Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Введение

Термическая обработка является одним из наиболее распространенных способов получения заданных свойств металлов и сплавов. Термическая обработка применяется либо в качестве промежуточной операции для улучшения обрабатываемости давлением, резанием и др., либо как окончательная операция для придания металлу или сплаву такого комплекса механических, физических и химических свойств, который сможет обеспечить заданные эксплуатационные характеристики изделия.

В настоящем проекте разработана конструкция камерной печи с выдвижным подом.

Камерные печи с выдвижным подом получили широкое распространение для отжига, отпуска и закалки тяжелых деталей. Цель проекта:

-рассчитать горение топлива

- рассчитать рабочее пространство печи;

- рассчитать тепловой баланс печи;

- рассчитать тепло необходимое на нагрев режущего инструмента из стали ХВГ;

- произвести выбор материала для конструкции печи.

1. Исходные данные

Исходные данные для расчета следующие

1. Вид термообработки - нагрев под закалку;

2. Нагреваемые изделия: пуансоны длиной 366 мм, шириной 145 мм, высотой 108 мм;

3. Марка стали: У10А;

4. Способ укладки заготовки - на поду печи с зазорами между заготовками равны толщины заготовки;

5. Количество заготовок: 6 шт;

6. Начальная температура металла - t₀ = 20⁰C;

7. Конечная температура нагрева поверхности заготовки - t_п.к. = 790 ⁰С;

8. Производительность печи - Р = 0,012 кг/сек;

9. Средняя теплоемкость - ;

10. Коэффициент теплопроводности - ;

Печь питается от сети трехфазного тока напряжением 380 В.

2. Размеры рабочего пространства печи

Основными узлами камерных электропечей сопротивления являются кожух, футеровка, рабочее пространство, дверца с механизмом подъёма и опускания. Кожух печей герметичный, сварен из листовой и профильной стали.

Для печей данного типа при двустороннем нагреве изделий напряжение активного пода равно 0,140 - 0,195 кг/(м²*с) (500 - 700кг/(м²*ч)). Принимая находим площадь пода, занятую металлом м²

Заготовки располагаются на поду печи в два ряда с зазорами, равными 1/2 толщины заготовки.

Длина рабочего пространства печи

Ширина рабочего пространства печи

Высота рабочего пространства

3. Теплообмен в камерных электропечах

Электрические печи широко распространены в промышленности. Очень важную роль в работе печей играет теплопередача к поверхности нагреваемого металла, называемая внешним теплообменом. Этот процесс слагается из теплообмена излучением и конвекцией. И излучение и конвекция протекают в соответствии с физическими законами, определяющими эти процессы.

Теплообмен конвекцией зависит от температуры и от скорости перемещения воздуха. Стремясь усилить конвекцию, прибегают к интенсификации движения воздуха.

Передача тепла излучением к поверхности нагреваемого материала в электрических печах зависит от очень многих факторов. Все компоненты теплообмена в рабочем пространстве печей характеризуются излучением, отличающимся от излучения серого тела и имеют спектральные характеристики, изменяющиеся с изменением длины волны. Поэтому теплообменные процессы, протекающие в рабочем пространстве электрических печей, представляют собой очень сложное явление.

4. Тепловой расчет печи

При двустороннем нагреве площадь тепловоспринимающей поверхности металла равна м²

и теплоотдающей поверхности печи м²

Учитывая, что степень черноты футеровки равна е_п=0,8, а степень черноты стали в защитной атмосфере е_м=0,45, находим

Средний коэффициент теплоотдачи излучением находим по формуле

Принимая коэффициент теплоотдачи конвекцией равным б^конв=11,63 Вт/(м²*К), находим значение суммарного коэффициента теплоотдачи к металлу

Критерий Био равен



Температурный критерий для поверхности заготовок

По номограмме находим величину критерия Фурье F_о=10. Коэффициент температуропроводности, входящий в критерий Фурье, равен

Продолжительность нагрева заготовок в печи

По номограмме находим температурный критерий для центра нагреваемых заготовок: при Вi=0,28 и F_o= 10 и_центр=0,08 и

Температурный перепад по сечению заготовки равен

что не превышает заданного значения.

Уточняем основные размеры печи. Для обеспечения заданной производительности в печи должно одновременно находиться следующее количество металла:

Учитывая, что масса одной заготовки равна g=41 кг, найдем число заготовок, одновременно находящихся в печи

При плотной укладке на под 5 заготовок занимают площадь

Напряжение пода равно

Заготовки на поду располагаем в 2 ряда по 3 заготовки в ряд.

5. Мощность печи

Мощность печи вычисляем по формуле:

Коэффициент запаса принимаем равным К=1,4. Расход тепла в печи равен

где Q_пол - полезное тепло, затраченное на нагрев металла;

Q_тепл - потери тепла теплопроводностью через кладку;

Q_т.к.з - потери тепла на тепловые короткие замыкания.

Расход тепла на нагрев металла в печи равен

Потери тепла теплопроводностью через кладку печи при стационарном режиме работы определяем по формуле



принимая, что температура внутренней поверхности футеровки равна 850 ⁰С, а температура наружной поверхности 170⁰С. При этой температуре б равен

Коэффициенты теплопроводности материалов вычисляем по формулам

Принимая в первом приближении линейное распределение температуры по толщине футеровки, найдем температуру на границе раздела слоев

Коэффициенты теплопроводности материалов слоев равны

Находим стационарное тепловое состояние



Температура окружающего воздуха принята равной t_ок=20 ⁰С.

Уточним значение температуры на границе раздела слоев футеровки, используя формулу

Температура наружной поверхности футеровки

Тогда

Поскольку величины плотностей теплового потока отличаются друг от друга на 100(597,1-532,1)/597,1=10%, дальнейшего уточнения проводить не будем.

С учетом принятой толщины стен, найдем площадь наружной поверхности футеровки

Потери тепла теплопроводностью через кладку печи равны



камерная печь выдвижной под

Потери на тепловые короткие замыкания принимаем равными 70% от потерь тепла теплопроводностью через кладку.

Общий расход тепла в печи

Тогда мощность печи

6. Электрический расчет печи

Нагревательные элементы

Принимая рабочую температуру нагревательных элементов равной

Выбираем сплав Х15Н60, для которого рекомендуемая рабочая температура составляет 900 ⁰С. Удельное сопротивление сплава при рабочей температуре

Находим удельную мощность идеального нагревателя.

Нагревательные элементы в рассматриваемой печи располагаются на стенах, своде и поду рабочего пространства. Относительная мощность стен, несущих нагреватели, равна

,

где N - мощность нагревателя, приходящаяся на данную стенку, кВт;

F_ст - площадь поверхности стены (свода, пода), на которой расположены нагреватели, м².

F_ст = 2*1,7*0,5+2*1,7*0,7+0,7*0,5=4,43 м²

В соответствии с полученным значением относительной мощности стен, несущих нагреватели, выбираем проволочный зигзагообразный нагреватель.

Проволочный зигзагообразный нагреватель

При нагреве стали в защитной атмосфере при использовании проволочного зигзагообразного нагревателя б = 0,49.

Тогда

Поскольку питание печи производится трехфазным током с линейным напряжением U_с=380 В, то мощность, приходящаяся на одну фазу, составит N_ф=N/3=29/3=9,7 кВт.

U_ф=U_с=380 В

Зная мощность печи или зоны N кВт, напряжение питающей сети U, В, удельное сопротивление выбранного нагревателя с, Ом*м, находим геометрические размеры нагревателя:

диаметр

длина

7. Выбор материала элементов конструкции печи

Для нагрева средних деталей применяют в термических цехах при серийном производстве камерные электрические печи.

Камерные печи предназначены для нагрева изделий под закалку, требующих нагрева изделий до температуры 1000 ⁰С.

Печь возводится на фундаменте, служащем для равномерного распределения на грунт от массы печи. Фундамент печи выполнены из бетона и железобетона. Поверх фундамента выкладывается выстилка, которая является основанием для дальнейшей кладки печи. Толщина кладки печи в 2 кирпича.

Основными узлами камерных печей являются кожух, футеровка, рабочее пространство, нагреватели, дверца с механизмом подъёма и опускания. Кожух печей герметичный, сварен из листовой и профильной стали.

Внутренние части топки, пода, стен, свода и других частей печи, нагревающихся до высокой температуры. Стены и свод печи выложенные из шамота-легковеса и диатомитового кирпича. Свод выполнен арочным из шамота.

Подовая плита выполнена из жаропрочного стального литья, в целях безопасности соединена с кожухом печи стальной жаропрочной полосой.

Загрузка и выгрузка обрабатываемых деталей в печах может быть механизирована, для чего в футеровке пода имеются специальные пазы для перемещения в них захватов механизмов загрузки - разгрузки.

Лучшим источником тепла для термических печей является электроэнергия, которая обеспечивает высокую точность и равномерность нагрева изделий, высокий к.п.д. печи, удобство эксплуатации и надежность автоматизации печей.

Недостатки электронагрева: большая стоимость электроэнергии по сравнению со стоимостью эквивалентного количества угля мазута и особого газа; сложность изготовления, комплектации и эксплуатации оборудования.

8. Разработка конструкции камерной электропечи

Камерная электропечь сопротивления предназначена для нагрева стальных изделий до температуры 1000⁰С в защитной среде под закалку, отжиг и др.

Камерная электропечь (рисунок 1) с металлическими нагревателями и защитной атмосферой имеет герметичный каркас 4 и герметичную заслонку 1, футерованную шамотным и диатомитовым огнеупором. В заслонке предусмотрено смотровое окно. Металлические нагреватели 2, 3, 8 расположены на своде, боковых стенах и на поду. Детали загружаются и разгружаются вручную, на жароупорную плиту, защищающую подовые нагреватели от попадания на них окалины. Футеровка печи 5 выполнена огнеупорным шамотным и легковесным огнеупорным и диатомитовым теплоизоляционным материалами. Подача защитного газа в печное пространство осуществляется газопроводом 7. Загрузочное окно печи оборудовано газовой завесой 10. Завеса включается автоматически и перекрывает плоским факелом проем загрузочного окна при поднимании заслонки. Одновременно при поднимании заслонки автоматически отключаются нагреватели печи во избежание поражения током в момент загрузки и выгрузки деталей. Электропитание к нагревателям подводится токопроводом 6. Подъем и опускание заслонки осуществляется вручную при помощи рукоятки 9.



Рисунок 1 - Камерная электропечь сопротивления

Назначение:

1. Электропечи сопротивления камерные находят широкое применение в различных отраслях промышленности.

2. В электропечах сопротивления предусмотрен нагрев изделий в защитной атмосфере до температуры 1000⁰С и 1200⁰С.

3. Применение защитной атмосферы в электропечах позволяет получить после нагрева чистые (без окалины) изделия. Потемнение поверхности обрабатываемых изделий может происходить за счет контактирования с воздухом при переносе их из печи в закалочный бак.

4. Применение защитной атмосферы устраняет угар металла, который при термической обработке стальных изделий в атмосфере воздуха составляет в среднем 1…3%. Кроме того, наличие защитной атмосферы позволяет значительно снизить объем механической обработки и расход режущего инструмента.

Заключение

В курсовой работе был произведен расчет камерной электрической печи сопротивления.

Мной был произведен расчет следующих параметров печи:

1. Размеров рабочего пространства печи

2. Мощность печи

3. Электрически расчет печи, выбор электронагревателя

В результате расчетов были получены следующие данные: длина рабочего пространства 1,7 м, ширина 0,7 м, высота рабочего пространства 0,5 м. Мощность камерной электропечи равна 29кВт.

В соответствии с полученным значением относительной мощности стен, несущих нагреватели, был выбран проволочный зигзагообразный нагреватель.

Список используемой литературы

1.Кривандин В.А., Марков Б.Л. Металлургические печи. М.:Металлургия, 1977, 464 с.

2.Кривандин В.А., Филимонов Ю.П. Теория, конструкции и расчеты металлургических печей. Т1. М.:Металлургия, 1978, 360 с.

3.Мастрюков Б.С. Расчеты металлургических печей.Т2. М.:Металлургия, 1986, 376 с.

4.Вишняков Д.Я., Ростовцев Г.Н., Неуструева А.А. Оборудование, механизация и автоматизация в термических цехах. - М.: Металлургиздат, 1964.

5.Гусовский В.Л. Современные нагревательные и термические лечи. Справочник. - М.: Машиностроение, 2001.

6.Мастрюков Б.С. Теплотехнические расчеты промышленных печей. М.:Металлургия, 1972, 368 с.

7.Кривандин В.А. Металлургическая теплотехника. М.:Металлургия, 1986, 464 с.

8.Телегин А.С., Авдеева В.Г. Теплотехника и нагревательные устройства. М.: Машиностроение, 1985, 248 с.

9. Кривандин В.А., Арутюнов В.А. и др. Металлургическая теплотехника. М.:Металлургия, 1986, 425 с.

10. Термическая обработка в машиностроении. Справочник (под ред. Ю.М. Лахтина, А.Г. Рахштадта). - М: Машиностроение, 1980. - 783 с.

11.Марочник сталей и сплавов. 2-е изд. Под ред. А.С. Зубченко. М: Машиностроение, 2003. - 784с.

12.Металловедение и термическая обработка стали. Спр. т. 2, кн. 1 (Бернштейн М.Л., Бокштейн Б.С., Бокштейн С.З. и др.). Изд. 4-е,перераб., доп. - М.: Металлургия, 1995.-336 с.

Размещено на Allbest.ru