(50(С) сопротивление меди можно считать [pic]. Трубка индуктора обычно
профилируется на прямоугольник. В индукторах основная часть тока протекает
по стенке трубки обращенной в сторону детали.
Для индуктора длиной l1 из w витков трубки с толщиной стенки (1
активное сопротивление равно:
где (1 – глубина проникновения тока в медь:
ПЭ – эквивалентный периметр окна индуктора. Для цилиндрического индуктора с
внутренним диаметром D1:
Коэффициент увеличения сопротивления [pic] учитывает толщину стенки трубки.
Его минимальная величина равная 0.92 соответствует [pic]. Поскольку
минимальному r1 соответствуют минимальные потери тепла толщину трубки
следует брать в пределах [pic][2]. Примем [pic].
[pic]в соответствии с (рис.13 [2] ) [pic]
Так как число витков неизвестно в расчете полагаем w=1. Тогда:
Реактивное сопротивление индуктора определяется по формуле:
[pic] -- поправочный коэффициент самоиндукции зависящий от длины
[pic]в соответствии с (рис.14 [2] ) [pic]
2 Расчет вносимых сопротивлений деталей.
Для расчета будем пользоваться методом расчета по общему потоку [5].
Метод основан на составлении схемы замещения нагруженного индуктора.
Допускается что все его витки охвачены одним общим потоком. Участок
прохождения магнитного потока по детали и по зазору вдоль ее поверхности
является полезным и рабочим а участок внутри индуктора но вне детали (при
l1> l2) и снаружи индуктора – участком замыкания потока. Сопротивления
обусловленные наличием зазора (xs) и детали (r2 и x2м) рассчитываются как
для отрезка длиной l2 бесконечной системы. Расчет прост и универсален.
Ошибка расчета обычно не превышает 8% по xн и 10-15% по rн.
Полное сопротивление индуктора равно:
где С – коэффициент приведения
Порядок расчета следующий:
Определим [pic] затем с помощью графиков (рис.2 [2] ) определим [pic] и
Находим расчетные геометрические размеры индуктора и детали в каждом
режиме в соответствии с (табл.13 [2] ). В горячем режиме расчетные размеры
Активное сопротивление:
M – коэффициент зависящий от относительных размеров сечения цилиндра:
[pic](по рис. 11 [2] )
Индуктивное сопротивление потоку внутри заготовки:
N – коэффициент зависящий от относительных размеров сечения цилиндра:
[pic] (по рис. 10 [2] )
По формулам (табл.13 [2] ) рассчитываем сопротивления [pic] и
Индуктивное сопротивление в зазоре между индуктором и заготовкой:
Индуктивное сопротивление обратного замыкания:
Коэффициент приведения параметров:
Сопротивления нагруженного индуктора:
Коэффициент мощности:
Напряжение на индукторе:
Число витков. Если число витков заранее неизвестно в расчете полагаем
что оно равно 0 и затем находим число витков по формуле:
3 Пересчет с учетом полученного количества витков.
Высокочастотные генераторы конденсаторы понижающие трансформаторы а
в отдельных случаях шинопроводы и конструктивные элементы требуют
интенсивного охлаждения. Для осуществления закалки кроме того требуется
вода или другая охлаждающая среда. От системы водоснабжения в большинстве
случаев зависит надежность работы установки в целом так как выход из строя
элементов установки чаще всего наблюдается по причине засорения каналов
охлаждения грязью и накипью. Расходы на охлаждение составляют значительный
процент от общих затрат. Опыт убедительно показывает что меньшие расходы
получаются при замкнутой системе когда вода из градирни или резервуара
насосами подается для охлаждения и затем возвращается обратно. РИС
Интенсивность отвода тепла жидкостью протекающей по трубам
определяется коэффициентом теплоотдачи. Этот коэффициент зависит главным
образом от скорости и характера протекания жидкости и состояния
поверхности. При малых скоростях характер движения ламинарный. При этом
режиме не вся жидкость участвует в теплообмене а только слои примыкающие
к поверхности стенок. Коэффициент теплоотдачи весьма мал. С увеличением
скорости движение становится турбулентным. Коэффициент теплоотдачи при этом
резко возрастает. Переход из ламинарного режима в турбулентный определяется
критерием Рейнольдса:
Где dэ – эквивалентный гидравлический диаметр равный:[pic]
v – скорость воды мс; S0 – площадь отверстия трубки м2; П – периметр
внутренний периметр участвующий в теплообмене м; ( -- коэффициент
кинематической вязкости воды при средней ее температуре Тср м2с.
где T1 и T2 – температура воды на входе и выходе трубки (С.
В расчетах можно принять [pic] и [pic] [2] тогда получим:
[pic](С отсюда [pic]
Полагая что все тепло теряемое в индукторе уносится водой а средняя
температура не превышает температуры на выходе расчет можно проводить
Количество охлаждающей воды:
Где (P – полные потери мощности кВт.
Для индукторов: [pic]
Где Pи – мощность подводимая к индуктору кВт; (э (t – электрический и
тепловой КПД индуктора.
Перепад давления по длине токопроводов:
Здесь ( -- коэффициент сопротивления при шероховатости первого рода; (о –
удельная масса воды [pic]

СНВ – 10.80.4 9.doc

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им. Н.Э.БАУМАНА.
РАСЧЁТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ТЕПЛОВОЙ ОБРАБОТКИ
ПРОЕКТИРОВАНИЕ НАГРЕВАТЕЛЬНОЙ МАШИНЫ ПЕЧИ СОПРОТИВЛЕНИЯ СНВ – 10.80.4 9
РУКОВОДИТЕЛЬ: КСЕНОФОНТОВ А.Г.
Техническое задание 4
Определение теплотехнических характеристик и тепловой массивности садки.
1 Теплотехнические характеристики садки: 5
2 Определение тепловой массивности садки: 6
3 Определение критерия Био: 7
Расчёт времени нагрева садки. 7
1 Расчёт времени 1 7
2 Расчёт времени 2 9
3 Расчёт общего времени нагрева садки.
Определение продолжительности цикла работы печи.11
1Определение производительности печи. 11
Определение основных размеров печи. 12
Расчёт теплового баланса. 13
1.2 Расчёт толщины футеровки свода.
1.1Расчёт толщины футеровки пода. 14
1.3 Расчёт толщины футеровки торцевой поверхности. 14
1.4 Расчёт толщины футеровки боковой поверхности. 14
4.1 Расчёт Qакк (всей кладкой)
4.4 Расчёт боковых поверхностей
4.5 Расчёт пода (только ш-л слоя)
4.6 Расчёт пода (только х-м слоя)
5 Общий расчёт массы (ш-л слоя)
7 Окончательный расчёт теплового баланса 17
8 Определение КПД печи. 17
9 Определение удельного расхода энергии. 17
Определение мощности печи. 18
Расчёт и размещение нагревателей. 19
1 Расчёт для 1-ой и 4-ой зон.
1.2 Мощность на один нагреватель
1.3 Уточнение значения диаметра: 21
1.4 Сопротивление одного нагревателя:
2 Расчёт для 2-ой и 3-ей зон.
2.2 Мощность на один нагреватель. 23
2.3 Уточнение значения диаметра: 23
2.4 Сопротивление одного нагревателя:
Расчёт механизма подъёма дверец печи. 25
1 Выбор электродвигателя.
4 Выбор редуктора 26
Определение ориентировочной стоимости нагревательной камеры.
Составление таблицы ТЭП печи. 28
Список литературы. 29
В данном курсовом проекте требуется спроектировать нагревательную
машину печи сопротивления СНВ – 10.80.4 9 для нормализации заготовок из
стали 30ХГСА с коэффициентом заполнения садки = 07.
1 Теплотехнические характеристики садки:
- Коэффициент теплопроводности λме
- Коэффициент теплоёмкости сме
- Коэффициент температуропроводности аме
Для реальной садки расчёт производится с учётом коэффициента заполнения
ТХ определяем по справочным материалам[1]:
сме = 588862(Джкг*К)
Пересчёт параметров с учётом коэффициента заполнения садки :
λс= 33776*07 = 236432 (Втм*К)
ρс= 7723*07= 54061 (кгм3)
Определение коэффициент температуропроводности ас
ас=23643254061*588862 =7427*10-6(м2с*К)
2 Определение тепловой массивности садки:
При определении ТМС используем критерий Био:
Для этого требуется рассчитать коэффициент теплоотдачи α и уточнить
величину S (наименьшее расстояние между самой горячей и самой холодной
Оценивая габариты садки (1м × 8м × 04м) приходим к выводу что печь будет
с выкатывающимся подом. В связи с этим теряется возможность расположить
нагреватели в нижней части внутреннего пространства печи. Из анализа
размеров следует что S будет равно высоте садки. ( S = 04м)
В данном проекте требуется разработать вакуумную печь то есть при расчёте
α будем учитывать только составляющую излучения (αизл). Коэффициент
теплоотдачи αизл определяем по закону Стефана – Больцмана:
где спр -приведенный коэффициент (излучательная способность материала)
с0 - излучательная способность АЧТ
– степень черноты материала (для стали 30ХГСА =08)
спр=08*567=4536 (Втм2*К4)
Находим αизл для разных температур ( для 20°и 880°С).
αизл 20 =((((900+273) 100)4-((20+273) 100)4)(900-20))*4536 = 9720496
αизл 880 =((((900+273)100)4-((880+273) 100)4)(900-880))*4536 = 2854331
αизл ср.= (αизл 20 + αизл 880) 2 =9720496 +2854331=191319 (Втм2*К)
3 Определение критерия Био:
Bi =191319*04236432=32368 >05 => садка массивная.
Расчёт времени нагрева садки.
Определение теплового потока:
Рис.1 Диаграмма нагрева ТМТ
На этапе нагрева печи при постоянной мощности (1)рекомендуется принять:
q=4536*((09*(900+273)100)4- (05*(900+273)100))4 =5097521
t' 'пов =100 *4√((900+273)100)4-50975214536 = 9365 (°К)
' =03*042 7427*10-6= 6463 (с)
Δt= 5097521* 042*236432 = 4312 (°)
t 'пов=127 *4312 =5746 (°С)
t 'ц= 027 *4312 =1137 (°С)
' '= (t ' 'пов- t 'пов)
t ' 'пов= 9365-273=6635(°С)
= 5097521 588862*54061 * 04 =004003
' '= (6635 - 5746)004003 =2220 (с)
= 6463 + 9040 =9686 (с)
' ' ' t 'пов t 'ц t ' 'пов t ' 'ц
63 2220 5746° С 1137° С 6635 °С 2323° С
определяем с помощью графика Будрина.
– относительная температура.
tпеч – температура печи при установившемся нагреве (tпеч=900 °С)
tнач – начальная температура центра на этапе (2)
tп – температура процесса (в нашем случае под процессом имеется ввиду
=(900-880)(900-2323) = 003
Рис.2 График Будрина.
Для полученного интервала температур (2323-880°С) определяем критерий Био:
λср232-880 = λ556* =3325*07=23275 (Втм*К)
αизл 232 =((((900+273) 100)4-((232+273) 100)4)(900-232))*4536 = 12414
αизл ср.= (αизл 232 + αизл 880) 2 =12414 +2854331=2048 (Втм2*К)
Bi = α*S λс= 2048*0423275 =352
Определение коэффициента температуропроводности ас
ас= λс сс*ρс =2327554061*588862=7311*10-6 (м2с*К)
Из графика получаем значение критерия Фурье (в нашем случае F0=25)
=((25*042) 7311*10-6)3600 =151978 152(ч)
нагрева = 269+ 152 =1789 18(ч).
Определение продолжительности цикла работы печи.
цикла = нагрева + выдержки + вспомогательное
нагрева- время нагрева
выдержки- время выдержки
вспомогательное- время на вспомогательные операции.
Время нагрева было рассчитано в пункте 2.
Время выдержки рассчитывается по формуле:
выдержки = 02*нагрева
выдержки= 02*18 = 36(ч)
Время на вспомогательные операции для данной печи назначаем 45 часа.
цикла= 18 + 36 + 45 = 261(ч)
1Определение производительности печи.
g =mc цикла= ρс*Vc цикла = 54061*1*04*8261= 6628
Определение основных размеров печи.
Основные размеры определяем с учётом предыдущих конструкций печей данного
типа. Из анализа промышленной печи СНВ -14.100.4.145 устанавливаем
следующие размеры внутреннего пространства:
Расчёт теплового баланса.
Уравнение теплового баланса:
Qрасх=Qпол+Qвсп+Qкл+Qакк+Qотв+Qотз+Qохл.вод+Qнеуч
Qрасх –всё тепло потребляемое печью.
Qпол - тепло идущее на нагрев садки.
Qвсп- потери тепла идущие на нагрев тары и атмосферы печи.
В вакуумной печи Qатм.=0.
Qтары= 5% от всех учитываемых потерь.
Qкл - тепло пропускаемое кладкой.
Qакк- тепло аккумулируемое всеми составляющими печи (в данном случае
тепло аккумулируемое футеровкой).
Qотв- потери тепла через отверстия.
Для нашего случая (Qотв=0)
Qткз- тепло отводимое через источники теплового короткого замыкания.
Для нашего случая (Qткз=0)
Qохл.вод- тепло отводимое охлаждающими водами.
Qнеуч – неучтённые потери.
Для нашего случая (Qнеуч=10% от всех учитываемых потерь.)
Qподв- энергия потребляемая из сети.
Qнеуч принимаем 10% от всех учтённых потерь.
Qпол =g сc(tкон-tн) = 6628*588862*(880-20) =3356560509(Джчас)=
Qрасх=Qпол+ Qтары +Qкл+Qакк+Qотв+Qотз+Qохл.вод+Qнеуч
Руст=к1(Qпол+Qвсп)+к2(Qкл+Qакк+Qотв+Qотз+Qохл.вод+Qнеуч)
к1-учёт колебания напряжения в сети.(11-13)
к2-учёт потерь на старение печи.(12-14)
Так как печь будет оснащена системой водоохлаждения то в расчётах
можно принять температуру поверхности 85°C (*). Для вакуумных печей не
рекомендуется применять стандартную трехслойную футеровку (шамот шамот-
легковес мин. вата) ввиду того что при вакуумизации печи могут
возникнуть проблемы связанные с повышенной пористостью теплоизоляционных
слоёв. С учётом этих обстоятельств принимаем решение об использовании
однослойной футеровки – шамот-легковес (за исключением пода). По причине
большой массивности садки под следует укрепить более плотным материалом
для этой цели применяем хромомагнезит.
№ варианта t1 t2 2 ш-л Qкладки
-й вариант 895644 1785425 0115 1122046
-й вариант 8974525 13038 023 655663
1.1Расчёт толщины футеровки пода.
№ варианта 2 ш-л 1 х-магн. t1 t2 t3 Qкладки
-й вариант 0115 0065 895495 851189 1724185 1169254
-й вариант 023 0065 897287 87081 128948 698252
-й вариант 026 0065 897507 873283 1235778 639149
1.3 Расчёт толщины футеровки торцевой поверхности.
-й вариант 89499 17069 0115 1256
-й вариант 89669 12454 023 831
1.4 Расчёт толщины футеровки боковой поверхности.
-й вариант 895478 17618 0115 8470
-й вариант 89723 12861 023 5091
В каждом случае выбираем последний вариант т.к. он удовлетворяет условию
(*) и при этом имеет минимальную толщину стенки.
Qкл = Qкл= 2*Qбоков.пов+2* Qторцы+ Qпод +QсводQкл =
=2*5091+2*831+ 639149+ 655663= 24792(Вт).
Qпол =g*сc(tкон-tн) = 018411*588862*(880-20) =9323723(Вт)
Qохл.вод=gвсв(tотводимая - tподачи)
tподачи- температура подводимой воды (tподачи =15°С)
tотводимая- температура отводимой воды (tотводимая =85°С)
Расчёт ведём из условия что всё тепло пропускаемое кладкой уходит на
нагрев воды в интервале температур (15°С – 85°С).
gв = Qохл.вод св(tотводимая - tподачи)= Qкл св(tотводимая - tподачи)
gв=247924200*(85-15)= 0084(кгс)=0084*3600 3024 (кгч)
Qакк складывается из тепла аккумулированного боковыми поверхностями
подом сводом и торцевыми поверхностями.
Так как все поверхности кроме пода (под двухслойный: ш-л х-м) сделаны из
одного материала то расчёт можно вести исходя из общей массы
теплоизоляционного материала.
M= mсвода+mторцы+mбок пов+ mпода1
Так как ширина свода превышает 1 метр. Из этого следует что свод будет
арочного типа (с внутренним радиусом закругления R=1400мм)
mсвода=Vсвода* ρш-л=Sбок*Lбок* ρш-л
Для свода арочного типа с радиусом закругления (R=1400мм) и толщиной
=023(м) площадь бокового сечения Sбок=024(м2)
Lпечи+2*торца= 8200+2*230 = 8660(мм)
Vсвода= Sбок* Lбок=024*866=208(м3)
mсвода=208*1100=2288(кг)
Vторцов= 2*(Sторца* торца)
С учётом того что верхняя часть торцевых поверхностей имеет арочную форму
с радиусом закругления (R=1400 мм) площадь верхней боковой поверхности
торца равна 0083(м2)тогда объём торцов будет равен (z-ширина торца):
Sторца =0083+ (Lторца+ пода)*z= 0083+(08+0325)*11=132(м2)
Vторцов=2*132*023=0607(м3)
mторцов=0607*1100=668(кг)
5.3 Расчёт боковых поверхностей
h-высота внутреннего пространства
Vбок=2* Lбок*(h+ пода)* бок= 2*866*(08+0325)*023=448(м3)
mбок пов=448*1100=4928(кг)
5.4 Расчёт пода (только ш-л слоя)
Vпода1=11*026*82=2345(м3)
mпода1=2345*1100=25795(кг)
Vвсего ш-л=Vсвода +Vторцов +Vбок +Vпода1=208+0607+448+2345=9512(м3).
5.5 Расчёт пода (только х-м слоя)
Vпода2=11*0065*82=0586(м3)
mпода2=0586*3750=21975(кг)
6 Общий расчёт массы (ш-л слоя)
М= mбок пов+ mторцов+ mсвода +mпода1 =4928+668+2288+25795=104635 10465
Qакк ш-л =M*сш-л*(tвнутр-tвнеш.пов)(3600*7)
tвнутр- температура внутренней поверхности футеровки.( tвнутр=900 °С)
tвнеш.пов- температура внешней поверхности футеровки.( tвнеш.пов=130 °С)
сш-л- теплоёмкость ш-л в интервале температур (tвнутр-tвнеш.пов) сш-л
Qакк ш-л=10465*1037*(900-130)= 8354989143(Дж)
Qакк х-м = mпода2*сх-м*(tвнутр-tвнеш.пов)
Для хромомагнезита tвнеш.пов(873°С)
Qакк х-м =21975*25817*(900-873)=15317871(Дж)
Qакк =Qакк х-м+ Qакк х-м
Qакк=15317871+8354989143=8370307014(Дж)
Находим мощность аккумуляции:
Qакк 3600*7=8370307014(261*3600)=12726(Вт)
8 Окончательный расчёт теплового баланса
Qрасх=Qпол+Qвсп+Qкл+Qакк+Qнеуч
Qнеуч=10% от суммы всех учитываемых потерь.
Qнеуч=01*(24792+12726)=3752(Вт)
Qвсп =Qтары= 5% от суммы всех учитываемых потерь.
Qвсп =Qтары=005*(24792+12726)=1876(Вт)
Qрасх=9323723+1876+24792+12726+3752= 136383 (Вт)
Qподв=1016*136383= 138565 (Вт)
9 Определение КПД печи.
= 9323723138565=0673
10 Определение удельного расхода энергии.
A= Qрасхg=1363836628=0206 (кВт*чкг)
Определение мощности печи.
Руст=к1(Qпол+Qвсп)+к2(Qкл+Qакк+Qнеуч)
к1-учёт колебания напряжения в сети.(11-13) к1=12
к2-учёт потерь на старение печи.(12-14) к2=13
Руст=12(9323723+1876)+13(24792+12726+3752)=167787 (Вт)
Расчёт и размещение нагревателей.
Для более равномерного нагрева внутреннее пространство печи разделяем на 4
зоны каждая длиной 2050 мм. Мощность по зонам распределяем в следующем
порядке: (30% –20% –20% –30%)
Установившаяся мощность зоны Р1= Р4= 50336(кВт)
Площадь поверхности садки в этой зоне воспринимающая излучение:
Рис.2. Значения Wид и удельных мощностей p размещаемых на 1м2
футеровки в зависимости от температур тепловоспринимающей поверхности t и
нагревателя tн. Значения p даны для спиральных на полочках и
зигзагообразных проволочных и ленточных свободно излучающих нагревателей
Удельную мощность определяем по рисунку 2:
p= Р1 Fст=503362=25168(кВтм2)
По графикам [4] для полученного tн назначаем материал и диаметр
Температура нагрева изделия в этой зоне tпт=900(°С)
Площадь поверхности свода для размещения нагревателей (1-ой и 4-ой зон)
По таблицам [4] определяем значения коэффициентов для расчёта W.
W = Wид*αэф*αг*αс*αр
αэф=032 (так как td=2)
αс=1 (по графику [5])
αр=1 так как Fизд Fст=1
W=37*0 32*1*1*1=1184 (Втсм2)
Материал: нихром Х20Н80Т (γ900=115(Ом*ммм2)).
Предварительный диаметр проволоки принимаем d=3мм.
Используя трёхфазную схему соединения параллельно каждому проводнику
присоединяем еще два. Получаем суммарное количество нагревателей –9:
P11=P19=503369=559 (кВт)
U1=√(4*105*8392*115)(3142*33*1184)=213(В)
Полученное напряжение не соответствует стандартному поэтому принимаем
U1=220В и схема трёх нагревателей – звезда.
1.3 Уточнение значения диаметра:
d=3√(4*105*5592*115)(3142*2202*1184)= 294(мм)
Принимаем в соответствии со стандартным (ГОСТ 6636-69) d=3(мм).
Рис.3. Схема включения трёхфазного нагревательного элемента звездой.
R1=U2103*P11=2202103*559=866(Ом)
Длина одного нагревателя:
l1=*d2*R14* γ =314*3 2*8654*115=5316(м)
Pнагр Fнагр= P11*d* l1=5590314*03*53160=01116=Wрасч W=>условие
Проверка по температуре
Площадь поверхности всех нагревателей:
Fнагр=*d*l1=314*0003*5316=05(м2)
T’н=100*4√((5590*((108)+(050222)*((108)-
))(567*05))+(1173100)4=1280(°К)
T’н≤Tн => условие выполняется.
Назначаем шаг спирали
Назначаем диаметр спирали
D≥275d=275*3=825(мм)
Диаметр спирали нагревателя 55d=55*3=165 dспирали200 (последняя
величина взята из конструктивных соображений) назначаем равным 100 мм.
Из конструктивных соображений диаметр трубки назначаем равный 70 мм.
Длина «свёрнутого» нагревателя:
Lсвёр=5316((√(314*100)2+62)6)=1(м)
Расчёт промежутков между нагревателями.
*D+8Y=2050-50-50 Y=(1950-9*100)8=13125130мм.
Тогда расстояние между осями трубок нагревателей будет равно 230мм.
Расчёт массы одного нагревателя.
m=ρ*V=*d2*l1=8750*314*00032*5316=1315(кг)
Установившаяся мощность зоны Р2= Р3= 33557(кВт)
Wид определяем по рисунку 2:
p= Р2 Fст=335572=1678(кВтм2)
Температура нагрева в изделия в этой зоне tпт=900(°С)
Площадь поверхности свода для размещения нагревателей (2-ой и 3-ей зон)
W=22*0 32*1*1*1=07 (Втсм2)
Материал: нихром Х20Н80Т
2.2 Мощность на один нагреватель.
P22=P29=335579=373 (кВт)
U2=√(4*105*3732*115)(3142*33*07)=205(В)
U2=220В и схема трёх нагревателей – звезда.
2.3 Уточнение значения диаметра:
d=3√(4*105*3732*115)(3142*2202*07)= 267 (мм)
Принимаем в соответствии со стандартным (ГОСТ 6636-69) d=28(мм).
R2=U2103*P22=2202103*373=13(Ом)
l1=*d2*R14* γ =314*28 2*134*115=6947(м)
Pнагр Fнагр= P22*d* l1=3730314*028*69470=0061=Wрасч W=>условие
Площадь поверхности одного нагревателя:
Fнагр=*d*l1=314*00028*6947=061(м2)
T’н=100*4√((3730*((108)+(061022)*((108)-
))(567*061))+(1173100)4=1243(°К)
Pнагр Fнагр=3355755=61≥07= W =>условие выполняется
D≥275d=275*28=77(мм)
Из конструктивных соображений диаметр назначаем равный 120 мм.
В целях унификации диаметр трубки нагревателя назначаем равным 70 мм.
Lсвёр=6947*56√((314*100)2+562)=103(м)
*D+8Y=2050-50-50 Y=(1950-9*120)8=10875110мм.
m=ρ*V=*d2*l2=8750*314*000282*6947=1497(кг)
4 Расчёт выводов нагревателей.
По правилам техники безопасности длина части нагревателя выходящего
во внутреннее пространство печи должна быть не менее 50мм. Аналогично для
вывода в окружающее пространство. Также следует учесть расстояние от кладки
С учётом выше сказанного можно записать следующее:
lн=50+ +220+20 +50 = 50+230+220+20+50=570(мм)
Обе конструкции удовлетворяют всем представленным условиям следовательно
разработанные нагреватели можно использовать для данной печи.
Расчёт механизма подъёма дверец печи.
Для данной конструкции печи целесообразно выбрать такую схему МП
чтобы она содержала один блок МП (т.е. редуктор электродвигатель муфту)
в этом случае стоимость МП будет существенно ниже.
F=2*m*g=2*350*98=68607000(Н). Рекомендуемая скорость V=3 5(ммин).
Мощность при установившемся движении:
где ( - кпд механизма подъема
(=муф*ред.*бар2* блоков. где
муф=0.99 – кпд муфты [6].
ред=0.7 –кпд червячного редуктора [6].
бар=0.98 – кпд канатного барабана [6].
блоков=0.97 – кпд блоков.
(=099*07*0982*097=0646
P=7000*4(60000*0646)=0722
По атласу [5] выбираем электродвигатель типа: АИР90LА8 исполнение IM 1081
Pн =075 кBт; nн=695 мин-1.
Наибольшее натяжение в канате:
Fmax=7000(1*2*0.97)=3608 Н.
Рекомендуемый предел прочности материала проволок (в =1600- 1800 МПа;
Разрушающая сила каната Fразр ( K * Fmax ( 5(3608=18040 Н
где К=5 – коэффициент запаса прочности [6].
По атласу [5] выбираем канат типа ЛК-Р по ГОСТ2688-80: Fразр=20 кН
диаметр каната dкан=62 мм шаг винтовой нарезки p=75 мм.
Диаметр барабана по дну канавки:
Dб≥dкан*(e-1)=62*(16-1) =1054 мм
где e – коэффициент режима нагрузки принимаемый по [5].
Принимаем Dб=110 мм.
Число рабочих витков барабана:
zp=(a*H)(*(Dб+dкан))=(1*4000)(314*(110+62))=548
Lб=p*(zp+6)=75*(548+6)=861 мм. Принимаем Lб=90 мм.
Конец каната крепим к барабану двумя прижимными планками.
Диаметр болтов крепящих планки к барабану:
Выбираем червячный редуктор Ч-125 с Tном=683 Н *м Uред=63; кпд редуктора
ред=071масса редуктора mред=86 кг860 Н.
Фактическая скорость подъёма груза
Vф=nн**(Dб+dкан)(а*Uред*103)=695*3.14*(110+62)(1*63*103)=402 ммин
Отклонение от заданной скорости подъёма
Δ=(V-Vф)*100%V=(4-402)*100%4=05%10 %.
В соответствии с условиями работы привода выбираем муфту упругую втулочно-
пальцевую (МУВП). Принимаем муфту со следующими характеристиками:
диаметр окружности расположения пальцев D0=63 мм
диаметр пальца dп=10 мм
длина упругого элемента lвт=15 мм
зазор между полумуфтами С=4 мм
допускаемое смещение валов: радиальное Δ=0.2 мм угловое γ=1.5°
I) (*)Материалы и узлы:
№ Наименование Количество Цена Стоимость
шамот-легковес 10500кг 200 (рубтонна) 2100р.
Х20Н80 1315 кг (d=3мм) 750 (рубтонна) 2111р.
хромомагнезит 2200кг 271 (рубтонна)767 р.
II) (**)Зарплата основных рабочих:
№ Специальность Разряд Объём Норма Время Оплата
Слесарь Итого: Σ(**)
III) Заводская себестоимость:
Материалы и узлы Σ(*)
Зарплата основных рабочих Σ(**)
Цеховые расходы 32Σ(**)
Заводские расходы 08Σ(**)
Составление таблицы ТЭП печи.
№ Название параметра Единицы Значение
Назначение печи – нормализация
Размеры рабочего пространства мм 1000×8000×400
Габариты нагревательной камеры мм 1560×8660×1470
Стоимость нагревательной камеры рублей
нагревательной камеры кг 13000
Максимальная температура °С 900
Температура выдачи металла °С 900
Время разогрева печи ч 165
Время нагрева и выдержки металла ч 18 и 36
Производительность печи кгч 6628
Установленная мощность кВт 168
Распределение мощности по зонам кВт 505–335–335–505
Удельный расход энергии кВт*чкг 0206
Мощность холостого хода кВт 536
В. Г.Сорокин М.А. Гервасьев. Стали и сплавы. Марочник.
А. А. Скворцов А.Д. Акименко М.Я. Кузелев. Нагревательные устройства.
Издательство «Высшая школа». Москва 1965.
С. Л. Рустем. Оборудование и проектирование термических цехов.
Государственное научно-техническое издательство машиностроительной
литературы. Москва 1962.
Б.Н. Арзамасов Методика расчёта печей Учебное пособие МГТУ 1973
М.П.Александров Д.Н.Решетов. Подъёмно-транспортные машины. Атлас
конструкций. Машиностроение 1987.
Г.А. Снесарев В.П. Тибанов В.М.Зябликов. Расчет механизмов кранов.
Учебное пособие. МГТУ им. Баумана1994 г.
Дунаев П.Ф. Леликов О.П. Конструирование узлов и деталей машин. Высшая

Анин.doc

СНЗ-6.10.311 – печь сопротивления камерная с защитной атмосферой.
Ширина садки – 6 дм = 600 мм.
Длина садки – 10 дм = 1000 мм.
Высота садки – 3 дм = 300 мм.
Максимальная температура нагрева печи Tmax= 1100 0C.
Сталь 15Х – сталь конструкционная легированная.
Применение: втулки пальцы шестерни валики толкатели и другие
цементуемые детали к которым предъявляется требование высокой
поверхностной твердости при невысокой прочности сердцевины детали
работающие в условиях износа при трении.
Темпера критических точек материала
Критическая точка°С
Температура ковки: начала - 1260 конца - 800.
Заготовки сечением до 200 мм охлаждаются на воздухе 200-700 мм
подвергаются низкотемпературному отжигу.
Свариваемость: сваривается без ограничений (кроме химико-термически
обработанных деталей). Способы сварки: РДС КТС без ограничений.
Обрабатываемость резанием: при sB = 730 МПа Ku тв.спл. = 10 Ku б.ст. =
Склонность к отпускной способности: не склонна
Флокеночувствительность: не чувствительна.
Температура 220 1100
c Дж(кг(0С) 550 550
2. Тепловая массивность садки.
Расчет ведем по критерию Био [pic]
S=0.5(h=0.5(0.3=0.15 м [pic]
αизл – коэффициент теплоотдачи излучением
αк - коэффициент теплоотдачи конвекцией.
где спр -приведенный коэффициент (излучательная способность материала)
[pic]- степень черноты садки – 08
[pic]- степень черноты печи – 09
[p коэффициент лучеиспускания абсолютно черного
[pic] - коэффициент теплоотдачи излучением при температурах 20 и
Таким образом критерий Био равен[pic]
Так как Bi = 197 > 05 следовательно садка является теплотехнически
Расчёт времени нагрева садки.
Определение теплового потока:
Рис.1 Диаграмма нагрева ТМТ
На этапе нагрева печи при постоянной мощности (1)рекомендуется
[pic]- тепловоспринимающая поверхность садки.
Тогда тепловой поток равен:
[pic]- температура до которой нагревается садка за период
[pic](период нагрева при постоянной мощности).
Для бесконечной пластины:
' =03*0152 9019*10-6= 7484 с
Δt= 32810* 0152*228 = 1079 °С
t 'пов=127 *1079 =1371 °С
t 'ц= 027 *1079 =291 °С
[pic]- скорость изменения температуры.
[pic]= ([pic]- [pic])
[pic]= 1101-273=828 °С
= 32810 550*4596 * 015 =00865
[pic]= (828 - 450)00865 =4370 с
= 748.4 + 4370 =5118 с
[pic] [pic] t 'пов [pic] [pic] [pic]
8.4 4370 131.1 °С 29.1 °С 828 °С 7201 °С
[pic]- температура садки при загрузке
определяем с помощью графика Будрина для нагрева и охлаждения
средней плоскости пластины.
– относительная температура.
tпеч – температура печи при установившемся нагреве (tпеч=1100 °С)
tнач – начальная температура центра на этапе (2)
tп – температура процесса (в нашем случае под процессом имеется ввиду
=(1100-880)(1100-7201) = 058
Рис.2 График Будрина.
Для полученного интервала температур (7201-880°С) определяем критерий
αизл ср.= (αизл 720 + αизл 880) 2=295+352=3235 Втм2*К
Bi = α*S λс*к= 3235*01532*06 =253
Определение коэффициента температуропроводности ас
ас= λс*к сс*ρс =32*06550*4596=7595*10-6 (м2с*К)
Из графика получаем значение критерия Фурье (в нашем случае F0=06)
=((06*0152) 7595*10-6)3600 =0494 ч
3 Расчёт общего времени нагрева садки.
нагрева = 142+ 0494 =1914 19 ч.=114 мин.
Определение продолжительности цикла работы печи.
цикла = нагрева + вспомогательное
нагрева- время нагрева
При процессе нормализации используя график Будрина для центра
нагрева включает в себя выдержки
вспомогательное- время на вспомогательные операции.
Время нагрева было рассчитано в пункте 2.
Время на вспомогательные операции для данной печи назначаем 032 часа
(из расчета движения загрузочной машины 4 ммин).
цикла= 19 +027 =217 ч. цикла=
1Определение производительности печи.
g =mc цикла= ρс*Vc цикла = 4596*06*1*03217=3812 (кгч)=01059
цикла – время затраченное на обработку.
Определение основных размеров печи.
Основные размеры определяем с учётом предыдущих конструкций печей
данного типа. Из анализа промышленной печи СН3 -4.8.25.10 устанавливаем
следующие размеры внутреннего пространства:
Расчет футеровки печи
Так как наша печь рассчитана на 1100°С то ее футеровка будет
Назначаем 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 .
Назначаем толщину слоёв: (1=0065м(2=0115м (3=03м
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.
Материал Q Вт м t1 0С t2 0С t3 0С t4 0С
Ш + шл + мв66196 048 1090 1030 720 40
Расчет теплового баланса.
1. Расходные статьи.
Qрасх. = Qпол. + Qвспом.+ Qкл. + Qакк. + Qотв. + Qт.к.з. + Qохл.в +
) Qпол. – полезно затраченное тепло
Qпол. = g · сс · (tк - tн) где
g – производительность печи
сс – теплоемкость садки
tн – температура металла при загрузке в печь
tк – температура нагрева металла.
Qпол. = 3812 · 550 · (880 - 20) = 180 · 106 Джчас = 500854 Вт
) Qвспом.= Qтары+ Qатм.
Qтары – расход тепла на нагрев тары.
Qтары = (10÷15%) Qпол. = 012 ·500854 =6010 Вт
Qвспом.=6010+124= 6134 Вт.
) Qкл. – потери тепла через кладку печи.
) Qакк. – потери на аккумуляцию тепла печью. Эта статья имеет большое
значение для периодически действующих печей. Период работы нашей печи [pic]
Расчет далее в пп. 5.1.2
) Qотв. – потери тепла через отверстие.
Расчет далее в пп. 5.1.3
) Qт.к.з. – потери на тепловые короткие замыкания.
Qт.к.з.=0 т.к нет металлических элементов проходящих сквозь
) Qохл.в – потери тепла с охлаждающей водой
Qохл.в=0 т.к эта печь не требует охлаждения каких-либо ее элементов
)Qн.п. – неучтенные потери.
Qн.п. = (10÷12%) (Qвсп. + Qкл. + Qакк. + Qотв. + Qт.к.з.)
Расчет далее в пп. 5.1.4
1.2 Потери тепла на аккумуляцию кладки
) шамот-ультралегковес
с - коэффициенты теплоемкости
[pic]-разница между средней температурой соответствующей части футеровки и
температурой окружающей среды
- средняя площадь соответствующей части футеровки.
1.3 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.
где H – высота отверстия
S – ширина отверстия
1.4 Неучтенные потери
Qн.п. = (10÷12%) (..)=
Qрасх. = Qпол. + Qвспом.+ Qкл. + Qакк. + + Qн.п.=
=500854+6134+391612+10600+452837+251785=7778174 Вт
Коэффициент полезного действия печи:
Установленная мощность печи:
где k1 = (11 ÷ 13) - коэффициент запаса учитывающий возможные колебания
k2 = (12 ÷ 14) – коэффициент запаса учитывающий старение печи.
Время разогрева печи:
Удельный расход энергии:
Уравнение теплового баланса для печи имеет следующий вид:
Расчет и размещение нагревателей.
Расчет металлических нагревателей.
Нагреватели размещаем на поде своде и боковых стенках печи.
Установленная мощность Руст== 33 кВт
Температура нагрева изделия в печи tтп=11000С
Поверхность пода печи занятая нагревателями
Удельная мощность [pic]
Wид 5 Втсм2 и соответствующая tн=11500С
Нагреватель на своде
Поверхность свода печи занятая нагревателями
Нагреватели на боковых стенках
Установленная мощность Руст=[pic]= 165 кВт
Поверхность стен зоны печи занятая нагревателями
Wид 4 Втсм2 и соответствующая tн=11000С
Так как наиболее худшие условия работы нагревателей будут в поду печи
то проведем расчет для этой зоны.
Рис.1. Значения Wид и удельных мощностей p размещаемых на 1м2
футеровки в зависимости от температур тепловоспринимающей поверхности
tт.п.. и нагревателя tн.
Срок службы нагревателей не менее 10000 ч
Выбираем конструкцию электронагревателей - проволочный зигзаг с
относительным витковым расстоянием ld=275
Выбираем материал Х20Н80
Для проволочного зигзагообразного нагревателя и заданных условий его
работы рассчитывается допустимая удельная поверхностная мощность:
W = Wид*αэф*αг*αс*αр
αэф =068 - коэффициент эффективности излучения нагревателя;
αp=0.7 т.к. [pic] (рис.3)
αс= 1.1 т.к Спр=[pic] (рис.4)
W = Wид*αэф*αг*αс*αр= [pic]
Значения коэффициента [pic]. Значения коэффициента
Значения коэффициента [pic] в зависимости от величины приведенного
коэффициента излучения[pic].
Определение реальных размеров нагревателей
Принимаем напряжение на каждом нагревателе: [pic]
Мощность одного нагревателя
n = 2 – число параллельных нагревателей.
Диаметр нагревателя:
Сопротивление нагревателя:
Длина одного нагревателя:
условие выполняется т.е. оставляем d=47мм.
Проверка 2 по температуре.
Площадь поверхности нагревателей:
tн = 1100°С tн = 1150°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 · 47 = 2585 мм принимаем t = 26 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:
Расчет выводов нагревателя.
Диаметр вывода нагревателя выбираем из соотношения площадей поперечных
сечений проволоки и нагревателя:
Расчёт массы нагревателя.
Плотность Х20Н80: ρ = 84 гсм3.
Расчет неметаллических нагревателей.
В качестве неметаллических электронагревателей будем использовать
карборундовые (силитовые) т.к. невысокая температура печи.
Выбираем нагреватели по габаритным размерам. Необходимо чтобы длина
рабочей поверхности помещалась во внутреннем пространстве печи а общая
длина была чуть больше соответствующего размера футеровки для удобного
закрепления выводов.
Нагреватели располагаем вертикально по боковым стенкам. Выбираем
нагреватель КНС-25540.
Длина рабочей части 400 мм
Диаметр рабочей части 25 мм
Диаметр выводов 25 мм
Площадь поверхности рабочей части 314 см2
Полное сопротивление в нагретом состоянии 12-18 Ом
Допустимая температура нагревателя tH= 1150 0C (по графику рис.1)
Идеальная удельная поверхностная мощность нагревателя Wид 5 Втсм2
Удельная поверхностная мощность выбранного нагревателя
αp=0.63 т.к. [pic] (рис. 3)
αс= 098 т.к Спр=[pic] (рис. 4)
Напряжение нагревателя
Количество нагревателей
Необходимо разместить 25 нагревателей на стенке длиной 1200 мм
Шаг размещения [pic]
Невозможно разместить 25 нагревателей на стенке длиной 1200 мм с шагом 50
Расчет механизма подъема дверцы печи.
Определение усилия подъема
Коэффициент трения дверцы о переднюю стенку f= 0.45
Угол наклона передней стенки [pic]
Коэффициент запаса [pic]
Cтаскивающая сила [pic]
Усилие подъема [pic]
Усилие подъема с противовесом [pic]
Диаметр ведомой звездочки не менее [pic]
принимаем D2=150 мм по нормальному ряду размеров Ra10
Выбор электродвигателя
Рекомендуемая скорость V=3 5(ммин).
КПД механизма подъема
червячный редуктор ч=07
цепная передача ц=094
Частота вращения ведомой звездочки
Выбираем двигатель 4АС71В8У3
Рн=03 кВт при ПВ25% мощность электродвигателя
nc= 750 мин-1 синхронная частота вращения
nн= 670 мин-1 номинальная частота вращения
дв = 05 КПД двигателя
mд=20 кратность максимального момента двигателя
Ig= 00019 кгм2 момент инерции ротора
Номинальный момент двигателя
Коэффициент загрузки двигателя по мощности
Общее передаточное число привода
Принимаем значение передаточного числа цепной передачи uцп= 3
Тогда передаточное число редуктора
Частота вращения тихоходного вала редуктора
Вращающий момент на ведомой звездочке
Момент на тихоходном валу редуктора
Выбираем червячный редуктор Ч-63
Расчет цепной предачи

ДЗ печи-2.doc

Задание: Определить потери тепла в данных условиях. Сделать выводы.
Потери тепла определяем по формуле:
[pic]А) Зададимся значениями температур t1 t2 t3 t4
Условия накладываемые на значения температур:
i [pic](С[pic](С[pic](С
Подставив полученные значения получим:
Осуществим проверку:
Полученные значения заносим в таблицу 1.
Разница между минимальным и максимальным значениями должна быть:
Вывод: выбранные значения температур t1 t3 удовлетворяют наложенным
условиям ([pic]. Но значения температур t2 t4 им не удовлетворяют
Б) Изменим значения температур t2 t3 t4 с учетом полученных выше
Полученные значения заносим в таблицу 2.
Вывод: выбранные значения температур t1 t2 t3 t4 удовлетворяют
наложенным условиям ([pic]. Постараемся сделать значения температур
В) Изменим значения температур t1 t2 t3 t4 с учетом полученных выше
Полученные значения заносим в таблицу 3.
Вывод: полученные значения температур почти удовлетворяют наложенным
условиям не считая t4 которая меньше 40(С

лист2.frw

РПЗ Алиев.doc

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им. Н.Э.БАУМАНА.
РАСЧЁТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ТЕПЛОВОЙ ОБРАБОТКИ
ПРОЕКТИРОВАНИЕ НАГРЕВАТЕЛЬНОЙ МАШИНЫ ПЕЧИ СОПРОТИВЛЕНИЯ СНВ – 10.80.4 9
РУКОВОДИТЕЛЬ: КСЕНОФОНТОВ А.Г.
Техническое задание 4
Определение теплотехнических характеристик и тепловой массивности садки.
1 Теплотехнические характеристики садки: 5
2 Определение тепловой массивности садки: 6
3 Определение критерия Био: 7
Расчёт времени нагрева садки. 7
1 Расчёт времени 1 7
2 Расчёт времени 2 9
3 Расчёт общего времени нагрева садки.
Определение продолжительности цикла работы печи.11
1Определение производительности печи. 11
Определение основных размеров печи. 12
Расчёт теплового баланса. 13
1.2 Расчёт толщины футеровки свода.
1.1Расчёт толщины футеровки пода. 14
1.3 Расчёт толщины футеровки торцевой поверхности. 14
1.4 Расчёт толщины футеровки боковой поверхности. 14
4.1 Расчёт Qакк (всей кладкой)
4.4 Расчёт боковых поверхностей
4.5 Расчёт пода (только ш-л слоя)
4.6 Расчёт пода (только х-м слоя)
5 Общий расчёт массы (ш-л слоя)
7 Окончательный расчёт теплового баланса 17
8 Определение КПД печи. 17
9 Определение удельного расхода энергии. 17
Определение мощности печи. 18
Расчёт и размещение нагревателей. 19
1 Расчёт для 1-ой и 4-ой зон.
1.2 Мощность на один нагреватель
1.3 Уточнение значения диаметра: 21
1.4 Сопротивление одного нагревателя:
2 Расчёт для 2-ой и 3-ей зон.
2.2 Мощность на один нагреватель. 23
2.3 Уточнение значения диаметра: 23
2.4 Сопротивление одного нагревателя:
Расчёт механизма подъёма дверец печи. 25
1 Выбор электродвигателя.
4 Выбор редуктора 26
Определение ориентировочной стоимости нагревательной камеры.
Составление таблицы ТЭП печи. 28
Список литературы. 29
В данном курсовом проекте требуется спроектировать нагревательную
машину печи сопротивления СНВ – 10.80.4 9 для нормализации заготовок из
стали 30ХГСА с коэффициентом заполнения садки = 07.
1 Теплотехнические характеристики садки:
- Коэффициент теплопроводности λме
- Коэффициент теплоёмкости сме
- Коэффициент температуропроводности аме
Для реальной садки расчёт производится с учётом коэффициента заполнения
ТХ определяем по справочным материалам[1]:
сме = 588862(Джкг*К)
Пересчёт параметров с учётом коэффициента заполнения садки :
λс= 33776*07 = 236432 (Втм*К)
ρс= 7723*07= 54061 (кгм3)
Определение коэффициент температуропроводности ас
ас=23643254061*588862 =7427*10-6(м2с*К)
2 Определение тепловой массивности садки:
При определении ТМС используем критерий Био:
Для этого требуется рассчитать коэффициент теплоотдачи α и уточнить
величину S (наименьшее расстояние между самой горячей и самой холодной
Оценивая габариты садки (1м × 8м × 04м) приходим к выводу что печь будет
с выкатывающимся подом. В связи с этим теряется возможность расположить
нагреватели в нижней части внутреннего пространства печи. Из анализа
размеров следует что S будет равно высоте садки. ( S = 04м)
В данном проекте требуется разработать вакуумную печь то есть при расчёте
α будем учитывать только составляющую излучения (αизл). Коэффициент
теплоотдачи αизл определяем по закону Стефана – Больцмана:
где спр -приведенный коэффициент (излучательная способность материала)
с0 - излучательная способность АЧТ
– степень черноты материала (для стали 30ХГСА =08)
спр=08*567=4536 (Втм2*К4)
Находим αизл для разных температур ( для 20°и 880°С).
αизл 20 =((((900+273) 100)4-((20+273) 100)4)(900-20))*4536 = 9720496
αизл 880 =((((900+273)100)4-((880+273) 100)4)(900-880))*4536 = 2854331
αизл ср.= (αизл 20 + αизл 880) 2 =9720496 +2854331=191319 (Втм2*К)
3 Определение критерия Био:
Bi =191319*04236432=32368 >05 => садка массивная.
Расчёт времени нагрева садки.
Определение теплового потока:
Рис.1 Диаграмма нагрева ТМТ
На этапе нагрева печи при постоянной мощности (1)рекомендуется принять:
q=4536*((09*(900+273)100)4- (05*(900+273)100))4 =5097521
t' 'пов =100 *4√((900+273)100)4-50975214536 = 9365 (°К)
' =03*042 7427*10-6= 6463 (с)
Δt= 5097521* 042*236432 = 4312 (°)
t 'пов=127 *4312 =5746 (°С)
t 'ц= 027 *4312 =1137 (°С)
' '= (t ' 'пов- t 'пов)
t ' 'пов= 9365-273=6635(°С)
= 5097521 588862*54061 * 04 =004003
' '= (6635 - 5746)004003 =2220 (с)
= 6463 + 9040 =9686 (с)
' ' ' t 'пов t 'ц t ' 'пов t ' 'ц
63 2220 5746° С 1137° С 6635 °С 2323° С
определяем с помощью графика Будрина.
– относительная температура.
tпеч – температура печи при установившемся нагреве (tпеч=900 °С)
tнач – начальная температура центра на этапе (2)
tп – температура процесса (в нашем случае под процессом имеется ввиду
=(900-880)(900-2323) = 003
Рис.2 График Будрина.
Для полученного интервала температур (2323-880°С) определяем критерий Био:
λср232-880 = λ556* =3325*07=23275 (Втм*К)
αизл 232 =((((900+273) 100)4-((232+273) 100)4)(900-232))*4536 = 12414
αизл ср.= (αизл 232 + αизл 880) 2 =12414 +2854331=2048 (Втм2*К)
Bi = α*S λс= 2048*0423275 =352
Определение коэффициента температуропроводности ас
ас= λс сс*ρс =2327554061*588862=7311*10-6 (м2с*К)
Из графика получаем значение критерия Фурье (в нашем случае F0=25)
=((25*042) 7311*10-6)3600 =151978 152(ч)
нагрева = 269+ 152 =1789 18(ч).
Определение продолжительности цикла работы печи.
цикла = нагрева + выдержки + вспомогательное
нагрева- время нагрева
выдержки- время выдержки
вспомогательное- время на вспомогательные операции.
Время нагрева было рассчитано в пункте 2.
Время выдержки рассчитывается по формуле:
выдержки = 02*нагрева
выдержки= 02*18 = 36(ч)
Время на вспомогательные операции для данной печи назначаем 45 часа.
цикла= 18 + 36 + 45 = 261(ч)
1Определение производительности печи.
g =mc цикла= ρс*Vc цикла = 54061*1*04*8261= 6628
Определение основных размеров печи.
Основные размеры определяем с учётом предыдущих конструкций печей данного
типа. Из анализа промышленной печи СНВ -14.100.4.145 устанавливаем
следующие размеры внутреннего пространства:
Расчёт теплового баланса.
Уравнение теплового баланса:
Qрасх=Qпол+Qвсп+Qкл+Qакк+Qотв+Qотз+Qохл.вод+Qнеуч
Qрасх –всё тепло потребляемое печью.
Qпол - тепло идущее на нагрев садки.
Qвсп- потери тепла идущие на нагрев тары и атмосферы печи.
В вакуумной печи Qатм.=0.
Qтары= 5% от всех учитываемых потерь.
Qкл - тепло пропускаемое кладкой.
Qакк- тепло аккумулируемое всеми составляющими печи (в данном случае
тепло аккумулируемое футеровкой).
Qотв- потери тепла через отверстия.
Для нашего случая (Qотв=0)
Qткз- тепло отводимое через источники теплового короткого замыкания.
Для нашего случая (Qткз=0)
Qохл.вод- тепло отводимое охлаждающими водами.
Qнеуч – неучтённые потери.
Для нашего случая (Qнеуч=10% от всех учитываемых потерь.)
Qподв- энергия потребляемая из сети.
Qнеуч принимаем 10% от всех учтённых потерь.
Qпол =g сc(tкон-tн) = 6628*588862*(880-20) =3356560509(Джчас)=
Qрасх=Qпол+ Qтары +Qкл+Qакк+Qотв+Qотз+Qохл.вод+Qнеуч
Руст=к1(Qпол+Qвсп)+к2(Qкл+Qакк+Qотв+Qотз+Qохл.вод+Qнеуч)
к1-учёт колебания напряжения в сети.(11-13)
к2-учёт потерь на старение печи.(12-14)
Так как печь будет оснащена системой водоохлаждения то в расчётах
можно принять температуру поверхности 85°C (*). Для вакуумных печей не
рекомендуется применять стандартную трехслойную футеровку (шамот шамот-
легковес мин. вата) ввиду того что при вакуумизации печи могут
возникнуть проблемы связанные с повышенной пористостью теплоизоляционных
слоёв. С учётом этих обстоятельств принимаем решение об использовании
однослойной футеровки – шамот-легковес (за исключением пода). По причине
большой массивности садки под следует укрепить более плотным материалом
для этой цели применяем хромомагнезит.
№ варианта t1 t2 2 ш-л Qкладки
-й вариант 895644 1785425 0115 1122046
-й вариант 8974525 13038 023 655663
1.1Расчёт толщины футеровки пода.
№ варианта 2 ш-л 1 х-магн. t1 t2 t3 Qкладки
-й вариант 0115 0065 895495 851189 1724185 1169254
-й вариант 023 0065 897287 87081 128948 698252
-й вариант 026 0065 897507 873283 1235778 639149
1.3 Расчёт толщины футеровки торцевой поверхности.
-й вариант 89499 17069 0115 1256
-й вариант 89669 12454 023 831
1.4 Расчёт толщины футеровки боковой поверхности.
-й вариант 895478 17618 0115 8470
-й вариант 89723 12861 023 5091
В каждом случае выбираем последний вариант т.к. он удовлетворяет условию
(*) и при этом имеет минимальную толщину стенки.
Qкл = Qкл= 2*Qбоков.пов+2* Qторцы+ Qпод +QсводQкл =
=2*5091+2*831+ 639149+ 655663= 24792(Вт).
Qпол =g*сc(tкон-tн) = 018411*588862*(880-20) =9323723(Вт)
Qохл.вод=gвсв(tотводимая - tподачи)
tподачи- температура подводимой воды (tподачи =15°С)
tотводимая- температура отводимой воды (tотводимая =85°С)
Расчёт ведём из условия что всё тепло пропускаемое кладкой уходит на
нагрев воды в интервале температур (15°С – 85°С).
gв = Qохл.вод св(tотводимая - tподачи)= Qкл св(tотводимая - tподачи)
gв=247924200*(85-15)= 0084(кгс)=0084*3600 3024 (кгч)
Qакк складывается из тепла аккумулированного боковыми поверхностями
подом сводом и торцевыми поверхностями.
Так как все поверхности кроме пода (под двухслойный: ш-л х-м) сделаны из
одного материала то расчёт можно вести исходя из общей массы
теплоизоляционного материала.
M= mсвода+mторцы+mбок пов+ mпода1
Так как ширина свода превышает 1 метр. Из этого следует что свод будет
арочного типа (с внутренним радиусом закругления R=1400мм)
mсвода=Vсвода* ρш-л=Sбок*Lбок* ρш-л
Для свода арочного типа с радиусом закругления (R=1400мм) и толщиной
=023(м) площадь бокового сечения Sбок=024(м2)
Lпечи+2*торца= 8200+2*230 = 8660(мм)
Vсвода= Sбок* Lбок=024*866=208(м3)
mсвода=208*1100=2288(кг)
Vторцов= 2*(Sторца* торца)
С учётом того что верхняя часть торцевых поверхностей имеет арочную форму
с радиусом закругления (R=1400 мм) площадь верхней боковой поверхности
торца равна 0083(м2)тогда объём торцов будет равен (z-ширина торца):
Sторца =0083+ (Lторца+ пода)*z= 0083+(08+0325)*11=132(м2)
Vторцов=2*132*023=0607(м3)
mторцов=0607*1100=668(кг)
5.3 Расчёт боковых поверхностей
h-высота внутреннего пространства
Vбок=2* Lбок*(h+ пода)* бок= 2*866*(08+0325)*023=448(м3)
mбок пов=448*1100=4928(кг)
5.4 Расчёт пода (только ш-л слоя)
Vпода1=11*026*82=2345(м3)
mпода1=2345*1100=25795(кг)
Vвсего ш-л=Vсвода +Vторцов +Vбок +Vпода1=208+0607+448+2345=9512(м3).
5.5 Расчёт пода (только х-м слоя)
Vпода2=11*0065*82=0586(м3)
mпода2=0586*3750=21975(кг)
6 Общий расчёт массы (ш-л слоя)
М= mбок пов+ mторцов+ mсвода +mпода1 =4928+668+2288+25795=104635 10465
Qакк ш-л =M*сш-л*(tвнутр-tвнеш.пов)(3600*7)
tвнутр- температура внутренней поверхности футеровки.( tвнутр=900 °С)
tвнеш.пов- температура внешней поверхности футеровки.( tвнеш.пов=130 °С)
сш-л- теплоёмкость ш-л в интервале температур (tвнутр-tвнеш.пов) сш-л
Qакк ш-л=10465*1037*(900-130)= 8354989143(Дж)
Qакк х-м = mпода2*сх-м*(tвнутр-tвнеш.пов)
Для хромомагнезита tвнеш.пов(873°С)
Qакк х-м =21975*25817*(900-873)=15317871(Дж)
Qакк =Qакк х-м+ Qакк х-м
Qакк=15317871+8354989143=8370307014(Дж)
Находим мощность аккумуляции:
Qакк 3600*7=8370307014(261*3600)=12726(Вт)
8 Окончательный расчёт теплового баланса
Qрасх=Qпол+Qвсп+Qкл+Qакк+Qнеуч
Qнеуч=10% от суммы всех учитываемых потерь.
Qнеуч=01*(24792+12726)=3752(Вт)
Qвсп =Qтары= 5% от суммы всех учитываемых потерь.
Qвсп =Qтары=005*(24792+12726)=1876(Вт)
Qрасх=9323723+1876+24792+12726+3752= 136383 (Вт)
Qподв=1016*136383= 138565 (Вт)
9 Определение КПД печи.
= 9323723138565=0673
10 Определение удельного расхода энергии.
A= Qрасхg=1363836628=0206 (кВт*чкг)
Определение мощности печи.
Руст=к1(Qпол+Qвсп)+к2(Qкл+Qакк+Qнеуч)
к1-учёт колебания напряжения в сети.(11-13) к1=12
к2-учёт потерь на старение печи.(12-14) к2=13
Руст=12(9323723+1876)+13(24792+12726+3752)=167787 (Вт)
Расчёт и размещение нагревателей.
Для более равномерного нагрева внутреннее пространство печи разделяем на 4
зоны каждая длиной 2050 мм. Мощность по зонам распределяем в следующем
порядке: (30% –20% –20% –30%)
Установившаяся мощность зоны Р1= Р4= 50336(кВт)
Площадь поверхности садки в этой зоне воспринимающая излучение:
Рис.2. Значения Wид и удельных мощностей p размещаемых на 1м2
футеровки в зависимости от температур тепловоспринимающей поверхности t и
нагревателя tн. Значения p даны для спиральных на полочках и
зигзагообразных проволочных и ленточных свободно излучающих нагревателей
Удельную мощность определяем по рисунку 2:
p= Р1 Fст=503362=25168(кВтм2)
По графикам [4] для полученного tн назначаем материал и диаметр
Температура нагрева изделия в этой зоне tпт=900(°С)
Площадь поверхности свода для размещения нагревателей (1-ой и 4-ой зон)
По таблицам [4] определяем значения коэффициентов для расчёта W.
W = Wид*αэф*αг*αс*αр
αэф=032 (так как td=2)
αс=1 (по графику [5])
αр=1 так как Fизд Fст=1
W=37*0 32*1*1*1=1184 (Втсм2)
Материал: нихром Х20Н80Т (γ900=115(Ом*ммм2)).
Предварительный диаметр проволоки принимаем d=3мм.
Используя трёхфазную схему соединения параллельно каждому проводнику
присоединяем еще два. Получаем суммарное количество нагревателей –9:
P11=P19=503369=559 (кВт)
U1=√(4*105*8392*115)(3142*33*1184)=213(В)
Полученное напряжение не соответствует стандартному поэтому принимаем
U1=220В и схема трёх нагревателей – звезда.
1.3 Уточнение значения диаметра:
d=3√(4*105*5592*115)(3142*2202*1184)= 294(мм)
Принимаем в соответствии со стандартным (ГОСТ 6636-69) d=3(мм).
Рис.3. Схема включения трёхфазного нагревательного элемента звездой.
R1=U2103*P11=2202103*559=866(Ом)
Длина одного нагревателя:
l1=*d2*R14* γ =314*3 2*8654*115=5316(м)
Pнагр Fнагр= P11*d* l1=5590314*03*53160=01116=Wрасч W=>условие
Проверка по температуре
Площадь поверхности всех нагревателей:
Fнагр=*d*l1=314*0003*5316=05(м2)
T’н=100*4√((5590*((108)+(050222)*((108)-
))(567*05))+(1173100)4=1280(°К)
T’н≤Tн => условие выполняется.
Назначаем шаг спирали
Назначаем диаметр спирали
D≥275d=275*3=825(мм)
Диаметр спирали нагревателя 55d=55*3=165 dспирали200 (последняя
величина взята из конструктивных соображений) назначаем равным 100 мм.
Из конструктивных соображений диаметр трубки назначаем равный 70 мм.
Длина «свёрнутого» нагревателя:
Lсвёр=5316((√(314*100)2+62)6)=1(м)
Расчёт промежутков между нагревателями.
*D+8Y=2050-50-50 Y=(1950-9*100)8=13125130мм.
Тогда расстояние между осями трубок нагревателей будет равно 230мм.
Расчёт массы одного нагревателя.
m=ρ*V=*d2*l1=8750*314*00032*5316=1315(кг)
Установившаяся мощность зоны Р2= Р3= 33557(кВт)
Wид определяем по рисунку 2:
p= Р2 Fст=335572=1678(кВтм2)
Температура нагрева в изделия в этой зоне tпт=900(°С)
Площадь поверхности свода для размещения нагревателей (2-ой и 3-ей зон)
W=22*0 32*1*1*1=07 (Втсм2)
Материал: нихром Х20Н80Т
2.2 Мощность на один нагреватель.
P22=P29=335579=373 (кВт)
U2=√(4*105*3732*115)(3142*33*07)=205(В)
U2=220В и схема трёх нагревателей – звезда.
2.3 Уточнение значения диаметра:
d=3√(4*105*3732*115)(3142*2202*07)= 267 (мм)
Принимаем в соответствии со стандартным (ГОСТ 6636-69) d=28(мм).
R2=U2103*P22=2202103*373=13(Ом)
l1=*d2*R14* γ =314*28 2*134*115=6947(м)
Pнагр Fнагр= P22*d* l1=3730314*028*69470=0061=Wрасч W=>условие
Площадь поверхности одного нагревателя:
Fнагр=*d*l1=314*00028*6947=061(м2)
T’н=100*4√((3730*((108)+(061022)*((108)-
))(567*061))+(1173100)4=1243(°К)
Pнагр Fнагр=3355755=61≥07= W =>условие выполняется
D≥275d=275*28=77(мм)
Из конструктивных соображений диаметр назначаем равный 120 мм.
В целях унификации диаметр трубки нагревателя назначаем равным 70 мм.
Lсвёр=6947*56√((314*100)2+562)=103(м)
*D+8Y=2050-50-50 Y=(1950-9*120)8=10875110мм.
m=ρ*V=*d2*l2=8750*314*000282*6947=1497(кг)
4 Расчёт выводов нагревателей.
По правилам техники безопасности длина части нагревателя выходящего
во внутреннее пространство печи должна быть не менее 50мм. Аналогично для
вывода в окружающее пространство. Также следует учесть расстояние от кладки
С учётом выше сказанного можно записать следующее:
lн=50+ +220+20 +50 = 50+230+220+20+50=570(мм)
Обе конструкции удовлетворяют всем представленным условиям следовательно
разработанные нагреватели можно использовать для данной печи.
Расчёт механизма подъёма дверец печи.
Для данной конструкции печи целесообразно выбрать такую схему МП
чтобы она содержала один блок МП (т.е. редуктор электродвигатель муфту)
в этом случае стоимость МП будет существенно ниже.
F=2*m*g=2*350*98=68607000(Н). Рекомендуемая скорость V=3 5(ммин).
Мощность при установившемся движении:
где ( - кпд механизма подъема
(=муф*ред.*бар2* блоков. где
муф=0.99 – кпд муфты [6].
ред=0.7 –кпд червячного редуктора [6].
бар=0.98 – кпд канатного барабана [6].
блоков=0.97 – кпд блоков.
(=099*07*0982*097=0646
P=7000*4(60000*0646)=0722
По атласу [5] выбираем электродвигатель типа: АИР90LА8 исполнение IM 1081
Pн =075 кBт; nн=695 мин-1.
Наибольшее натяжение в канате:
Fmax=7000(1*2*0.97)=3608 Н.
Рекомендуемый предел прочности материала проволок (в =1600- 1800 МПа;
Разрушающая сила каната Fразр ( K * Fmax ( 5(3608=18040 Н
где К=5 – коэффициент запаса прочности [6].
По атласу [5] выбираем канат типа ЛК-Р по ГОСТ2688-80: Fразр=20 кН
диаметр каната dкан=62 мм шаг винтовой нарезки p=75 мм.
Диаметр барабана по дну канавки:
Dб≥dкан*(e-1)=62*(16-1) =1054 мм
где e – коэффициент режима нагрузки принимаемый по [5].
Принимаем Dб=110 мм.
Число рабочих витков барабана:
zp=(a*H)(*(Dб+dкан))=(1*4000)(314*(110+62))=548
Lб=p*(zp+6)=75*(548+6)=861 мм. Принимаем Lб=90 мм.
Конец каната крепим к барабану двумя прижимными планками.
Диаметр болтов крепящих планки к барабану:
Выбираем червячный редуктор Ч-125 с Tном=683 Н *м Uред=63; кпд редуктора
ред=071масса редуктора mред=86 кг860 Н.
Фактическая скорость подъёма груза
Vф=nн**(Dб+dкан)(а*Uред*103)=695*3.14*(110+62)(1*63*103)=402 ммин
Отклонение от заданной скорости подъёма
Δ=(V-Vф)*100%V=(4-402)*100%4=05%10 %.
В соответствии с условиями работы привода выбираем муфту упругую втулочно-
пальцевую (МУВП). Принимаем муфту со следующими характеристиками:
диаметр окружности расположения пальцев D0=63 мм
диаметр пальца dп=10 мм
длина упругого элемента lвт=15 мм
зазор между полумуфтами С=4 мм
допускаемое смещение валов: радиальное Δ=0.2 мм угловое γ=1.5°
I) (*)Материалы и узлы:
№ Наименование Количество Цена Стоимость
шамот-легковес 10500кг 200 (рубтонна) 2100р.
Х20Н80 1315 кг (d=3мм) 750 (рубтонна) 2111р.
хромомагнезит 2200кг 271 (рубтонна)767 р.
II) (**)Зарплата основных рабочих:
№ Специальность Разряд Объём Норма Время Оплата
Слесарь Итого: Σ(**)
III) Заводская себестоимость:
Материалы и узлы Σ(*)
Зарплата основных рабочих Σ(**)
Цеховые расходы 32Σ(**)
Заводские расходы 08Σ(**)
Составление таблицы ТЭП печи.
№ Название параметра Единицы Значение
Назначение печи – нормализация
Размеры рабочего пространства мм 1000×8000×400
Габариты нагревательной камеры мм 1560×8660×1470
Стоимость нагревательной камеры рублей
нагревательной камеры кг 13000
Максимальная температура °С 900
Температура выдачи металла °С 900
Время разогрева печи ч 165
Время нагрева и выдержки металла ч 18 и 36
Производительность печи кгч 6628
Установленная мощность кВт 168
Распределение мощности по зонам кВт 505–335–335–505
Удельный расход энергии кВт*чкг 0206
Мощность холостого хода кВт 536
В. Г.Сорокин М.А. Гервасьев. Стали и сплавы. Марочник.
А. А. Скворцов А.Д. Акименко М.Я. Кузелев. Нагревательные устройства.
Издательство «Высшая школа». Москва 1965.
С. Л. Рустем. Оборудование и проектирование термических цехов.
Государственное научно-техническое издательство машиностроительной
литературы. Москва 1962.
Б.Н. Арзамасов Методика расчёта печей Учебное пособие МГТУ 1973
М.П.Александров Д.Н.Решетов. Подъёмно-транспортные машины. Атлас
конструкций. Машиностроение 1987.
Г.А. Снесарев В.П. Тибанов В.М.Зябликов. Расчет механизмов кранов.
Учебное пособие. МГТУ им. Баумана1994 г.
Дунаев П.Ф. Леликов О.П. Конструирование узлов и деталей машин. Высшая

лист1.dwg

Удельное электросопротивление
Коэффициент теплопроводности
Удельное сопротивление
Удельная теплоемкость
Рекристаллизационный
Скорость перемещения
Принципиальная схема непрерывного нагрева заготовок.
МГТУ им. Бауманаnкафедра МТ8nгруппа МТ8-82
- ролик прокатного стана

СШЗ 15Х-нормализация.doc

Кафедра Материаловедение
Расчетно-пояснительная записка
К курсовому проекту на тему:
Спроектировать электрическую печь сопротивления СШЗ-15.159
Тема курсового проекта - спроектировать электрическую печь сопротивления
СШЗ-15.159. В техническом задании предлагается спроектировать печь для
нормализации заготовок из стали 15Х с коэффициентом заполнения садки
СШЗ-15.159 - печь сопротивления шахтная с защитной атмосферой.
Диаметр садки (15дм=1.5 м=1500мм
Высота садки 15дм=1.5м=1500мм
Максимальная температура нагрева печи t0=9000C
Назначение: втулки пальцы шестерни валики толкатели и другие
цементируемые детали к которым предъявляется требование высокой
поверхностной твердости при невысокой прочности сердцевины детали
работающие в условиях износа при трении.
Температура критических точек
Критическая точка°С
Технологические свойства
Температура ковки: начала 1260 конца 800. Заготовки сечением до 200 мм
охлаждаются на воздухе 200-700 мм подвергаются низкотемпературному отжигу.
Свариваемость: сваривается без ограничений (кроме химико-термически
обработанных деталей). Способы сварки: РДС КТС без ограничений.
Обрабатываемость резанием: при sB = 730 МПа Ku тв.спл. = 10 Ku б.ст. =
Склонность к отпускной способности: не склонна
Флокеночувствительность: не чувствительна
Физические свойства стали 15Х как то: модуль нормальной упругости Модуль
упругости при сдвиге кручением Плотность Коэффициент теплопроводности
Коэффициент линейного расширения и удельная теплоемкость даны в
Определение теплотехнических характеристик и тепловой массивности садки
1. Теплотехнические характеристики
Данные по теплотехническим характеристикам стали 15Х представленные в
приложении взяты из [1].
Средняя температура нагрева садки
Значения плотности r коэффициента теплопроводности l и удельной
теплоемкости c стали и садки при средней температуре
Обозначение Для стали 15Х для садки
c Дж(кг(0С) 550 550
2. Тепловая массивность садки
Расчет ведем по критерию Био [pic]
S=0.5(d=0.5(1.5=0.75 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 массивным телом.
Расчет продолжительности нагрева
При нагреве массивных изделий в печах периодического действия период
нагрева можно разбить на два этапа:
t1 - период нагрева при постоянном тепловом потоке и
t2 - период нагрева при постоянной температуре печи.
Первый период в свою очередь следует разделить на две части.
t' - начальный период нагрева (период прогрева) к концу которого в изделии
t'' - регулярный режим нагрева характеризующийся постоянным перепадом
температур Dt=tпов-tц
Садка имеет форму цилиндра. Поэтому ведем расчет как для бесконечного
цилиндра радиусом R=S=075 м
Длительность начального периода нагрева t'=[pic] [pic]
В нашем случае мы учитываем конвекцию при расчете теплового потока поэтому
Перепад температур между поверхностью и центром по окончании t'
Температуры на поверхности и в центре садки по окончании t'
Температура поверхности садки по окончании периода t''
[pic]. При такой массивности садки мы данные формулы не годятся. Расчет
tцикла ведем по графикам Будрина взятых из источника [3]. Для этого
рассчитываем относительную температуру нагрева
Из графиков Будрина получаем [pic]
вспом принимаем 23 минуты или 038 ч
цикла= + вспом=325 ч
Вес садки Gc=k·ρ·V=0.65·7660··0.752·15=13198 кг
Производительность печи g=Gcцикла=1319832.5=406 кгч
Тепловой баланс электрической печи
Qрасх=Qпол+Qвспом+Qкл+Qакк+ Qотв+Qнеучт
) Расчет теплового потока через под печи. [pic]
Под печи выполняем однослойным из шамота-ультралегковеса.
l=0.093+1.63(10-4(tср
Выбираем температуры
На внутренней поверхности футеровки t1=8950C
На внешней поверхности футеровки t2=400C
l=0.093+1.63(10-4(4675=01692 [pic]
Dнар=19+2d=19+2(0325=255 м
Fвн=p((0.5Dвн)2=p((1.92)2=2.835м2 Fвн=2.835м2
Fнар=p((0.5Dнар)2=p((2.552)2=5.107м2 Fнар=5.107м2
t(1=900-1746.619(0.003713=893.5 0C
t(2=900-1746.619((0.003713+0.4838)=48 0C
t"2=20+1746.619(0.016317=48 0C
t"1=20+1746.619((0.016317+0.4838)=893.5 0C
Исходя из проверки выбираем новые температуры
На внутренней поверхности футеровки t1=8940C
На внешней поверхности футеровки t2=500C
l=0.093+1.63(10-4(472=01699 [pic]
t(1=900-1753.582(0.003713=893.5 0C
t(2=900-1753.582((0.003713+0.4818)=48.6 0C
t"2=20+1753.582(0.003713=48.6 0C
t"1=20+1753.582((0.003713+0.4818)=893.5 0C
[pic] при t1=8940C и t2=500C
) Расчет теплового потока через боковую поверхность печи.
Для боковой поверхности берем 2 слоя
шамот-легковес d1=0.18 м
минеральная вата d2=0.19 м
l1=0.1+1.45(10-4(t1ср
l2=0.044+1.67(10-4(t2ср
На границе первого и второго слоев t2=5800C
На внешней поверхности футеровки t3=300C
l1=0.1+1.45(10-4(7375=02069 [pic]
l2=0.044+1.67(10-4(305=00949 [pic]
Fвн=p(Dвн(lвн =p(1.9(1.92=11.46м2 Fвн=11.46м2
F12=p(D12(l12 =p((1.9+2(0.18)((1.92+2(0.18)=16.188м2 F12=16.188м2
Fнар= F12+p(2(d2((1.9+2(d1+2(d2)=
=16.188+p(2(0.19((1.9+2(0.18+2(0.19)=19.34 м2 F12=19.34м2
t(1=900-4865.95(0.0009185=895.5 0C
t(2=900-4865.95((0.0009185+0.06293)=589.32 0C
t(3=900-4865.95((0.0009185+0.06293+0.1127)=40.92 0C
t"3=20+4865.95(0.0043=40.92 0C
t"2=20+4865.95((0.0043+0.1127)=589.32 0C
t"1=20+4865.95((0.0043+0.1127+0.06293)=895.5 0C
На границе первого и второго слоев t2=5900C
На внешней поверхности футеровки t3=410C
l1=0.1+1.45(10-4(7425=02077 [pic]
l2=0.044+1.67(10-4(315.5=00967 [pic]
t(1=900-4931.39(0.0009185=895.47 0C
t(2=900-4931.39((0.0009185+0.06262)=586.66 0C
t(3=900-4931.39((0.0009185+0.06262+0.11061)=41.2 0C
t"3=20+4931.39(0.0043=41.2 0C
t"2=20+4931.39((0.0043+0.11061)=586.66 0C
t"1=20+4931.39((0.0043+0.11061+0.06262)=895.47 0C
Окончательно принимаем
[pic] при t1=8950C t2=5870C и t3=410C
) Расчет теплового потока через свод печи. [pic]
Под печи выполняем однослойным из шамота-легковеса.
l=0.1+1.45(10-4(4675=01677 [pic]
Fвн=p((0.5Dвн)2-p((0.5Dотв) 2=p((1.92)2-p((172)2 =2.262м2
Fнар=p((0.5Dнар)2-p((0.5Dотв)2=p((2.552)2-p((172)2=2.837м2
t(1=900-740.746(0.0186=886.2 0C
t(2=900-740.746((0.0186+1.13999)=41.77 0C
t"2=20+740.746(0.00294=41.77 0C
t"1=20+740.746((0.0294+1.13999)=886.2 0C
На внутренней поверхности футеровки t1=88620C
На внешней поверхности футеровки t2=41770C
l=0.093+1.63(10-4(463985=01686 [pic]
t(1=900-744.56(0.0186=886.15 0C
t(2=900-744.56((0.0186+1.1339)=41.89 0C
t"2=20+744.56(0.00294=41.89 0C
t"1=20+744.56((0.0294+1.1339)=886.15 0C
[pic] при t1=8860C и t2=41890C
) Расчет теплового потока через крышку.
Для крышки выбираем 2 слоя
шамот-ултралегковес d1=0.13 м
минеральная вата d2=0.18 м
l1=0.093+1.63(10-4(t1ср
На внутренней поверхности крышки t1=8950C
На внешней поверхности крышки t3=400C
l1=0.093+1.63(10-4(7375=02132 [pic]
l2=0.044+1.67(10-4(310=009577 [pic]
Fвн=F12=Fнар=p((0.5Dвн)2=p((1.72)2=2.27 м2 Fвн=2.27м2
t(1=900-773397(0.004637=896.42 0C
t(2=900-773397((0.004637+0.2686)=68868 0C
t(3=900-773397((0.004637+0.2686+0.8279)=4839 0C
t"3=20+773397(0.0367=4839 0C
t"2=20+773397((0.0367+0.8279)=688.68 0C
t"1=20+773397((0.0367+0.8279+0.2686)=896.42 0C
Выбираем новые температуры
На внутренней поверхности футеровки t1=8960C
На границе первого и второго слоев t2=6880C
На внешней поверхности футеровки t3=480C
l1=0.1+1.45(10-4(7425=0222 [pic]
l2=0.044+1.67(10-4(315.5=01055 [pic]
t(1=900-837.43(0.004637=896.11 0C
t(2=900-837.43((0.004637+0.2579)=68014 0C
t(3=900-837.43((0.004637+0.2579+0.7516)=5073 0C
t"3=20+837.43(0.0367=5073 0C
t"2=20+837.43((0.0367+0.7516)=680.14 0C
t"1=20+837.43((0.0367+0.7516+0.2579)=896.11 0C
[pic] при t1=896110C t2=6800C и t3=510C
Qпол.=g(c((Tk-Tн)=406(550((880-20)=192038000 Дж
[pic]-соответствует квадратному сечению 1506х1506 м2
Qотв.= Qизл+ Qконв=111827+1942878.57=205470557 Вт
закр= нагр+выд=3212 ч
откр= ц-закр=325-3212=038 ч
Qтары=(10..15%)*Qпол=013*5334388=69347 Вт
Qатм=Vгаза*CVгаза(Tк-Tн)газа
Vгаза=3*( Vвнутр.простр -Vраб. простр.)=3*(p*0.952*1.92-p*0.752*1.5)=8.379
Qатм=8379*0291*(900-20)=214569 Вт
Qвспом=69347+214569=908039 Вт
Qакк=238054885+231988301+1957999997+110520687=2538563870 Дж
Qакк на 1 неделю (168 часов)
Qнеучт=10% (Qкл+ Qдв. период+ Qакк)=01*(826696+24852+419736)= 3731632
Qрасх=Qпол+Qвспом+Qкл+Qакк+ Qотв+Qнеучт=
=53344+908039+826696+419736+24852+3731632=103472342 Вт
P=k1(Qпол+Qвспом)+k2(Qрасх-Qпол-Qвспом)=(k1-k2)(Qпол+Qвспом)+Qрасхk2=
=(12-13)(53344+9080)+103472342*13=142665 кВт
Удельный расход теплоэнергии A=Pустg=150406=0369 кВт*чкг
Нагреватели размещаем на боковой поверхности печи.
Установленная мощность зоны Руст=150 кВт
Температура нагрева изделия в печи tпт=9000С
Площадь нагреваемого изделия Fизд=10603 м2
Поверхность стен зоны печи занятая нагревателями Fст=1146 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
Wид=18 Втсм2 и соответствующая tн=9500С
Выбираем материал Х20Н80 и d=24 мм
Допустимая удельная поверхностная мощность
W=Wидaэфaгaрaс=1.8(0.68(1(1.3=1.5912 Втсм2
Берем 12 нагревателей каждый мощностью P1=15012=12.5 кВт
Удельное сопротивление сплава Х20Н80 при температуре 9500С
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=9750С
Размещение нагревателя в печи
Т.к. ed=2.75 то emin=275*d=2.75*32=8.8 мм
Выбираем е=11 мм. Внутренний радиус изгиба нагревателя [pic]
Боковая Развернутый
поверхность нагреватель
Общая длина 5969 м 732 м
Длина боковой поверхности печи pD=p*1.9=5.969 м
расстояние между нагревателями [pic]
Длина выводов нагревателей l=dфут+80 мм=450 мм
Расчет механизма подъема крышки
Определяем массу крышки.
mкрышки=mм.в.+mшул+mкожух
mшул=ρшул*Fшул*шул=0.4*2.27*0.13=0.118 кг
mм.в =ρм.в*Fм.в*м.в=0.2*2.27*0.18=0.08172 кг
+(p*10022-p*8522)*2+p*2002*2*200+2*p*1702*110=0.0117 м3
mкож =ρкож*Vкож=00117*78=009126 т= 91.26 кг
mкрышки=mм.в.+mшул+mкожух=19976+91.26=291.02 кг
Вес крышки P=mкрышки*g=291*9.8=2852 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 4АС80А8У3
с мощностью Pдв=04 кВт и частотой n=660 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 Сумма
Шамот-легковес 2888 т 10000 28880
Шамот-ультралегковес 0.634 т 12000 7608
Минеральная вата 0757 т 16000 12112
Двойной нихром Х20Н80 0000495 т 21000 104
Металлоизделия 24 8500 20420
Термопара 1 250 ршт 250
Суммарная стоимость материалов печи 692804
Таблица 2. Зарплата основных рабочих
№ профессия Объем работыразряд Расценки норма зарплата
Слесарь 20 ч 4 1870 23375
Сварщик 50 ч 5 2040 6375
Огнеупорщик 82 м3 4 1870 12 м3ч 7992
электрик 3 ч 3 1700 3188
Суммарная зарплата рабочих 98305
Таблица 3. Заводская себестоимость
№ затрата Сумма руб
Зарплата рабочих 98305
Цеховые расходы 3146
Заводские расходы 78644
Заводская себестоимость печи 7419589
Заводская себестоимость печи З.с.=74196 руб
Плановая себестоимость печи П.с.= З.с.+003*З.с.=74196+003*74196=76422 руб
Плановая цена П.ц.=103*П.с.=78715 руб
Таблица технико-экономических показателей
№ Нимвнование Единица Величина Примечание
Назначение печи Печь для
пространства: Диаметр мм 1900 1720
Габаритные размеры:
Стоимость руб 78715
Максимальная температура 0С 900
Температура выдачи металла0С 880
Время нагрева печи до час 433
заданной температуры
Время нагрева и выдержки час 3212
Производительность печи кгчас 406
Установленная мощность кВт 150
Число регулируемых зон 1
Напряжение на клеммах В 380
Удельный расход энергии кВт часкг 0369
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.
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) 7830 7810 7780 7710 7640
теплопроводности (Вт(м ·0С)) 44 44 43 41 39 36 33 32 32
Температура испытания 0С 20- 100 20- 200 20- 300 20- 400 20-
0 20- 600 20- 700 20- 800 20- 900 20- 1000 Коэффициент
расширения (a 10-60С) 10.2 11.5 12.4 13.0 13.5 14.0
Удельная теплоемкость
(С Дж(кг · 0С)) 496 508 525 538 567 588 626 706

Реферат-Диатомит.doc

студент группы МТ8-72
Общие сведения о диатомите 4
Диатомитовые изделия 4
Производство диатомитовых изделий.
1.Диатомитовые изделия с выгорающими добавками .. 6
2. Пенодиатомитовые изделия ..9
3. Перлитодиатомитовые изделия 12
Список литературы . 15
Для уменьшения тепловых потерь печи необходимо чтобы кладка ее
обладала большим тепловым сопротивлением. Но огнеупорная часть кладки
должна быть механически прочной а следовательно выполнена из материалов с
большим объемным весом и достаточно большой теплопроводностью. Поэтому из
одних огнеупоров сконструировать удовлетворительную в тепловом отношении
кладку невозможно. Ввиду этого футеровки печей как правило выполняются
составными внутренняя часть (как бы каркас кладки) выкладывается из
огнеупора а наружная часть- из теплоизоляционного материала. В
соответствие с этим электропечестроение предъявляет к теплоизоляционным
материалам следующие требования: малая теплопроводность малая удельная
теплоемкость; достаточная огнеупорность; некоторая механическая прочность;
дешевизна и доступность.
Теплоизоляционные материалы работают в печи в более легких условиях
чем огнеупоры. Температура действию которой они подвергаются всегда
меньше так как огнеупорный слой берет на себя часть температурного
перепада предохраняя их от размывающего действия шлаков всякого рода
ударных и истирающих усилий разгружает от механических напряжений. Поэтому
их огнеупорность может быть меньше от них требуется весьма относительная
механическая прочность например способность выдерживать свой собственный
вес (засыпка в порошке вата) но зато требование малой теплопроводности
для них является основным. Требование дешевизны и доступности опять- таки
определяется тем обстоятельством что теплоизоляционные материалы
потребляются в больших количествах.
Теплоизоляционные материалы применяются в виде кирпичей плит
фасонных изделий в виде засыпки (порошок вата) мастики которой
покрываются горячие части печей.
Одним из более распространенных теплоизоляционных материалов является
Общие сведения о диатомите.
Диатомит — рыхлая землистая пористая и легкая осадочная горная порода
образованная из обломков панцирей диатомитовых водорослей которые часто
сохраняют свою структуру (рис. 1).Диатомит состоит в основном из аморфного
кремнезема. Плотность диатомита находится в пределах от 400 до 600 кгм3.
При плотности диатомита 400 кгм3 его пористость рис 1.
достигает 85 89%. Водопоглощение и
абсолютная влажность диатомитов доходят до 150% по массе. В зависимости от
количества органических примесей и наличия окислов железа цвет диатомита
меняется от белого до светло-желтого. Огнеупорность диатомита колеблется
от 1570 до 1650 °С. Добывают диатомиты обычно в карьерах открытым способом
снимая соответствующими механизмами верхний слой - вскрышу. Диатомиты
применяются либо в виде засыпки порошка либо из них изготавливают кирпичи
искусственным путем.
Диатомитовые изделия.
Диатомитовая засыпка представляют собой подсушенный и помолотый диатомит
с размерами зерен не свыше 5 мм .При засыпке диатомитового порошка в печь
его обязательно немного уплотняют для того чтобы предупредить его
самоуплотнение в эксплуатации которое может вызвать оголение верхних
частей огнеупорной кладки. Необожженный диатомитовый порошок может
применяться до 850-900 ºС а более чистые сорта- до 1000 или даже 1100 ºС.
Иногда применяется обожженный диатомитовый порошок (помол бракованного
диатомитового кирпича). Он более прочен труднее истирается и дает пыль но
зато он имеет при том же объемном весе несколько более высокий коэффициент
Диатомитовые кирпичи изготавливают путем формования сушки и обжига массы
из диатомитов с добавлением выгорающих добавок или пенообразующих веществ.
Они применяются для тепловой изоляции сооружений промышленного
оборудования и трубопроводов при температуре изолируемых поверхностей до
0 °С. Диатомитовые и пенодиатомитовые кирпичи К1 и К2 изготовляют длиной
соответственно 250 и 230 мм шириной 123 и 113 мм и толщиной 65 мм.
плотности диатомитовые изделия подразделяются на марки: Д-500 и Д-600 а
пенодиатомитовые — ПД-350 ПД-400 (табл. 1).
Таблица1. Показатели физико-химических
диатомитовых (Д) и пенодиатомитовых (ПД) изделий.
Показатели Ц-500Д-600ПД-35ПД-40
Плотность кгм3 не более500 600 350 40й
Вт(м-К) не более при
средней температуре К:
8± 5 0104011600830095
73±5 0156016801220134
Предел прочности при
сжатии МПа не менее 06 08 06 08
Линейная температура 2 2 2 2
усадки при 900 º С % не
1. Диатомитовые изделия с выгорающими добавками.
В большинстве случаев производство теплоизоляционных диатомитовых изделий
организуется непосредственно в районе месторождения основного сырья —
диатомита и состоит из следующих операций: приготовления формовочной массы
формования сушки и обжига изделий (рис. 2).
В качестве выгорающих добавок обеспечивающих необходимую пористость
диатомитовых изделий применяют древесные опилки (предпочтительно от
поперечной распиловки лиственных твердых пород) лигнин (отход гидролизной
промышленности) нефтяные отходы и т.д. Количество выгорающих добавок
зависит от теплоты их сгорания
и составляет: 50% по объему формуемой массы — для древесных опилок
%—для лигнина 15 20%—для нефтяных отходов. Схема технологического
процесса производства диатомитовых обжиговых изделий показана на рис. 3.
Если влажность добытого в карьере диатомита превышает 50% по массе то его
необходимо подсушить в сушильном барабане 10 для того чтобы можно было
произвести последующее дробление в дробилке 13 и просеивание через сито 3 с
отверстиями 5 6 мм. Опилки которые просеивают также через сито 3 подают
в распределительные бункера 4. Через тарельчатый питатель 5 компоненты
поступают в ящичный подаватель и после этого в смеситель 7 куда подается и
вода. После перемешивания формовочная масса поступает в ленточный пресс 9
из которого выходит отформованное изделие. Изделия сушатся в
туннельных сушилках а обжигаются в туннельных печах 14.
Рис.3 Схема технологического производства диатомитовых изделий.
-карьер диатомита2-склад опилок 3- сито “бурат” 4-
бункер для опилок и диатомита 5- тарельчатый питатель 6- вальцы тонкого
полома 7- смеситель 8- элеватор 9- ленточный пресс 10- сушильный
барабан 11- туннельная сушилка 12- ящичный подаватель 13- молотковая
дробилка 14- печь обжига 15- склад готовой продукции.
Дозирование компонентов производится и ящичном питателе (рис. 4).
Равномерность подачи сырья достигается с помощью определенной скорости
движения пластинчатого конвейера 2. Количество подаваемого материала
регулируется высотой подъема полома 6 расположенного в передней части
питателя. Производительность ящичного питателя достигает 35 м3ч мощность
электродвигателя 42 кВт скорость движения ленты 45 ммин ширина ленты
В ленточном прессе (рис. 5) производится формование изделий. Поступающая
в воронку 5 формовочная масса захватывается лопастями винтового конвейера
проталкивается в цилиндр 3 пресса и выдавливается через прессовую
головку 2 и мундштук 1 в виде бесконечной ленты форма которой определяется
сечением мундштука: прямоугольным — для кирпича криволинейным — для
полуцилиндров и сегментов. Движущаяся лента специальным аппаратом
разрезается на отрезки заданной длины.
[pic]Рис. 4. Ящичный питатель:
— корпус 2 — конвейер 3 — электродвигатель 4 — редуктор
— вал с билами 6 — шибер 7 — планка
Рис. 5. Схема ленточного пресса:
I — мундштук 2 — прессовая головка 3 — цилиндр 4 —
винтовой конвейер 5 — загрузочная воронка
Сформованные изделия сушатся в противоточных туннельных сушилках по
режиму приведенному в табл. 2.
Дымовые газы движутся в туннеле навстречу сырым диатомито-вым изделиям.
Остаточная влажность сырца должна быть не более 15 17%. Усадка изделий
после сушки составляет 4 5%.
Обжиг изделий в туннельных печах продолжается в течение 25 ч. Сначала
поднимают температуру до 850 900 °С в течение 12 ч после чего изделия
выдерживают при этой температуре в течение 1 ч затем их охлаждают до
температуры 80 100° С в течение 12 ч. Необходимое для обжига изделий
тепло выделяется в результате сгорания древесных опилок или других
выгорающих добавок. Топливо затрачивается только на розжиг печи.
2. Пенодиатомитовые изделия.
Пенодиатомитовые изделия получают из смеси диатомита и пенообразующих
веществ с возможной добавкой небольшого количества древесных
опилок. Изделия формуют из гидромассы затем сушат и обжигают.В качестве
пенообразующего вещества используют смолосапониновый пенообразователь
приготовляемый из мыльного корня а также казеино-канифольный
пенообразователь. По сравнению с другими пенообразователями
смолосапониновый обладает следующими преимуществами: большей
устойчивостью пены более мелкими порами и более толстыми стенками между
воздушными ячейками. Размер ячеек пены составляет 015 05мм.
Качество пены характеризуется ее пенистостью и пеноустойчи-востью.
Пенистость — отношение объема полученной пены к объему водного раствора
пенообразователя который затрачен для получения пены. Пеноустойчивость
или стойкость пены — это способность пены сохранять во времени
первоначальный объем без разрушения. Для увеличения
пеноустойчивости добавляют стабилизаторы пены а для увеличения пенистости
применяют активаторы пенообразования. Технологическая схема производства
пенодиатомитовых изделии показана на рис. 6. Диатомит измельченный
и молотковой дробилке 5 и просеянный через сито «бурат» через дозатор
подается в одну из трех емкостей пенобетопосмесителя 8 для
приготовления шликера. Диатомитовый шликер плотностью 1280 1320
кгм3 и раствор пенообразователя поступают в последующую мешалку
Пенообразователь на основе мыльного корня приготовляют следующим
образом. Измельченный корень просеивают через сито с отверстиями 1 2 мм
затем помещают в бак и заливают водой в соотношении (по массе) 1 : 10
(корень : вода) на 48 ч. Затем водный раствор сливают а мыльный корень
вновь заливают водой до прежнего уровня и кипятят до получения жидкости
плотностью не менее 101 гсм3. При этом уровень воды поддерживают
Рис.6 Схема технологического производства пенодиатомитовых изделий.
-карьер диатомита2-одноковшовый экскаватор
- самосвал 4-ящичный подаватель 5- молотковая дробилка 6- бак-
смеситель для разбавления концентрированного раствора пенообразователя 7-
объемные дозаторы 8- трехъемкостной пенобетоносмеситель 9- винтовой
конвейер- распределитель 10- формы для заливки 11- вагонетки 12-
туннельная сушилка 13- туннельная печь 14- вагонетка 15- склад готовой
Полученный водный раствор сливают во второй бак а остатки корня
выбрасывают. В этот бак добавляют новую порцию молотого мыльного корня в
соотношении корня и раствора 1 : 10 (по массе) и выдерживают до получения
раствора плотностью не менее 102 гсм3. Готовый раствор пенообразователя
сливают в третий бак для хранения а вымоченный корень перекладывают в
первый бак заливают водой и кипятят для получения следующих партий
экстракта. Для приготовления пенообразователя расходуют около 2 кг мыльного
корня на 100 л экстракта. Срок хранения готового раствора пенообразователя
— не более одного месяца.
В состав клееканифольного пенообразователя входят канифоль едкий натр
казеиновый клей или вода. Для получения клееканифольного пенообразователя
готовят клеевой раствор и канифольное мыло.
При приготовлении клеевого раствора куски клея размером 2 3 см заливают
водой в соотношении 1 : 1 (по массе) и выдерживают в течение 24 ч а затем
подогревают при температуре 40 50 °С до полного растворения клея.
Канифольное мыло получают следующим образом. Раствор едкого натра
плотностью 116 гсм3 доводят до кипения затем в него засыпают при
непрерывном перемешивании небольшими порциями измельченную и просеянную
через сито с отверстиями размером 5 мм канифоль в соотношении 1 : 1 (по
массе). Продолжительность варки мыла 15 2 ч. После окончания варки в
канифольное мыло доливают горячую воду температурой 70 °С которая
компенсирует испарившуюся воду.
Клеевой раствор температурой 30 °С и канифольное мыло температурой 60° С
смешивают в соотношении соответственно 1 : 07 (по массе). При этом клеевой
раствор вливают небольшими порциями в канифольное мыло при тщательном
перемешивании. Полученный клееканифольный пенообразователь перед
употреблением разбавляют горячей водой (50 °С) в пропорции 1:5 (по объему).
Клееканифольный пенообразователь хранят в закрытых деревянных бочках или
стеклянных сосудах в прохладном месте при положительной температуре. Срок
хранения в холодное время года— не свыше 20 сут в жаркое время — не свыше
Пенодиатомитовые изделия в виде кирпичей сушат в формах до остаточной
влажности 10 12% в туннельных противоточных сушилках на полочных
вагонетках; режим сушки приведен ниже.
Режим сушки пенодиатомитовых кирпичей.
Температура теплоносителя ºС
нагнетающем . 140 160
Скорость движения теплоносителя мс 25 3
Продолжительность сушки ч . 48
Относительная влажность газов в
отсасывающем канале % 80 85
Обжигают пенодиатомитовые изделия в туннельных печах по одинаковому
режиму с диатомитовыми изделиями на выгорающих добавках.
При одновременном обжиге пенодиатомитовых и диатомитовых изделий
используется тепло получаемое от сгорания выгорающих добавок. При
раздельном обжиге используется тепло получаемое за счет сжигания жидкого
или газообразного топлива.
3. Перлитодиатомитовые изделия.
Перлитодиатомитовые изделия изготовляют из смеси диатомита и вспученного
перлитового песка заменяющего древесные опилки или пенообразующие
Перлитодиатомитовые изделия выпускают в виде кирпичей размерами
0х123х165; 230х123х65 мм и плит размерами 500х500х50; 500х375х50;
0х250х50 мм. По плотности перлитодиатомитовые изделия подразделяются на
Для приготовления формовочной массы диатомитовый шликер относительной
влажности 72 78% смешивают с вспученным перлитом. При этом для
изготовления изделий марки 300 берут диатомита 70% (по массе) и
вспученного перлитового песка 30% а для изделий марки 400 — диатомита 80%
и перлитового песка 20%. Плотность формовочной массы должна быть: для
изделий марки 300- 700 800 кгм3; для изделий марки 400 —900 1000
Показатели физико-химических свойств
перлитодиатомитовых изделий
Плотность кгм3 300 400
Теплопроводность Вт(мК) не более
при средней температуре К :
Предел прочности при сжатии МПа не менее 07
Температура применения ºС . 900 900
Кирпичи формуют методом заливки формовочной массы аналогично технологии
изготовления пенодиатомитовых изделий. Плиты формуют на поддонах в
установках конвейерного типа с подпрессовкой аналогично перлитовым
керамическим изделиям. Отформованные изделия укладывают на полочные
сушильные вагонетки и транспортируют на сушку. Сушка изделий осуществляется
в туннельной противоточной двухзонной сушилке с рециркуляцией
теплоносителя начальная температура которого 40 45 °С; конечная —
0 250 °С. Продолжительность сушки составляет 20 25 ч.
Обжиг изделий производится либо в туннельных (аналогично
перлитокерамическим изделиям) либо в конвейерных щелевых печах.
Продолжительность обжига в конвейерных печах составляет не более 15ч.
Максимальная температура обжига 950 970 °С. После обжига изделия
упаковывают в решетчатые ящики и передают на склад готовой продукции.
При изготовлении перлитодиатомитовых изделий значительно сокращается
время сушки по сравнению с пенодиатомитовыми изделиями экономятся
А.Д. Свенчанский. Электрические промышленные печи.1958 г.-272 с.
М.Ф. Сухарев И.Л. Майзель. Производство теплоизоляционных материалов.
Орлов Д. С. Химия почв. – М.: Изд-во МГУ 1997. – 400 с.
Петров В.П. Практическое значение кремнистых горных пород. 1987.
Сорокина Е.Ю. Автореферат ”Диатомитовые силанизированные твердые носители
в газо-жидко-твердофазной хроматографии ”. 2000.-51с.
Рис.1 Схема технологического производства диатомитовых изделий.
Рис. 2. Ящичный питатель:
Рис.3. Схема ленточного пресса:
Рис.4 Схема технологического производства пенодиатомитовых изделий.

отбросы.doc

Проектируемый индуктор методического действия температура заготовок
изменяется от 20 до 1170(С. Следовательно удельное сопротивление и
магнитная проницаемость их разные. Разными будут также реактивное и
активное сопротивления. Поэтому расчет индукторов методических нагревателей
затруднен и не дает высокой точности. Было предложено для расчета индуктор
разбить на три зоны и каждую считать отдельно. Для каждой зоны предложено
принять следующие величины[2]:
[pic] где l2 – длина заготовки.
Определим [pic] затем с помощью графиков (рис.2 [2] ) определим [pic] и
) промежуточная зона
[pic] где [pic] (по табл.10 [2] ) [pic]
Активное сопротивление:
Индуктивное сопротивление потоку внутри заготовки:
Промежуточный режим.