Определение параметров колпаковой печи

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Задачей данной курсовой работы является подбор и расчет оборудования для термической обработки продукции стана холодной прокатки. Объектом будет служить стан 2030 бесконечной холодной прокатки Новолипецкого металлургического комбината.

Готовая продукция этого стана - холоднокатаная лента, толщиной от 0,4 до 3,0 мм, которая в дальнейшем будет подвергаться штамповке (производства автолиста). Материал - малоуглеродистая качественная сталь 08Ю.

После холодной прокатки и очистки (обезжиривания) полосы из углеродистой стали необходимо выполнить термическую обработку - рекристаллизационный (светлый) отжиг при температуре 720-750 єC /1/, чтобы снять наклеп и получить крупнозернистую структуру металла, обеспечивающую требуемые механические (предел текучести, относительное удлинение) и технологические (штампуемость) свойства.

Так как после отжига полоса не подвергается вторичному травлению, образование окалины на ее поверхности недопустимо. Поэтому отжиг проводят в защитной атмосфере, состоящей из 95% азота и 5% водорода /1/. Для светлого отжига применяют колпаковые и непрерывные печи.

Непрерывные агрегаты, безусловно, выигрывают в качестве нагрева (нагрев равномерный по длине рулона) и в производительности (в непрерывном агрегате продолжительность операции 2-3 минуты, в колпаковых печах - десятки часов).

Основным достоинствам колпаковых печей является простота конструкции и относительно небольшие габариты.

Колпаковая печь состоит из колпака и нескольких стендов. Это связано с длительностью технологического цикла. В процессе нагрева стопы под колпаком, на других стендах осуществляются операции загрузки - разгрузки и охлаждения рулонов. Производительность одного колпака 1,2-2,0 тонны полосы в час /2/.

Колпак отапливают коксодоменным газом при помощи инжекционных горелок. Нагрев металла осуществляется за счет конвективного и лучистого видов теплообмена между муфелем и рулоном. Для интенсификации конвективного теплообмена создают циркуляцию защитного газа при помощи вентиляторов с крыльчаткой центробежного типа, расположенного в основании стенда.

1. Исходные и справочные данные

муфель колпаковый печь баланс

Годовая производительность печного пролета (P) - 1500 тыс. тонн/год.

Размеры печи, м:

D=2,85;

h=2,1.

Характеристики рулона:

наружный диаметр рулона (D_р) - 2,00 м;

внутренний диаметр рулона (d_р) - 0,60 м;

высота рулона (h_р) - 1,50 м;

количество рулонов в стопе (n_р) - 1;

коэффициент заполнения рулона (з) - 0,97.

Характеристики металла:

теплоемкость (c_м) - 0,67 кДж/(кг·К);

плотность (с) - 7850 кг/мі;

коэффициент теплопроводности (л_м) - 34,2 Вт/(мІ·К);

коэффициент эквивалентной теплопроводности в радиальном направлении (л_r) - 7 Вт/(мІ·К);

конечная температура - 720 єC;

допустимый перепад температур - 50 єC;

начальная температура - 60 єC.

Коэффициент излучения абсолютно черного тела (c_s) - 5,77 Вт/(мІ·К₄).

Степень черноты муфеля (е_м) - 0,7.

Степень черноты рулона (е_р) - 0,3.

Низшая теплота сгорания коксодоменного газа (Q_н^р) - 11,75 МДж/мі.

Коэффициент использования печи (k_и) - 0,9.

Коэффициент заполнения (k_з) - 0,8.

Кладка:

Внутренний слой 100 мм - шамотный легковес ШЛ-1

Наружный слой 80 мм - диатомит Д-500

2. Расчет колпаковой печи

Расчет проводим по методике /3/.

2.1 Расчет теплообмена под муфелем при нагреве

Температуру муфеля, єС принимают постоянной для всего процесса нагрева

t_муф=t_кон+10=720+10=730 єС

Диаметр муфеля

D_м=D_р+0,35=2,00+0,35=2,35 м

Высота муфеля

м

Приведенный коэффициент теплоотдачи излучением

Вт/(мІ·К⁴)

Средняя температура наружной боковой поверхности рулона

єС

Расчетная температура газа

єС

Коэффициент теплоотдачи излучением от муфеля к наружной боковой поверхности рулона

Вт/(мІ·К)

Площади поверхностей, мІ:

боковой

;

торцевой

;

внутренней

;

поверхности муфеля

.

Действительные скорости защитного газа, м/с:

в конвекторных кольцах нижнего рулона

во внутренней полости рулона

Коэффициенты теплоотдачи конвекцией определяем по графикам б=f(щ), /3/, с учетом шероховатости поверхности, Вт/(мІ·К):

б_т=24,75

б_в=25,25

Коэффициент привидения

,

где k - коэффициент

Средние приведенные коэффициенты теплоотдачи, Вт/(мІ·К):

2.2 Расчет температурного поля в рулоне

Распределение температур в рулоне и определение времени нагрева для обеспечения допустимого интервала температур будем проводить методом последовательных приближений.

Принимаем, что коэффициенты теплопроводности в осевом и радиальном направлениях равны.

Числа Био:

Относительное положение экстремальной точки м определяется по графику, /3/, в зависимости от отношений диаметров и чисел Био:

м =0,72

Коэффициент формы

Расчетные толщины рулона в направлении, м:

радиальном

;

осевом

.

Коэффициенты температуропроводности в направлении, мІ/ч:

радиальном

;

осевом

.

Числа Био и Фурье в направлении:

где ф - время нагрева, ч;

в радиальном

Распределение температур в рулоне

Относительная температура



Расчет распределения температур в рулоне представлен в таблице 1.

Таблица 1 - Распределение температур в рулоне

ф, ч	For	Bir	ипов.r	иextr.r	Foz	Biz	иextr.z	ипов	иextr.	tпов, єC	textrєC	Дt, єC
2	0,056	11,20	0,500	0,980	0,084	0,34	0,990	0,495	0,970	398	80	348
10	0,280	11,20	0,281	0,720	0,420	0,34	0,900	0,253	0,648	561	296	265
20	0,560	11,20	0,057	0,387	0,840	0,34	0,817	0,046	0,316	699	518	181
30	0,840	11,20	0,030	0,227	1,260	0,34	0,707	0,021	0,161	716	622	94
35	0,980	11,20	0,023	0,176	1,470	0,34	0,667	0,015	0,117	720	651	69
40	1,120	11,20	0,017	0,138	1,680	0,34	0,612	0,010	0,084	724	673	51
45	1,260	11,20	0,013	0,092	1,890	0,34	0,580	0,008	0,053	725	694	31

2.3 Определение числа печей (стендов) в отделении

Производительность отделения

т/ч

Масса садки

т

Время нагрева и выдержки - 45 ч.

Принимаем время охлаждения 70 ч.

Технологический цикл ф=45+70+5=120 ч.

Производительность стенда

т/ч

Число стендов в отделении определяется

Число нагревательных колпаков

2.4 Тепловой баланс

Приход тепла

Химическое тепло топлива

,

где V_т - расход топлива, мі/ч.

кВт

Расход тепла

Нагрев металла

Тепло, необходимое для нагрева металла рассчитаем в начале и в конце цикла. С помощью этих данных можно определить тепловую мощность печи (при максимальном расходе газа в начале нагрева) и удельный расход топлива (по данным конца периода нагрева).

t_нач=60 єC

Теплоемкости металла в начальный и последующий моменты нагрева, /3/

с₀=0,485 кДж/(кг·К); с₂=0,486 кДж/(кг·К); с₄₅=0,620 кДж/(кг·К)

Начало нагрева (2 ч)

єC

Т_ух=600 єC - температура уходящих газов

кВт

Конец нагрева (45 ч)

єC

T_ух=t_муф+120+50=730+120+50=900 єC

кВт

Потери тепла через кладку

Потери тепла через кладку определяем по формуле

,

где q_кл - тепловой поток кладки, q_кл=0,5кВт/мІ (определяем по графикам /3/);

F_кл - площадь поверхности кладки.

кВт

Тепло уходящих газов

,

где i_ух - энтальпия дымовых газов

i₆₀₀=3,5 МДж/мі,

i₉₀₀=4,5 МДж/мі

Неучтенные потери

Неучтенные потери принимаем 10%

кВт

кВт

Тепловой баланс

Начало нагрева

3,26V_т=78,92+15,77+0,97V_т+9,45

V_т=45,5 мі/ч

Тепловая мощность печи 45,5*3,26=148,25 кВт

Конец нагрева

3,26V_т=56,46+15,77+1,25V_т+7,22

V_т=39,5 мі/ч

Удельный расход топлива

 кДж/кг

Список использованной литературы

1. Королев А.А. Механическое оборудование прокатных и трубных цехов. - М.: Металлургия, 1987;

2. Кривандин В.А., Марков Б.Л. Металлургические печи. - М.: Металлургия, 1977;

3. Тымчак В.М., Гусовский В.Л. Расчет нагревательных и термических печей. - М.: Металлургия, 1983.

Размещено на Allbest.ru