Нагрев и нагревательные устройства

4. Мощность печи

Мощность печи вычисляем по формуле:

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

,

где Qпол – полезное тепло, затраченное на нагрев металла;

Qтепл – потери тепла теплопроводностью через кладку;

Qт.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 1750С. При этой температуре α равен : ,

следует: .

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 tок=180С.

Уточним значение температуры на границе раздела слоев футеровки, используя формулу:

.

Температура наружной поверхности футеровки:

.

Cледует:

Поскольку величины плотностей теплового потока отличаются друг от друга на 100%*(598,9-533,3)/598,9=11%, дальнейшего уточнения проводить не будем.

С учетом принятой толщины стен, найдем площадь наружной поверхности футеровки: .

Потери тепла теплопроводностью через кладку печи равны:

.вижной под

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

Общий расход тепла в печи: .

Тогда мощность печи: .

5. 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, 30кВт;

Fст – площадь поверхности стены (свода, пода), на которой расположены нагреватели, м2:

Fст = 2*1,71*0,5+2*1,71*0,78+0,78*0,5=4,77 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 α = 0,49.

Тогда .

Поскольку питание печи производится трехфазным током с линейным напряжением Uс=380 В, то мощность, приходящаяся на одну фазу, составит: Nф=N/3=30/3=10 кВт.

Следует:Uф=Uс=380 В.

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

диаметр ;

длина .

6. Выбор материала элементов конструкции печи

В термических цехах при серийном производстве для нагрева деталей испоьзуют камерные электрические печи сопротивления с выдвижным подом.

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.

7. Разработка конструкции камерной электропечи

Камерная электропечь сопротивления с выдвижным подом необходима для нагрева стальных изделий до температуры 10000С в защитной среде под закалку или отжиг. Основные элементы конструкции следующие:

1-Рабочая камера;

2-Нагреватели;

3-Дверца;

4-Тележка;

5-Пульт управления тепловым режимом.

 

 

 

Электропечь состоит из двух частей: собственно камеры и выдвижной тележки(пода). Рабочая камера представляет собой металлический кожух, футерованный огнеупорной ватой МКРР-200. Свод выполнен подвесным. Нагреватели проволочные из железохромоалюминиевых сплавов, расположены на боковых, задней стенках и на дверце. На опроных стойках камеры установлены боковые направляющие для тележки.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

        В данной курсовой работе был произведен расчет камерной электропечи сопротивления с выдвижным подом.

Мною был осуществлен расчет следующих параметров печи:

1.  Рабочее пространство  и его размеры;

2.  Теплообмен в камерной электропечи;

3.  Тепловой расчет  печи;

4.  Мощность печи;

5.  Электрический расчет печи;

6.  Выбор материала элемента конструкции печи;

7.  Разработка конструкции  камерной электропечи.

В результате расчетов были получены следующие данные: длина рабочего пространства L=1,71 м, ширина: B=0,78 м, высота рабочего пространства:H=0,5 м. Мощность камерной электропечи равна:N=30кВт.

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

 

 

 

Список используемой литературы:

1. Мастрюков Б.С. «Теория, конструкции и расчеты металлургических печей»-М.: Машиностроение, 1990.-304с..

2. Зимин В.В., Сосенушкин Е.Н. «Нагрев  и нагревательные устройства  для обработки металлов давлением»: Лабораторный практикум.-М.: МГТУ «СТАНКИН», 1996.-69с. ил..

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

4. Ульянов В.А., Гущин В.Н., Чернышов Е.А. «Нагрев и нагревательные кстройства»: учебное пособие для студентов вузов. Издательство: АКАДЕМИЯ ИЦ, 2010г.-256с..

5. Колмогоров В.Л. «Механика  обработки металлов давлением»-М.: Металлургия ,2006.-689с..

6. Околович Г.А. «Нагрев и нагревательные устройства»: Учебное пособие.-Барнаул: Издательство АлтГТУ,2010.-172с..

7. Попов А.Г. «Тепловое ограждение нагревательных и тремических печей»: Учебное пособие.-Ульяновск:ГТУ,2006.-34с..

8. Колбасников Н.Г. «Физические  основы пластической деформации»,М.: Высшая школа,2003.-134с..