Нагрев и нагревательные устройства

Аннотация

Курсовая работа содержит 28 страниц пояснительной записки, 1 страницу спецификации, 1 рисунок.

Графическая часть на 1 листе формата А2 , на 1 листе А4.

КУЗНЕЧНАЯ ПЕЧЬ, КАМЕРНАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПЕЧЬ СОПРОТИВЛЕНИЯ С ВЫДВИЖНЫМ ПОДОМ, ЗАГОТОВКА,НАГРЕВ, ПРОВОЛОЧНЫЙ НАГРЕВАТЕЛЬ.

Разработан проект электрической печи для нагрева заготовок под пластическую деформацию.

Произведен полный расчет размеров печи и теплового режима нагрева заготовок.

 

Оглавление

Введение.....................................................................................5

Назначение и принцип работы печи:.....................................8

-индекс проектируемой печи.......................................................8

-условия эксплуатации................................................................9

-технические характеристики....................................................10

-состав установки печи..............................................................10

-основные технические  решения..............................................10

Исходные данные....................................................................13

Основные расчеты..................................................................14

-рабочее пространство  печи и его размеры............................14

-теплообмен в камерных  печах................................................14

-тепловой расчет печи...............................................................15

-мощность печи..........................................................................18

-электрический расчет  печи......................................................21

-выбор материала элементов  конструкции печи....................23

-разработка конструкции  камерной электропечи....................25

Заключение...............................................................................27

Список используемой литературы......................................28

 

 

 

 

 

 

 

Введение

В кузнечных цехах нагревательные печи используют для нагрева под пластическую деформацию и под термическую обработку. Термическая обработка является одним из наиболее действенных и распространенных способов получения необходимых свойств и параметров металлов и сплавов. Она используется  в качестве промежуточной операции для улучшения обработки давлением или резанием , а также как конечная операция для придания металлу или сплаву таких  свойств как-механических,физических,химических и т.д. , которые помогут обеспечить необходимые заданные эксплуатационные характеристики изделия. Кузнечные нагревательные печи для нагрева заготовок, слитков или блюмсов из черных и цветных металлов под ковку, прессование, штамповку, высадку, гибку и печи для термической обработки деталей, улучшающей их свойства, работают при 150о-1300о С. Требования, к современным печам:

1) обеспечение необходимой температуры и режима нагрева;

2) высокая тепловая экономичность с полным сжиганием топлива и максимальным коэффициентом полезного действия;

3) упрощенная конструкция и минимальные габаритные размеры, которые обеспечивают, нагрев изделий при различных режимах и с высокой производительностью;

4) механизация и автоматизация загрузки и выгрузки изделий, а также их продвижение в печи, что увеличивает её производительность, облегчает обслуживание и позволяет устанавливать в общем производственном потоке цеха или в поточных автоматических линиях;

5) автоматическое регулирование теплового режима, обеспечивающее более точное соблюдение заданного режима по сравнению с ручным регулированием;

6) удобство обслуживания при эксплуатации и ремонте;

7) применение защитной контролируемой атмосферы для получения без окислительного нагрева металла.

Данным требованиям в первую очередь удовлетворяют электрические и газовые печи, работающие на природном газе и получившие преимущественное применение в кузнечно-термических печах. При нагреве стали под пластическую деформацию температура печи должна быть не ниже 1250о С. В кузнечных печах эту температуру наиболее просто достигнуть при использовании высоко калорийного топлива с высокой теоретической температурой горения.

 Для получения рабочей температуры 1200о-1250оC теоретическая температура горения топлива должна быть для камерных печей не ниже 1850о С, для методических толкательных – не ниже 1700оС, такие температуры можно получить при сжигании низкокалорийного топлива, используя подогретый воздух.

В печах, где происходит интенсивная циркуляция газов, изделия нагреваются равномерно. Более высокие требования по равномерности нагрева предъявляют к печам для нагрева изделий и заготовок из лёгких сплавов. В этих случаях максимальная разность температур в различных точках изделия не должна превышать 100С. Перепад температур определяют термопарами, помещёнными в нескольких точках нагреваемого изделия. Чем совершеннее конструкция печи, тем меньше перепад.

 

 

Назначение и принцип работы печи

Нагревательные камерные электропечи сопротивления с выдвижным подом используются для нагрева слитков или крупных заготовок под ковку с конечной температурой нагрева 1100о – 1300о С. Загрузка на под и съем заготовок осуществляются обычно с помощью мостовых кранов.

Общие сведения:

            Электропечь сопротивления камерная  с выдвижным подом предназначена  для термообработки изделий в  воздушной атмосфере. При использовании  выдвижного пода облегчается  разгрузка-загрузка изделий, более  полно используется объем рабочего  пространства; возможно применение  грузоподъемных устройств для  загрузки тяжелых изделий;  
экономится остаточное тепло. Электропечи с выдвижным подом в 1,5-2,5 раза производительней и на 10-15% экономичнее обычных камерных электропечей равного объема.

Проектируемой печи присвоим следующий индекс:

СДО400/12-И1 УХЛ4: 

C- нагрев с сопротивлением; 

Д- камерная печь с выдвижным подом;

О- среда в рабочем пространстве окислительная(воздух);

400- объем рабочей камеры, л;

12- номинальная температура, сотни о С;

И1- порядковый номер исполнения;

УХЛ4- климатическое исполнение и категория размещения по ГОСТ 15150-69.

Условия эксплуатации:

   Высота над уровнем моря не более 1000 м.

   Температура окружающей среды от 5 до 35оС .

   Относительная влажность окружающего воздуха не более 80% при 25оС.

   Окружающая среда невзрывоопасная, не содержащая токопроводящей пыли, водяных паров и агрессивных газов в концентрациях, вредно действующих на комплектующее оборудование и материалы электропечи.

   При хранении и эксплуатации  электропечь не должна подвергаться  ударам, вибрациям или сотрясениям.

   Электропечь соответствует  по технике безопасности ГОСТ  Р50014.1-92.

   Контроль и регулирование  температуры осуществляются прецизионным  программным регулятором с цифровой  индикацией температур. Конкретный  тип регулятора выбирает заказчик.

   Гарантийный срок-1 год со  дня продажи. После истечения  гарантийного срока осуществляется  техническое обслуживание. По желанию заказчика в конструкцию электропечи могут быть занесены изменения. Производится продажа   отдельных элементов электропечей: нагревателей, регуляторов температуры и др..

Технические характеристики:

Технические характеристики
Объем рабочего пространства(V)	400л
Максимальная температура(tmax)	1300оС
Номинальная температура(tн)	1200оС
Установленная мощность(N) Количество фаз(число)	30кВт 3
Напряжение(U) Время разогрева незагруженной электропечи до номинальной температуры(T)	380В   140 мин.
Размеры рабочей камеры Габаритные размеры	1710x780x500 мм 2225x1250x975
Масса электропечи	1100 кг
Стабильность температуры в установившемся  тепловом режиме без  садки	Не хуже 2оС

 

 

   Состав установки печи: в установку печи входят рельсовые пути как в печи, так и внешние, механизмы выката пода и подъема заслонок, а также приборы теплового контроля и автоматики.

Основные технические решения: печи данного типа отапливаются природным газом или мазутом, который сжигается с помощью типовых горелок или форсунок.

Для нагрева воздуха, идущего на горение, печи этого типа оборудуются трубчатыми, игольчатыми или радиационными рекуператорами.

Продукты горения отводятся в боров и дымовую трубу, потом в систему цеховых дымопроводов.

Тепловой режим и режим давлений в печах поддерживаются автоматически.

Кладка печей состоит из огнеупорного кирпича (шамотного, шамотного легковесного, диатомового и глиняного или красного), которая заключается в сварной металлический каркас с обшивкой из листовой стали. Печи устанавливаются на специальный фундамент, общий для печи и для рельсовых путей выдвижного пода (внутри печи и вне ее).

В фундаменте предусматриваются приямки для размещения механизмов выкатки пода и для механизмов подъема заслонки.

Подины печей состоят из рамы, сваренной из проката, литой гарнитуры и футеровки из шамотного нормального и легковесного кирпича. Рама подины перемещается на цепях катков.

Механизмы выкатки пода применяются с рейками цевочного типа. В качестве механизмов подъема заслонок применяются типизированные электрические лебедки или гидравлические подъемники.

Данные печи получили широкое распространение для отжига, отпуска и закалки тяжелых деталей.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Исходные данные

Исходные данные для расчета следующие:

1.Вид термообработки-нагрев под  закалку;

2. Нагреваемые изделия: пуансоны  длинойL=365 мм, шириной B=144 мм, высотой H=106 мм;

3. Марка стали: У10А;

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

5. Количество заготовок: 6 шт;

6. Начальная температура металла  – t0 = 180C;

7. Конечная температура нагрева  поверхности заготовки – tп.к. = 7800С;

8. Производительность печи – Р = 0,014 кг/сек;

9. Средняя теплоемкость –  ;

10. Коэффициент теплопроводности  –  ;

Печь питается от сети трехфазного тока напряжением 380 В.

 

 

 

 

Основные расчеты

1.Рабочее пространство печи и его размеры:

Основными элементами(узлами) данной камерной печи сопротивления являются: кожух, футеровка, рабочее пространство, дверца с механизмом подъёма испуска.

Для данной печи 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 половине толщины заготовки.

Длина рабочего пространства печи: .

Ширина рабочего пространства печи: .

Высота рабочего пространства: .

2. Теплообмен в камерных электропечах:

Электрические печи широко распространены в промышленности. Значительную роль в работе печей играет теплопередача к поверхности нагреваемого металла(внешний теплообмен). Этот процесс получается из теплообмена излучением или конвекцией. Как излучение ,так 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.

3. Тепловой расчет печи

При двустороннем нагреве площадь тепловоспринимающей поверхности металла равна: м2

и теплоотдающей поверхности печи: м2.

Учитывая, что степень черноты футеровки равна εп=0,8, а степень черноты стали в защитной атмосфере εм=0,45, находим:

 

.

 

Средний коэффициент теплоотдачи излучением находим по формуле:

 

 

 

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

Критерий Био равен:

,поэтому нагреваемые  заготовки можно считать теплотехнически  тонкими телами.

Температурный критерий для поверхности заготовок:

.

Исходя из номограммы находим величину критерия Фурье Fо=10. Коэффициент температуропроводности, входящий в критерий Фурье, равен:

 

Продолжительность нагрева заготовок в печи определяем по формуле Старка:

Исходя из номограммы находим температурный критерий для центра нагреваемых заготовок: при Вi=0,28 и Fo= 10 θцентр=0,09 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=45 кг, найдем число заготовок, одновременно находящихся в печи ,но в данном случае мы принимаем число заготовок равным 6,потому что укладываются по 3 в 2 ряда,т.е. для симметрии.

При плотной укладке на под 6 заготовок занимают площадь

Напряжение пода равно: .

Заготовки на поду располагаем в 2 ряда ,в каждом из них по 3 заготовки.