Главная База знаний "Allbest" Производство и технологии Проект термического отделения для непрерывного обезуглероживающего и рекристаллизационного отжига изотропной электротехнической стали четвертой группы легирования

Проект термического отделения для непрерывного обезуглероживающего и рекристаллизационного отжига изотропной электротехнической стали четвертой группы легирования

Технологический процесс производства изотропной электротехнической стали, влияние легирующих элементов и примесей на свойства металла. Расчет оборудования и проектирование отделения. Контроль качества продукции; механизация и автоматизация; охрана труда.

Рубрика Производство и технологии
Вид дипломная работа
Язык русский
Дата добавления 05.02.2012
Размер файла 2,6 M

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Страница:

Раствор из резервуара рециркуляции очищается от нерастворимых жиров методом постоянной циркуляции между ванной рециркуляции и сепаратором. Раствор, оставшийся на поверхности полосы, удаляется двумя парами отжимающих роликов с каучуковым покрытием.

Из ванны электролитического обезжиривания полоса подается на моечно-щеточную машину, на которой удаляются остатки раствора на поверхности, с использованием промывочной воды, подающейся на полосу (сверху и снизу) через шланги.

Данная машина позволяет выполнить также очистку полосы щетками и “промокнуть” роликами с каучуковым покрытием.

Окончательная промывка полосы для удаления обезжиривающего раствора выполняется в промывочной ванне поливанием полосы (сверху и снизу) водой через шланг. Две пары роликов с каучуковым покрытием выполняют “промокание” полосы. Для промывки используется очищенная вода. Температура в ванне 80-90 C.

После такой обработки две поверхности сушатся постоянными потоками горячего воздуха, подаваемого вентиляторами, выполнение этого процесса происходит при проходе воздуха через короб подогрева.

Ввод полосы на установку очистки выполняется с помощью двух цепей приводом, проходящих через все ванны. Поддерживание натяжения на установке обезжиривания и на входном накопителе обеспечивается натяжным устройством и дефлекторным роликом.

Таблица 5

Параметры исходных полос

Основные параметры

Размеры

Толщина полос, мм

0,35-0,65

Ширина полос, мм

700-1250

Масса рулона, тонн

До 30

Наружный диаметр, мм

1050-2300

Внутренний диаметр, мм

600

Скорость транспортировки полосы на входном участке:

? максимальная - 60 м/мин;

? заправочная - 30 м/мин;

? максимальная скорость полосы в печи - 45 м/мин;

? максимальная скорость на выходном участке - 60 м/мин.

Печь Тандем

Печь предназначена для термообработки полосы. Режим термообработки обезуглероживающий и рекристаллизационный отжиг.

Режим термической обработки динамной стали в печи Тандем представлен на рис. 10.

Рис. 10. Режимы термической обработки динамной стали в печи Тандем

Обезуглероживание

Полоса заправляется в печь с помощью заправочной штанги. Через роликовый затвор полоса проходит во входной водоохлаждаемый тамбур и далее в первую камеру нагрева с помощью литых электронагревателей, расположенных на поду, своде и боковых стенах камеры, полоса нагревается до температуры 830 C.

Первая камера нагрева разделена на 4 зоны регулирования. В первых трех зонах температура регулируется по сигналу от термопар.

В четвертой зоне температура нагрева полосы регулируется по сигналу от пирометра, измеряющего истинную температуру полосы. Кроме того, предусмотрена возможность регулирования температуры в зоне по сигналу от температуры термопары. Точность регулирования полосы составляет 10C. Мощность электронагревателей в зонах регулируется с помощью тиристорных выключателей.

Полоса нагревается в первой камере нагрева до температуры 830C, поступает в первую камеру выдержки. Эта камера обогревается с помощью литых электронагревателей. Камера разделена на 9 зон регулирования температуры, которое осуществляется по сигналу от термопары. Температура полосы в первой камере выдержки измеряется с помощью двух оптических термометров с точностью 10C установленных в зонах № 12 и № 13.

Степень обезуглероживания (отношение содержания углерода на входе к содержанию его на выходе из печи обезуглероживания) будет равна 10 для содержания углерода на выходе более 0,3%, если меньше 0,3%, то степень обезуглероживания может быть меньше 10, но во всех случаях будет обеспечено содержание углерода в полосе на выходе из печи 0,03-0,05% .

Обезуглероживание полосы осуществляется во влажном азотоводородном газе (точка росы 30-50C), с содержанием (50-75% H2). Азотоводородный газ, подаваемый в первую камеру выдержки и камеру нагрева, предварительно увлажняется в 5 увлажнителях. Каждый состоит из термически теплоизолированного резервуара с водой, оборудованного электронагревателями. Температура нагрева воды регулируется с помощью термостатов.

Увлажненный газ вводится в первую камеру нагрева и первую камеру выдержки по всей ширине печи с помощью перфорированных труб, которые установлены под полосой по всей длине этих камер с шагом 16 м.

Рекристаллизация

После обезуглероживания полоса из первой камеры выдержки через первый разделительный тамбур переходит во вторую камеру нагрева. Здесь, с помощью литых электронагревателей, установленных на поде и своде камеры, полоса нагревается до температуры 1050 C.

Вторая камера нагрева представляет собой одну зону регулирования. В этой зоне температура нагрева полосы регулируется по сигналу от оптического пирометра, измеряющего истинную температуру полосы. Кроме того предусмотрена возможность регулирования температуры в зоне по сигналу от термопары. Точность регулирования температуры полосы 10 C. Мощность электронагревателей регулируется с помощью тиристорных выключателей. Полоса нагревается во второй камере нагрева до 1050 C, поступает во вторую камеру выдержки в которой выдерживается при температуре в течение заданного времени.

Эта камера обогревается с помощью литых электронагревателей.

Вторая камера выдержки разделена на три зоны регулирования. Регулирование температуры в каждой зоне осуществляется по сигналу от термопары.

Температура полосы на входе из второй камеры выдержки измеряется и регулируется оптическим пирометром с точностью 10 C.

Рекристаллизация полосы происходит в среде сухого азотоводородного газа HNx, содержащего 7-15% H2.

Точка росы азотоводородного газа на входе в печь ниже или равна 40 C.

Сухой газ вводится во вторую камеру нагрева и во вторую камеру выдержки по всей длине этих камер с шагом приблизительно равным 16 м.

После рекристаллизации полоса из второй камеры выдержки через второй разделительный тамбур переходит в камеры регулируемого и струйного охлаждения.

В камере регулируемого охлаждения с помощью водоохлаждаемых труб полоса охлаждается до температуры 750 C в атмосфере азота. Воздух, переходя по трубам воздушного охлаждения, охлаждает полосу, нагреваясь при этом сам. В камере струйного охлаждения с помощью блоков струйного охлаждения полос в атмосфере азота охлаждается до температуры 100 C. Азот, выходя из труб с большой скоростью, обдувает полосу, которая при этом охлаждается, а азот нагревается. Азот, проходя через водоохлаждаемые теплообменники, отдает свое тепло, охлаждаясь. Циркуляция азота организуется с помощью циркуляционных вентиляторов. Точка росы азота на входе в камеры охлаждения ниже или равна 40 C. В камере струйного охлаждения полосы, скорость охлаждения не регулируется. Температура полосы измеряется и регистрируется на выходе из камеры регулируемого охлаждения с помощью оптического пирометра.

Из камеры струйного охлаждения полоса через выходной тамбур с роликовым затвором выходит из печи.

Транспортировка полосы через печь осуществляется по роликам, изготовленным из жаропрочной стали. Ролики камер нагрева, выдержки и регулируемого охлаждения имеют керамическую оболочку.

Печные ролики приводятся во вращение с помощью индивидуальных приводов. При работе печи на уровне полосы поддерживается давление 3 мм водного столба.

Конструкция печи и организация газовых потоков исключает образование взрывоопасных газовых смесей в камерах печи вследствие появления в них кислорода и окисления полосы.

Конструкция печи, газовый режим и вытяжные зонты исключают появление водорода под крышей здания цеха.

На печи установлены пять свечей: две - основные, три - продувочные.

Основные предназначены для удаления из печи отработанной атмосферы и регулирование давления в рабочем пространстве печи. Эти свечи установлены на входе в камеры нагрева № 1 и № 2. Продувочные свечи предназначены для удаления печной атмосферы, при продувке печи азотом. Две продувочные свечи установлены на входе в камеры нагрева № 1 и № 2, третья продувочная свеча - на входе в камеру охлаждения. После выхода из печи полоса поступает в горизонтальный холодильник, в котором она охлаждается воздушными струями до температуры 60 C. Холодный воздух всасывается вентилятором из цеха, а нагретый выбрасывается из холодильника в цех.

Для обеспечения свободного теплового расширения печного каркаса, печь установлена на катковые опоры. Каркас печи жестко прикреплен к эстакаде в средней части первой камеры нагрева.

Камера нагрева 1 и выдержки 1, камера нагрева 2 и выдержки 2, камера регулируемого и струйного охлаждения имеют следующую длину:

1 камера нагрева…………………………….32,85 м;

1 камера выдержки………………………….160,0 м;

2 камера нагрева……………………………...10,8 м;

2 камера выдержки…………………………...25,2 м;

1 камера регулируемого охлаждения……….13,7 м;

2 камера струйного охлаждения…………….13,3 м.

Нанесение электроизоляционного покрытия

Раствор покрытия из рабочего бака установки нанесения покрытия с помощью насоса подается через форсунку на верхнюю сторону полосы перед верхним отжимным роликом и стекает в поддон под нижним отжимным роликом. Нижний ролик должен быть постоянно погружен в раствор. Из поддона раствор самотеком поступает в рабочий бак. Длина ванны нанесения покрытия 6 м. Для получения электроизоляционных покрытий используются следующие лаки (по ГОСТ 21427.2-83):

а) полуорганические лаки типа ТШ1;

б) органические лаки типа НШ1 и НШ20;

в) органический лак с неорганическим наполнителем типа НШ40. Свойства электроизоляционных покрытий представлены в таблице 6.

Печь сушки

Печь сушки состоит из камеры нагрева, выдержки и воздушного холодильника.

Камера нагрева предназначена для нагрева полосы до 450 C при покрытии ее Al2PO4 и до 650 C - Mg3(PO4)2 с целью испарения воды из применяемых растворов. Затем полоса выдерживается при данной температуре в течение 30 секунд минимум. Камера нагрева и выдержки разделена на 9 зон регулирования (длина камеры 45,5 м). Нагрев электрический.

Таблица 6

Типичные технические характеристики электроизоляционных покрытий на электротехнической изотропной стали

Тип покрытия по ГОСТ 21427.2-83

Тип лака

Цвет

Толщина,

мкм

Коэффициент сопротивления,

не менее, Омсм

Термостой-кость

Стойкость к фреону

ТШ1

Тип 3

серо-коричневый

<1,0

1

450 0С, 2 часа на воздухе;

750 0С, 2 часа в защитной среде

хорошая

Фоскон-301

светло-коричневый

<1,0

1

хорошая

Remisol

EB 5350

серо-зеленый

<1,0

1

хорошая

Remisol

EB 5308

серый

0,5-2,0

1

хорошая

Voltatex

Е 1120-2

серо-зеленый

0,5-1,5

1

хорошая

Voltatex

Е 1160

серо-зеленый

0,4-1,5

1

хорошая

НШ1

Remisol

EB 503LS

золотисто-желтый

0,5-1,5

1

200 0С, 24 часа на воздухе

хорошая

Voltatex

E 1153 Е

золотисто-желтый

0,5-2,0

1

200 0С, 24 часа на воздухе

хорошая

НШ20

Voltatex

E 1153 Е

золотисто-желтый

2,5-5,5

>20

200 0С, 24 часа на воздухе

хорошая

НШ40

Voltatex

Е 1151 Е

серый

4,0-7,0

>40

200 0С, 24 часа, на воздухе

хорошая

До 400C полоса в печи проходит со свободным провисанием, начиная с 400C, полоса касается роликов.

Сушка полосы осуществляется тепловым излучением электрических нагревательных элементов.

Далее полоса поступает в воздушный горизонтальный холодильник, который предназначен для охлаждения полосы с максимальной температуры 650C до 60C и состоит из трех частей. Длина камеры охлаждения 15 м.

Струи воздуха обдувают полосу со всех сторон, охлаждая ее. Полоса с высушенным покрытием в камере нагрева и в камере выдержки транспортируется через воздушный холодильник по не приводным поддерживающим роликам.

Натяжение полосы:

? при разматывании - 370-1500 дН;

? при смотке - 590-3000 дН;

? в печи термообработки 59-375 дН;

? в печи сушки покрытия 148-870 дН.

Выходной участок

Если не используется установка нанесения покрытия, полоса отклоняется дефлекторным роликом перед входом на натяжное устройство.

Емкость выходного накопителя достаточна для выполнения операций удаления намотанного рулона.

Максимальная скорость выходного участка опустошения выходного накопителя - 60 м/мин. Скорость автоматически уменьшается до скорости обработки после того, как накопитель будет пустой.

На входе натяжного устройства последовательно расположены маркировочное устройство, толщиномер, устройство для измерения характеристик стали.

Удаление сварочного шва выполняется гильотинными ножницами. Наматывание полосы в рулон выполняется с использованием автоматического устройства контроля кромок.

Намотанный рулон автоматически позиционируется на барабане моталки таким образом, чтобы свободный конец полосы был прижат на рулоне подъемниками разгрузочной тележки.

Прижимной ролик отводится и барабан моталки сужается, что позволяет выполнить объем рулона разгрузочной тележки и доставку рулона на посты взвешивания и обвязки.

Затем рулон подается на приемный стеллаж разгрузочной тележкой, откуда рулон забирается мостовым краном цеха.

2.6.2 Технико-экономическое обоснование выбранной технологии

Выбранная термическая обработка обеспечивает снятие внутренних напряжений, обезуглероживание, удаление вредных примесей, рекристаллизацию с образованием равноосных недеформированных зерен в заданных кристаллографических направлениях.

Обезуглероживание осуществляется во влажной азотно-водородной атмосфере по реакции: C+H2O=CO+H2.

Во время обезуглероживания происходит окисление кремния и алюминия и возможно окисление железа. Из термодинамических условий протекания реакции окисления видно, что окисление кремния и алюминия происходит всегда, однако большая разница в коэффициенте диффузии этих элементов и углерода делает возможным реакцию обезуглероживания.

Скорость обезуглероживания определяется скоростью химической реакции на поверхности и скоростью диффузии углерода. При содержании водяного пара около 7,5% (объем.) процесс обезуглероживания концентрата переходит в диффузионную область. Следовательно, дальнейшее увеличение концентрации Н2О не приведет к ускорению обезуглероживания. Оптимальное содержание водорода в смеси определяется требованием исключения окисления железа.

Данная температура обезуглероживания выбирается из соображения, что она обеспечит необходимую скорость диффузии, и этот процесс будет происходить в однофазной области.

Необходимую диффузию нам обеспечит и выбранная скорость транспортировки полосы. Для четвертой группы легирования приемлема скорость 355 м/мин и время обезуглероживания - порядка 6 минут. Полоса нагревается до температуры 830 C.

этап - рекристаллизация

Она проводится для того, чтобы сформировать необходимую зерненную структуру. Оптимальным для стали является размер зерна 100?200 мкм. Если в зоне обезуглероживания (830 C) зерно имеет размер 50-70 мкм, то в зоне рекристаллизации (1050 C) оно вырастет более чем в два раза.

Газовый режим

На свойства стали помимо температуры отжига, влияет и количество влаги в защитном газе, поэтому необходимо назначить такой газовый режим, который удовлетворял бы предъявляемым к стали требованиям. На основании многих экспериментов можно считать таким режимом следующий расход газа в зонах обезуглероживания - 240 м3/час, расход газа в зонах рекристаллизации - 150 м3/час. Расход воды на увлажнение защитного газа - 30 кг/час.

По данному температурно-газовому режиму предположительно будет получена изотропная электротехническая сталь с удельными ватными потерями P1,5/50=(2,9-3,1 Вт/кг.), что будет отвечать уровню зарубежных аналогов.

3. СПЕЦИАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

В работе была исследована микроструктура изотропной электротехнической стали четвертой группы легирования, содержащей углерода 0,003%, кремния от 2,8 до 3,1%, алюминия от 0,3 до 0,55%. Выплавка, разливка, горячая прокатка и другие операции производились согласно действующей технологической инструкции. После холодной прокатки на толщину 0,5 мм металл подвергался совмещенному обезуглероживающему и рекристаллизационному отжигу в АНО. В дальнейшем производилась аттестация металла и изучалась его микроструктура.

Исследования проводились на образцах стали 2412, травление -3% раствором на спирту. Было изучено не менее десяти полей зрения.

Микроструктура стали после термической обработки представлена на рис. 11.

Ч100

Рис. 11. Микроструктура изотропной электротехнической стали 4 группы легирования

Величину зерна методом сравнения (по ГОСТ 5639-82) определяем под микроскопом при увеличении 100 путем просмотра всей площади шлифа и сравнения видимых зерен с эталонной шкалой. На микрофотографиях видно: сталь имеет структуру кремнистого феррита, структура разнозерниста, присутствуют зерна №1-3. Такой размер зерна свидетельствует о том, что в процессе рекристаллизационного отжига прошла и первичная и собирательная рекристаллизация.

Таблица 7

Результаты определения величины зерна после отжига сравнением с эталонными шкалами [28]

Номер зерна

Средняя площадь зерна, мм2

Среднее число зерен на 1 мм2

Среднее число зерен в 1 мм3

Средний диаметр зерна, мм

1

0,0625

16

64

0,250

2

0,0312

32

181

0,177

3

0,0156

64

612

0,125

Магнитные свойства, соответствующие такому размеру зерна, приведены в таблице 8.

Таблица 8

Магнитные свойства стали 2412 (ГОСТ 21427.2-83, EN 10106)

Марка

Стандарт

Р1,5/50, Вт/кг

ДР1,5/50, %

В2500, Тл

ДВ2500, Тл

2412

ГОСТ 21427.2-83

3,1

17

1,52

0,15

M310-50A

EN 10106

?3,1

?14

?1,49

-

Влияние величины зерна на магнитные свойства

Размер зерна оказывает существенное влияние на магнитные свойства электротехнической стали. С увеличением его возрастает магнитная проницаемость и магнитная индукция в слабых и средних полях, коэрцитивная сила уменьшается. Увеличение размера зерна, с одной стороны, приводит к снижению потерь на гистерезис, а с другой - к увеличению потерь от вихревых токов. [4]

Исследованиями установлено, что для изотропной электротехнической стали с разным содержанием кремния (0,01-3,0%) оптимальный размер зерна, обеспечивающий минимальные удельные магнитные потери , близок к 150 мкм (рис. 12). [2]

Рис. 12. Зависимость удельных магнитных потерь от среднего размера зерна и содержания кремния в изотропной электротехнической стали [2]

Когда речь идет об оптимальном размере зерна, необходимо учитывать, в каких магнитных полях проводилось измерение магнитных свойств. Показано, что минимальные удельные магнитные потери в изотропной электротехнической стали обеспечиваются при магнитной индукции менее 1,4 Тл величиной зерна 220-230 мкм, а при индукции 1,5 Тл и более оптимальный размер зерна постепенно уменьшается от 190 до 110 мкм. Уменьшение величины оптимального размера зерна с увеличением напряженности магнитного поля может быть связано с изменением механизма намагничивания. При намагничивании с увеличением напряженности магнитного поля процесс смещения границ доменов (обратимый и необратимый) сменяется вращением вектора намагниченности доменов. [2]

Установлено, что на магнитные свойства (магнитная индукция и проницаемость, удельные магнитные потери) существенное влияние оказывает возможное изменение текстуры при увеличении размера зерна.

Оптимальная для повышеннолегированной малотекстурованной стали структура характеризуется следующими параметрами: средняя величина зерна в зависимости от содержания неметаллической фазы 200-400 мкм, минимальная разнозеренность структуры. Чем меньше количество включений в отожженных листах, тем меньшей величине зерна соответствует минимум удельных потерь и тем легче добиться сочетания низких удельных потерь и высокой магнитной индукции в сильных полях.[4]

4. Расчет оборудования и проектирование отделения

4.1 Технико-экономическое обоснование выбора основного, дополнительного и вспомогательного оборудования

Основное оборудование ? это оборудование, на котором выполняются основные операции термической обработки: печи, агрегаты с различными источниками тепла, установки для прямого нагрева током, оборудование для закалки. [8]

Дополнительное оборудование служит для выполнения операций обработки: травильные баки, моечные машины, дробеструйные аппараты, оборудование для контроля продукции, сварочное оборудование.

Вспомогательное оборудование служит для получения контролируемых атмосфер.

Теплоэнергетическое силовое оборудование: двигатели, вентиляторы, компрессоры, насосы, холодильные установки, трубопроводы, электросеть.

Подъемно-транспортное оборудование включает в себя следующие виды: краны и подъемники всех типов, конвейеры, транспортеры, электрокамеры и мотокары, механизмы загрузки и разгрузки.

Применение в качестве основного оборудования агрегата непрерывного отжига, работающего по непрерывному режиму, более рационально, так как это увеличивает выпуск готовой продукции, повышает производительность агрегата, ускоряет процесс обезуглероживания, уменьшает расход тепла и потери металла. Поэтому в термических отделениях целесообразно строить и применять оборудование непрерывного действия. [8]

В отделении непрерывного отжига в качестве источника тепла применяют электроэнергию. Это позволяет осуществлять тепловой режим термической обработки с точностью 5%. Кроме того, электрические термические печи имеют регулируемый тепловой режим. Срок службы электрических печей более длительный. Значительно облегчено обслуживание печи, так как отсутствует система боровов, труб, а также высокая культура производства и гигиены труда.

4.2 Тепловой расчет термоагрегата

4.2.1 Камера нагрева №1

Тепловой расчет термической печи сводится к определению расхода тепла, мощности печи, коэффициента полезного действия.

Расход тепла определяется по формуле

Qрасх=Qме+Qкл+ Qатм+Qн.п,

где Qме - тепло, идущее на нагрев металла;

Qкл - тепло, теряемое в окружающее пространство через кладку печи (стена, свод, под);

Qатм - тепло, идущее на нагрев контролируемой атмосферы;

Qн.п - прочие неучтенные потери.

Тепло идущее на нагрев металла

Qме=mЧ(i1-i2),

где m - масса металла находящегося в камере нагрева;

i1, i 2 - теплосодержание стали при температуре t1 и t2; [справочник конструктора печей прокатного производства]:

где i1=3,1 кКал/кг, при t=25 C;

i2=130,3 кКал/кг, при t=830 C.

m=V,

где V - объем металла, находящегося в камере нагрева;

- плотность металла, =7,8 кг/м3;

V=abL,

где a - толщина полосы м;

b - ширина полосы, м;

L - длина камеры нагрева, м.

V=0,51,06532,8510-3=0,0175 м3,

m=0,01757800=136,5 кг.

Время нагрева

нагр=L/V,

где V - скорость движения полосы, м/мин, V=35 м/мин.

нагр=32,85/35=0,94 мин=56,3 с.

Производительность печи

G=136,5/56,3=2,4 кг/с.

Тепло идущее на нагрев металла

Qме=136,5(130,3-3,1)=17363 кКал=72577,3 кДж,

Тепло, теряемое в окружающее пространство через кладку печи

Qкл=Qст+Qпод+Qсвод,

где Qст - потери тепла через стены;

Qпод - потери тепла через под;

Qсвод - потери тепла через свод.

Расчет потерь тепла через кладку свода. [6]

Материалы свода печи представим в виде таблицы.

Таблица 9

Огнеупорные материалы свода печи

Свод

1 слой

2 слой

3 слой

Материал

Диатомит необожженный в кусках

Легковесный шамот ШЛ-04

Минеральная вата

Максимальная температура применения, C

1300

1250

600

Толщина слоя, мм.

230

114

120

Теплопроводность, Вт/(м C)

=0,11+0,00023t

=0,1+0,00021t

=0,093+0,00026t

Для того чтобы найти коэффициенты тепловодности, принимаем средние температуры каждого слоя:

t1ср=700°С, тогда теплопроводность первого слоя 1=0,271 Вт/(мК);

t2ср=500°С, теплопроводность второго слоя 2=0,205 Вт/(мК);

t3ср=300°С, теплопроводность третьего слоя 3=0,171 Вт/(мК).

Определяем тепловые сопротивления:

- наружное

,

где - коэффициент теплопроводности от стен к воздуху, Вт/мІЧК. Принимаем Вт/мІЧК,

мІЧК/Вт.

- внутреннее

,

где - толщина слоя, м;

мІЧК/Вт;

мІЧК/Вт;

мІЧК/Вт.

Плотность теплового потока (количество тепла, передаваемого через 1 м2 стенки, Вт/м2.):

,

где - температура в печи, С;

- температура воздуха снаружи печи, С;

.

Второй этап.

Находим температуры на границе слоев:

°С;

°С;

°С.

Находим более точные значения средних температур:

°С;

°С;

°С.

Затем уточняем теплопроводность, тепловые сопротивления и коэффициент теплоотдачи от стен к воздуху:

1=0,265 Вт/(мК);

2=0,187 Вт/(мК);

3=0,141 Вт/(мК).

Вт/мІЧК;

мІЧК/Вт;

мІЧК/Вт;

мІЧК/Вт;

мІЧК/Вт.

После уточнения находим плотность теплового потока

.

Точность оцениваем по плотности теплового потока:

;

.

Расчет ведем до тех пор, пока ошибка станет меньше или равна 5 %.

Третий этап.

Находим температуры на границе слоев:

°С;

°С;

°С.

Находим более точные значения средних температур:

°С;

°С;

°С.

Затем уточняем теплопроводность, тепловые сопротивления и коэффициент теплоотдачи от стен к воздуху:

1= 0,268 Вт/(мК);

2=0,192 Вт/(мК);

3=0,144 Вт/(мК).

Вт/мІЧК;

мІЧК/Вт;

мІЧК/Вт;

мІЧК/Вт;

мІЧК/Вт.

После уточнения находим плотность теплового потока

.

Точность оцениваем по плотности теплового потока:

;

;

.

Рис. 13. График распределения температур в кладке свода камеры нагрева № 1

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Потери тепла через свод

Qсв=qсвFсв, кВт,

где Fсв - площадь свода.

Fсв=iL,

где i - длина дуги арки свода, м;

L - длина камеры нагрева, м.

i=r/180,

где r - радиус арки свода, м,

- угол арки свода, град.

i=3,141,760/180=1,8 м2;

Fсв=1,832,85=59,13 м2;

Qсв=339,1559,13Ч10-3=20,05 кВт.

Расчет потерь тепла через под и стены.

Материалы представлены в таблице 10.

Таблица 10

Огнеупорные материалы пода и стен печи

Под и стены

1 слой

2 слой

3 слой

Материал

Легковесный

шамот ШЛ-09

Легковесный шамот ШЛ-04

Асбестовый картон

Максимальная температура применения, C

1300

1250

900

Толщина слоя h, мм.

114

114

130

Теплопроводность,

Вт/(м C)

=0,29+0,00023t

=0,1+0,00021t

=0,12+0,00024t

Для того чтобы найти коэффициенты тепловодности, принимаем средние температуры каждого слоя:

t1ср=700°С, тогда теплопроводность первого слоя 1= 0,451 Вт/(мК);

t2ср=500°С, теплопроводность второго слоя 2=0,205 Вт/(мК);

t3ср=300°С, теплопроводность третьего слоя 3=0,192 Вт/(мК).

Определяем тепловые сопротивления:

- наружное

,

где - коэффициент теплопроводности от стен к воздуху,

Вт/мІЧК,

мІЧК/Вт.

- внутреннее

,

где - толщина слоя, м;

мІЧК/Вт;

мІЧК/Вт;

мІЧК/Вт.

Плотность теплового потока:

.

Второй этап.

Находим температуры на границе слоев:

°С;

°С;

°С.

Находим более точные значения средних температур:

°С;

°С;

°С.

Затем уточняем теплопроводность, тепловые сопротивления и коэффициент теплоотдачи от стен к воздуху:

1= 0,466 Вт/(мК);

2=0,217 Вт/(мК);

3=0,178 Вт/(мК).

Вт/мІЧК;

мІЧК/Вт;

мІЧК/Вт;

мІЧК/Вт;

мІЧК/Вт.

После уточнения находим плотность теплового потока

.

Точность оцениваем по плотности теплового потока:

;

.

.

Рис. 14. График распределения температур в кладке пода и стен камеры нагрева № 1

Qст=qстFст;

Fст=2ЧLH, м2,

где Н - высота камеры нагрева, м.

Fст=232,851,2=78,84 м2;

Qст=508,578,8410-3=40,09 кВт.

Потери тепла через под

Qпод=Fподqпод, кВт;

Fпод=LB, м2;

Fпод=32,851,7=55,845 м2;

Qпод=55,845508,510-3=28,40 кВт.

Общие потери тепла через кладку

Qкл=Qст+Qсв+Qпод,

Qкл=40,09+20,05+28,40=88,54 кВт.

Переводим Qкл в кДж, умножая на время нагрева нагр

Qкл=56,388,54=4984,8 кДж.

Потери тепла на нагрев контролируемой атмосферы, кВт

Qатм=VатмЧСатмЧ(tатмкон - tатмнач),

где Vатм - расход контролируемой атмосферы, м3/ч;

Сатм - теплоемкость контролируемой атмосферы, кКал/(м3 Ч град);

tатмкон, tатмнач - конечная и начальная температуры контролируемой атмосферы, єС.

Qатм=240Ч0,320(830-25)=61824 кКал/ч=71,89 кВт.

Переводим Qатм в кДж, умножая на время нагрева нагр

Qатм=53,671,89=3853,3 кДж.

Неучтенные потери, кДж

Qнеучт=0,1Ч(Qкл+Qме)=0,1(4984,8+72577,3)=7756,2 кДж.

Общий расход тепла

Qрасх=Qме+Qкл+Qатм+Qн.п,

Qрасх=72577,3+4984,8+4047,4+7756,2=89365,7 кДж.

Мощность печи расчетная

Pрасч=Qрасх/нагр, кВт;

Pрасч=89365,7/56,3=1587,3 кВт.

Установочная мощность печи

Pуст=(1,25…1,5)Pрасч,

Pуст=(1,25…1,5)1587,3=(1984…2381).

Окончательно принимаем Pуст=2180 кВт.

Коэффициент полезного действия [7]

=(Qме/Qрасх)100%,

=72577,3/89365,7100%=81%.

4.2.2 Камера нагрева №2

Расчет потерь тепла через кладку свода. [6]

Материалы представлены в таблице 11.

Таблица 11

Огнеупорные материалы свода печи

Свод

1 слой

2 слой

3 слой

Материал

Легковесный шамот

Ультралегковесный шамот

Минеральная вата

Максимальная температура применения, C

1300

1100

600

Толщина слоя h, мм.

240

120

120

Теплопроводность,

Вт/(м C)

=0,29+0,00023t

=0,058+0,00016t

=0,093+0,00026t

Для того чтобы найти коэффициенты тепловодности, принимаем средние температуры каждого слоя:

t1ср=700°С, тогда теплопроводность первого слоя 1= 0,451 Вт/(мК);

t2ср=500°С, теплопроводность второго слоя 2=0,138 Вт/(мК);

t3ср=300°С, теплопроводность третьего слоя 3=0,171 Вт/(мК).

Определяем тепловые сопротивления:

- наружное

, где - коэффициент теплопроводности от стен к воздуху, Вт/мІЧК,

мІЧК/Вт.

- внутреннее

, где - толщина слоя, м;

мІЧК/Вт;

мІЧК/Вт;

мІЧК/Вт.

Плотность теплового потока (количество тепла, передаваемого через 1 м2 стенки, Вт/м2.):

,

- температура в печи, С;

- температура воздуха снаружи печи, С;

.

Второй этап.

Находим температуры на границе слоев:

°С;

°С;

°С.

Находим более точные значения средних температур:

°С;

°С;

°С.

Затем уточняем теплопроводность, тепловые сопротивления и коэффициент теплоотдачи от стен к воздуху:

1= 0,503 Вт/(мК);

2=0,154 Вт/(мК);

3=0,152 Вт/(мК).

Вт/мІЧК;

мІЧК/Вт;

мІЧК/Вт;

мІЧК/Вт;

мІЧК/Вт.

После уточнения находим плотность теплового потока

.

Точность оцениваем по плотности теплового потока:

;

.

.

Рис. 15. График распределения температур в кладке свода камеры нагрева №2

Потери тепла через свод

Qсв=qсвFсв, кВт,

где Fсв - площадь свода.

Fсв=iL,

где i - длина дуги арки свода, м;

L - длина камеры нагрева, м.

i=r/180,

где r - радиус арки свода, м,

- угол арки свода, град.

i=3,141,760/180=1,78 м2;

Fсв=1,7810,8=19,22 м2;

Qсв=481,319,22Ч10-3=9,25 кВт.

Расчет потерь тепла через под и стены.

Материалы представлены в таблице 12.

Таблица 12

Огнеупорные материалы пода и стен печи

Под и стены

1 слой

2 слой

3 слой

Материал

Пеношамот

Ультралегковесный шамот

Пенодиатомитовый кирпич

Максимальная температура применения, C

1300

1100

900

Толщина слоя h, мм.

130

115

130

Теплопроводность,

Вт/(м C)

=0,105+0,00014t

=0,058+0,00016t

=0,078+0,00031t

Для того чтобы найти коэффициенты тепловодности, принимаем средние температуры каждого слоя:

t1ср=700°С, тогда теплопроводность первого слоя 1= 0,203 Вт/(мК);

t2ср=500°С, теплопроводность второго слоя 2=0,138 Вт/(мК);

t3ср=300°С, теплопроводность третьего слоя 3=0,171 Вт/(мК).

Определяем тепловые сопротивления:

- наружное

,

где - коэффициент теплопроводности от стен к воздуху, Вт/мІЧК,

мІЧК/Вт.

- внутреннее

,

где - толщина слоя, м;

мІЧК/Вт;

мІЧК/Вт;

мІЧК/Вт.

Плотность теплового потока (количество тепла, передаваемого через 1 м2 стенки, Вт/м2.):

,

- температура в печи, С;

- температура воздуха снаружи печи, С;

.

Второй этап.

Находим температуры на границе слоев:

°С;

°С;

°С.

Находим более точные значения средних температур:

°С;

°С;

°С.

Затем уточняем теплопроводность, тепловые сопротивления и коэффициент теплоотдачи от стен к воздуху:

1= 0,232 Вт/(мК);

2=0,151 Вт/(мК);

3=0,149 Вт/(мК).

Вт/мІЧК;

мІЧК/Вт;

мІЧК/Вт;

мІЧК/Вт;

мІЧК/Вт.

После уточнения находим плотность теплового потока

.

Точность оцениваем по плотности теплового потока:

;

.

Рис. 16. График распределения температур в кладке пода и стен камеры нагрева №2

Потери тепла через стены

Qст=qстFст;

Fст=2ЧLH, м2,

где Н - высота камеры нагрева, м.

Fст=210,81,2=25,92 м2;

Qст=449,6625,9210-3=11,66 кВт.

Потери тепла через под

Qпод=Fподqпод, кВт;

Fпод=LB, м2;

Fпод=10,81,7=18,36 м2;

Qпод=18,36449,6610-3=8,26 кВт.

Общие потери тепла через кладку

Qкл=Qст+Qсв+Qпод,

Qкл=11,66+9,25+8,26=29,17 кВт.

Переводим Qкл в кДж, умножая на время нагрева нагр.

Время нагрева

нагр=L/V,

где V - скорость движения полосы, м/мин, V=35 м/мин.

нагр=10,8/35=0,31 мин=18,6 с,

Qкл=29,1718,6=542,56 кДж.

Тепло идущее на нагрев металла

Qме=mЧ(i1-i2),

где m - масса металла находящегося в камере нагрева;

i1, i 2 - теплосодержание стали при температуре t1 и t2; [23]:

i1=158,7 кКал/кг, при t=1000 C;

i2=169,65 кКал/кг, при t=1050 C.

m=V,

где V - объем металла, находящегося в камере нагрева;

- плотность металла, =7,8 кг/м3;

V=abL,

где a - толщина полосы м;

b - ширина полосы, м;

L - длина камеры нагрева, м.

V=0,51,06510,810-3=5,7510-3 м3,

m=5,7510-37800=44,9 кг.

Тепло идущее на нагрев металла

Qме=44,9(158,7-169,65)=492 кКал=2056,6 кДж.

Потери тепла на нагрев контролируемой атмосферы, кВт

Qатм=VатмЧСатмЧ(tатмкон-tатмнач),

где Vатм - расход контролируемой атмосферы, м3/ч;

Сатм - теплоемкость контролируемой атмосферы, кКал/(м3 Чград);

tатмкон, tатмнач - конечная и начальная температуры контролируемой атмосферы, єС.

Qатм=150Ч0,334(1050-25)=51352,5 кКал/ч=59,7 кВт.

Переводим Qатм в кДж, умножая на время нагрева нагр.

Qатм=59,718,6=1111 кДж.

Неучтенные потери, кДж

Qнеучт=0,1(Qкл+Qме)=0,1(542,56+2056,6)=260 кДж.

Общий расход тепла

Qрасх=Qме+Qкл+Qатм+Qн.п,

Qрасх=2056,6+542,56+1111+260=3970 кДж.

Мощность печи расчетная

Pрасч=Qрасх/нагр, кВт;

Pрасч=3970/18,6=213,45 кВт.

Установочная мощность печи

Pуст=(1,25…1,5)Pрасч,

Pуст=(1,25…1,5)213,45=(267…320).

Окончательно принимаем Pуст=290 кВт.

Коэффициент полезного действия [7]

=(Qме/Qрасх)100%,

=2056,6/3970100%=52%.

4.2.3 Камера выдержки №1

Нагрев в камере выдержки электрический. Обработка стали 4 группы легирования производится по базовым режимам №62-65.Следовательно, в камере выдержки металл нагревается с температуры 830°С до температуры 1000°С.

Тепло идущее на нагрев металла

Qме=mЧ(i1-i2),

где m - масса металла находящегося в камере нагрева;

i1, i 2 - теплосодержание стали при температуре t1 и t2; [23]:

i1=130,3 кКал/кг, при t=830 C;

i2=158,7 кКал/кг, при t=1000 C;

m=V,

где V - объем металла, находящегося в камере нагрева;

- плотность металла, =7,8 кг/м3;

V=abL,

где a - толщина полосы м;

b - ширина полосы, м;

L - длина камеры выдержки, м.

V=0,51,06516010-3=0,0852 м3,

m=0,08527800=664,56 кг.

Время выдержки

выд=L/V,

где V - скорость движения полосы, м/мин, V=35 м/мин.

выд=160/35=4,57 мин=274,3 с.

Производительность печи

G=664,56/274,3=2,42 кг/с.

Тепло идущее на нагрев металла

Qме=664,56(158,7-130,3)=18873,5 кКал=78891,23 кДж.

Потери тепла теплопроводностью через кладку, кВт

Qкл=?qклЧFкл,

где qкл - удельный тепловой поток через кладку, кВт/м2;

Fкл - площадь теплоотдающей поверхности, м2.

Кладка камеры выдержки состоит из тех же огнеупорных материалов, что и камера нагрева №1.

Материалы свода печи представлены в таблице 9.

Для того чтобы найти коэффициенты тепловодности, принимаем средние температуры каждого слоя:

t1ср=700°С, тогда теплопроводность первого слоя 1= 0,271 Вт/(мК);

t2ср=500°С, теплопроводность второго слоя 2=0,205 Вт/(мК);

t3ср=300°С, теплопроводность третьего слоя 3=0,171 Вт/(мК).

Определяем тепловые сопротивления:

- наружное

,

где - коэффициент теплопроводности от стен к воздуху, Вт/мІЧК. Принимаем Вт/мІЧК,

мІЧК/Вт.

- внутреннее

, где - толщина слоя, м;

мІЧК/Вт;

мІЧК/Вт;

мІЧК/Вт.

Плотность теплового потока (количество тепла, передаваемого через 1 м2 стенки, Вт/м2.):

,

- температура в печи, С;

- температура воздуха снаружи печи, С;

.

Второй этап.

Находим температуры на границе слоев:

°С;

°С;

°С.

Находим более точные значения средних температур:

°С;

°С;

°С.

Затем уточняем теплопроводность, тепловые сопротивления и коэффициент теплоотдачи от стен к воздуху:

1=0,297 Вт/(мК);

2=0,205 Вт/(мК);

3=0,150 Вт/(мК).

Вт/мІЧК;

мІЧК/Вт;

мІЧК/Вт;

мІЧК/Вт;

мІЧК/Вт.

После уточнения находим плотность теплового потока

.

Точность оцениваем по плотности теплового потока:

;

.

Рис. 17. График распределения температур в кладке свода камеры выдержки №1

- диатомит необожженный

- легковесный шамот ШЛ-04

- минеральная вата

Потери тепла через свод

Qсв=qсвFсв, кВт,

где Fсв - площадь свода.

Fсв=iL,

где i - длина дуги арки свода, м;

L - длина камеры выдержки, м.

i=ЧrЧ/180,

где r - радиус арки свода, м,

- угол арки свода, град.

i=3,141,760/180=1,8 м2;

Fсв=1,8160=288 м2;

Qсв=288Ч10-3=126,66 кВт.

Расчет потерь тепла через под и стены.

Для того чтобы найти коэффициенты тепловодности, принимаем средние температуры каждого слоя:

t1ср=900°С, тогда теплопроводность первого слоя 1= 0,497 Вт/(мК);

t2ср=500°С, теплопроводность второго слоя 2=0,205 Вт/(мК);

t3ср=300°С, теплопроводность третьего слоя 3=0,192 Вт/(мК).

Определяем тепловые сопротивления:

- наружное

,

где - коэффициент теплопроводности от стен к воздуху, Вт/мІЧК,

мІЧК/Вт.

- внутреннее

,

где - толщина слоя, м;

мІЧК/Вт;

мІЧК/Вт;

мІЧК/Вт.

Плотность теплового потока (количество тепла, передаваемого через 1 м2 стенки, Вт/м2.):

.

Второй этап.

Находим температуры на границе слоев:

°С;

°С;

°С.

Находим более точные значения средних температур:

°С;

°С;

°С.

Затем уточняем теплопроводность, тепловые сопротивления и коэффициент теплоотдачи от стен к воздуху:

1= 0,503 Вт/(мК);

2=0,243 Вт/(мК);

3=0,190 Вт/(мК).

Вт/мІЧК;

мІЧК/Вт;

мІЧК/Вт;

мІЧК/Вт;

мІЧК/Вт.

После уточнения находим плотность теплового потока

.

Точность оцениваем по плотности теплового потока:

;

.

Рис. 18. График распределения температур в кладке пода и стен камеры выдержки № 1

- легковесный шамот ШЛ-09

- легковесный шамот ШЛ-04

- асбестовый картон

Потери тепла через стены

Qст=FстЧqст, кВт.

Fст=2ЧLЧH, м2,

где H - высота камеры выдержки, м.

Fст=2Ч160Ч1=320 м2.

Qст=0,668Ч320=213,76 кВт.

Потери тепла через под

Qпод=Fподqпод, кВт;

Fпод=LB, м2;

Fпод=1601,7=272 м2;

Qпод=27266810-3=181,70 кВт.

Общие потери тепла через кладку

Qкл=Qст+Qсв+Qпод,

Qкл=213,76+126,66+181,70=522,12 кВт.

Переводим значение Qкл в кДж, умножая на время выдержки выд:

выд=274,3 с;

Qкл=522,12Ч274,3=143217,5 кДж.

Потери тепла на нагрев контролируемой атмосферы, кВт

Qатм=VатмЧСатмЧ(tатмкон-tатмнач),

где Vатм - расход контролируемой атмосферы, м3/ч;

Сатм - теплоемкость контролируемой атмосферы, кКал/(м3 Ч град);

tатмкон, tатмнач - конечная и начальная температуры контролируемой атмосферы, єС.

Qатм=240Ч0,324Ч(1000-25)=75816 кКал/ч=88,16 кВт.

Переводим значение Qатм в кДж, умножая на время выдержки выд:

выд=274,3 с.

Qатм=88,16Ч274,3=24182,3 кДж.

Неучтенные потери, кВт

Qнеучт=0,1(Qкл+Qме)=0,1(143217,5+78891,23)=22210,87 кДж.

Общий расход тепла

Qрасх=Qме+Qкл+Qатм+Qнеучт, кДж,

Qрасх=78891,23+143217,5+24182,3+22210,87=268501,9 кДж.

Коэффициент полезного действия печи [7]

=Qме/Qрасх100%,

=78891,23/268501,9100%=29%.

Мощность печи расчетная [7]

Pрасч=Qрасх/выд,

Pрасч=268501,9/274,3=978,9 кВт.

Установочная мощность печи [7]

Pуст=(1,25…1,5)Pрасч,

Pуст=(1,25…1,5)978,9=(1224…1468) кВт.

Окончательно принимаем Pуст=1350 кВт.

4.2.4 Камера выдержки №2

Нагрев в камере выдержки электрический. Выдержка нужна для завершения всех процессов, а также для выравнивания температур по сечению полосы. Т. о. потери тепла на нагрев металла Qме не равны нулю, т. к. нагрев происходит.

Тепло идущее на нагрев металла

Qме=mЧ(i1-i2),

где m - масса металла находящегося в камере нагрева;

i1, i 2 - теплосодержание стали при температуре t1 и t2; [23]:

i1 =158,7 кКал/кг, при t=1000 C;

i2 =169,65 кКал/кг, при t =1050 C.

m=V,

где V - объем металла, находящегося в камере выдержки;

- плотность металла, =7,8 кг/м3;

V=abL,

где a - толщина полосы м;

b - ширина полосы, м;

L - длина камеры выдержки, м.

V=0,51,06525,210-3=0,0134 м3,

m=0,01347 800=104,67 кг.

Время выдержки полосы в камере

выд=L/V,

где V - скорость движения полосы, м/мин, V=35 м/мин.

выд=25,2/35=0,72 мин=43,2 с.

Производительность печи

G=104,67 /43,2 =2,42 кг/с.

Тепло идущее на нагрев металла

Qме=104,67 (169,65-158,7)=1146 кКал=4790,3 кДж.

Расчет потерь тепла через кладку. [6]

Кладка камеры выдержки состоит из тех же материалов, что и камера нагрева № 2. Конечная температура 1050°С. Т. о. используем полученные ранее данные для камеры нагрева.

Потери тепла через свод.

Температуры на границе слоев:

°С;

°С;

°С.

Плотность теплового потока

Рис. 19. График распределения температур в кладке свода камеры нагрева № 2

-легковесный шамот

- ультралегковесный шамот

- минеральная вата

Потери тепла теплопроводностью через кладку, кВт

Qкл=?qклЧFкл,

где qкл - удельный тепловой поток через кладку, кВт/м2;

Fкл - площадь теплоотдающей поверхности, м2.

Qсв=FсвЧqсв, кВт,

где Fсв - площадь свода, м2.

Fсв=lЧL,

где l - длина дуги арки свода, м;

L - длина камеры выдержки, м.

l=рЧrЧa/180,

где r - радиус арки свода, м;

a - угол арки свода, град.

l=3,14Ч1,7Ч60/180=1,8 м2.

Fсв=1,8Ч25,2=45,36 м2.

Qсв=45,36Ч0,4813=21,83 кВт.

Потери тепла через под и стены.

Температуры на границе слоев:

°С;

°С;

°С.

Плотность теплового потока

.

Рис. 20. График распределения температур в кладке пода и стен камеры выдержки № 2

Qпод=FподЧqпод, кВт.

Fпод=LЧB, м2,

где L - длина камеры выдержки, м;

B - ширина камеры выдержки, м.

Fпод=25,2Ч1,7=42,84 м2.

Qпод=42,84Ч0,4497=19,27 кВт.

Qст=FстЧqст, кВт.

Fст=2ЧLЧH, м2,

где H - высота камеры выдержки, м.

Fст=2Ч25,2Ч1=50,4 м2.

Qст=0,449Ч50,4=22,66 кВт.

Общие потери тепла через кладку

Qкл=Qст+Qсв+Qпод,

Qкл=21,83+19,27+22,66=63,76 кВт.

Переводим значение Qкл в кДж, умножая на время выдержки выд:

выд=43,2 с.

Qкл=43,2Ч63,76=2754,4 кДж.

Потери тепла на нагрев контролируемой атмосферы, кВт

Qатм=VатмЧСатмЧ(tатмкон-tатмнач),

где Vатм - расход контролируемой атмосферы, м3/ч;

Сатм - теплоемкость контролируемой атмосферы, кКал/(м3Чград);

tатмкон, tатмнач - конечная и начальная температуры контролируемой атмосферы, єС.

Qатм=150Ч0,334Ч(1050-25)=51352,5 кКал/ч=59,7 кВт.

Переводим значение Qатм в кДж, умножая на время выдержки выд:

выд=43,2 с.

Qатм=43,2Ч59,7=2579 кДж.

Неучтенные потери, кВт

Qнеучт=0,1(Qкл+Qме)=0,1(2754,4+4790,3)=754,5 кДж.

Общий расход тепла

Qрасх=Qме+Qкл+Qатм+Qнеучт, кДж,

Qрасх=4790,3+2754,4+2579+754,5=10878,2 кДж.

Коэффициент полезного действия печи [7]

=Qме/Qрасх100%,

=4790,3/10878,2100%=44%.

Мощность печи расчетная [7]

Pрасч=Qрасх/выд,

Pрасч=10878,2/43,2=252 кВт.

Установочная мощность печи [7]

Pуст=(1,25…1,5)Pрасч,

Pуст=(1,25…1,5)252=(315…378) кВт.

Окончательно принимаем Pуст=350 кВт.

Таким образом, коэффициент полезного действия печи составляет

=(0,81+0,52+0,29+0,44)/4Ч100%=51,5%

4.3 Расчет количества оборудования

Расчет оборудования производится на основании производственной программы, спроектированного технологического процесса термической обработки, режима работы отделения и фонда времени оборудования.[4]

Полный календарный фонд времени равен 36524=8760 часов. Так как характер работы непрерывный, то календарный фонд равен номинальному, Фн=8760 часов. [8]

Действительный фонд времени равен тому времени, которое может быть полностью использовано для производства. По характеристике агрегата Фд=7000 часов.

Таким образом, потери времени на простой оборудования, связанные с его ремонтом и наладкой: tпотерь=Фн-Фд=1760 часов, что составляет приблизительно 20% от Фн. [8]

Задолженность оборудования

Z=W/Q,

где W - годовая программа, кг;

Q - часовая производительность оборудования, кг/ч;

Z=130000000/7589=17130,06 ч

где Q=53125 т/год=7589 кг/ч.

Количество единиц оборудования

nр=Z/Фд, шт,

nр=17130,06/7000=2,45 шт.

Принимаем число единиц оборудования np=3.

Коэффициент загрузки [8]

Кз=nр/n100 %,

Кз=2,45/3100 %=81,7 %.

4.4 Расчет электрических нагревательных элементов

Источником тепла в печи являются электронагреватели. Расчет ведется для камеры нагрева № 2 (зона 14). Для быстрого разогрева камеры мощность нагревателей должна быть больше или равна 290 кВт. Нагревателей четыре - по 73 кВт каждый (Рн=73 кВт). Расположены нагреватели на поду, своде и боковых стенах печи. Соединение параллельное, каждый нагреватель однофазный. Нагревательные элементы должны обеспечить длительную бесперебойную службу (несколько лет) при заданном тепловом режиме. Поэтому следует выбирать материал нагревательных элементов в зависимости от максимальной температуры нагрева и характера среды, в которой должны работать нагреватели. Температура в камере нагрева №2 1050є С. Согласно ГОСТ 5632-51 выбираем материал для изготовления электронагревателей нихром Х20Н80-Н [7].

Таблица 13

Основные свойства материалов нагревательных элементов [7]

Материал

Плотность, г/см3

Рабочая температура Tmax, °С

Удельное сопротивление, Ом Ч мм/м2

Условия применения

Х20Н80-Н

8,40

1100

1,13

Воздух, вакуум, защитные среды

Так как мощность печи превышает 15 кВт, то печь конструируют трехфазной. Uл=380 В. Мощность одной фазы определяется по формуле

РФ=Рн/3=73/3=24,3 кВт.

Фазовое напряжение на концах нагревателя:

Uф=Uл/3=380/3=220 В.

Сила тока, проходящего через нагреватель

Iф=103Рф/Uф=10324,3/220=110,45 А.

Сопротивление электронагревателей

RФ=Uф2/103Рф=2202/10324,3=2 Ом.

Выбираем ленточный электронагреватель. При использовании ленты толщиной а (мм) и шириной b (мм) обычно принимается следующее отношение ширины к толщине

m=b/a=8…12.

Пусть m=b/a=10.

Определяем диаметр проволоки для нагревательного элемента по формуле

где - удельное сопротивление материала нагревателя при рабочей температуре, Ом Ч мм2/м, с=1,13 Ом Ч мм2/м;

Рф - мощность печи (или мощность одной фазы), кВт;

Uф - фазное напряжение, В;

- удельная поверхностная нагрузка нагревателя, Вт/см2, =0,6 Вт/см2 [7];

мм.

По таблице 6 [7] принимаем а=2,2 мм.

Длина элемента сопротивления в одной параллельной ветви

l=RЧaЧb/с=2Ч2,2Ч22/1,13=85,66 м.

Длина четырех нагревателей

Lобщ=lЧ4=85,66Ч4=342,64 м.

Масса нагревателей

G=aЧbЧLобщЧ10-3,

где г=8,4 г/см3 - плотность (табл. 4[м/у 924]);

G=2,2Ч22Ч342,64Ч8,4Чl0-3=139,3 кг.

Проверяем поверхностную нагрузку

н=50ЧРф/(a+b)Чl=50Ч24,3/(2,2+22)Ч85,66=0,586

Сравнивая поверхностную нагрузку, рассчитанную с допустимой [7] видно, что она находится в пределах допустимой для нихрома Х20Н80-Н.

Ленточные элементы сопротивления располагаются обычно зигзагом. Схема ленточного элемента сопротивления представлена на рис. 21

Расстояние внутри зигзагов D принимают не менее ширины ленты D=22 мм. Высоту зигзагов В принимаем равной 200 мм, тогда А=178 мм, r=11 мм.

Длина одного зигзага

Страница:


Подобные документы

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.

© 2000 — 2023, ООО «Олбест» Все права защищены