Расчет кольцевой печи с вращающимся подом

Национальный  научно-исследовательский университет

Московский  Институт Стали и  Сплавов 
 

КАФЕДРА ТЭМП 
 
 
 

Отчет по

Курсовому проектированию 

По дисциплине:

ОТТРиКП 
 
 

на  тему:

«Кольцевая печь с вращающимся подом для нагрева доскообразных заготовок для колесопрокатного стана» 
 
 
 
 
 
 

                                          Выполнила:

                                          студентка гр. ЭТ-05-1в

                                          Басистова Е.А.

                                          Проверил:

                                          проф,д.т.н. Ю.П.Филимонов.  
 
 
 
 
 
 

Москва 2009 

Оглавление 

1. Задание  1
2. Краткое описание кольцевой печи с вращающимся подом  2
3. Расчет печи  5
4. Отопление печи плоско-пламенными горелками  19
5. Мероприятия по экономии топлива  20
6. Расчет параметров рекуператора  21
7. Схема печи  27
8. Список используемой литературы  29

 

 

    Краткое описание

    кольцевой печи с вращающимся  подом 

    Первая  Кольцевая печь была разработана в 1925 советским изобретателем Н. Д. Булиным.

    Печи  с кольцевым подом являются проходными печами непрерывного действия с распределенными по длине и постоянными во времени температурным и тепловым режимами (при определенной производительности).

     Кольцевые печи применяют для нагрева заготовок, форма которых неудобна для транспортирования в проходных печах других типов: фигурных изделий и изделий небольшой длины с круглым или прямоугольным поперечным сечением. Иногда кольцевые печи применяют и для нагрева листа, если по местным условиям в цехе трудно расположить проходную печь другого типа. Кольцевые печи устанавливают главным образом для нагрева металла перед трубопрокатными станами, колесопрокатными станами и прессами для обработки цветных металлов. Температура нагрева металла в печах зависит от марки металла и составляет для рядовых марок стали обычно до 1150-1200°С при максимальной температуре печи около 1350°С. В печах этого типа возможен нагрев заготовок до температуры 1250-1300 °С. 

    Тепловой  режим кольцевых печей, как и у большинства проходных печей, может быть камерным. Крупные кольцевые печи трубо- и колесопрокатного производства работают по методическому режиму и имеют не отапливаемую подогревательную (методическую) зону, нагревательную (сварочную) зону и зону выравнивания температур (томильную).

    Продукты  сгорания движутся навстречу металлу. Число зон определяется заданным температурным режимом нагрева.

    

    Рис. 1. Распределение  температур печи и заготовки при

    двухзонном (штриховые линии) и трехзонном

    (сплошные  линии) режимах нагрева:

    1 - температура печи;

    2 и 3 - температуры соответственно поверхности и центра

      заготовки;   I — методическая зона;

    II- сварочная зона; III - томильная зона 

    На  рис. 1 показан характер изменения  температур печи, поверхности и середины заготовки при двух основных режимах методических печей: двухзонном и трехзонном.

    Назначение  методической зоны – медленный нагрев металла до ~700°С во избежание возникновения чрезмерных температурных напряжений. В методической зоне происходит утилизация тепла уходящих газов, и ее температура снижается к окну посада.

    В сварочной зоне происходит сжигание топлива и быстрый нагрев поверхности металла до температуры выдачи, равной ~1200°С. Температур, а печи в сварочной зоне постоянна по длине.

    Задачей нагрева является получение допустимого перепада температур по сечению заготовки при заданной конечной температуре поверхности. Для уменьшения величины перепада необходимо приближать температуру сварочной зоны к конечной температуре поверхности, а для увеличения интенсивности нагрева необходимо стремиться к увеличению температуры этой зоны. Это противоречие разрешается при трехзонном режиме, где появляется специальная томильная зона, в которой поддерживают постоянную температуру, более низкую, чем в сварочной зоне: на 30—50 °С выше необходимой температуры металла, и в которой происходит выравнивание температур металла по сечению без изменения температуры его поверхности.

    Разделение  печи на участки.

    Для обеспечения перехода с одного температурного режима на другой печь делят на ряд  участков, к каждому из которых возможен свой отдельный автоматически регулируемый подвод топлива и воздуха. Причем для поддержания определенных температурных условий на отдельных участках используют подвесные перегородки («занавески»). Между подом и перегородкой остается зазор, необходимый для свободного перемещения заготовок. Перегородки обычно устанавливают в следующих местах:

• между окном загрузки и выдачи для устранения охлаждающего влияния загрузочного окна;
• между зонами нагрева и выдержки для устранения влияния высокой температуры зоны нагрева на температурный режим зоны выдержки;
• между зонами нагрева и подогрева металла для уменьшения теплового излучения из высокотемпературной зоны нагрева.

 

    Отопление печи и отбор продуктов сгорания.

    Отопление печей осуществляется смешанным газом с теплотой сгорания, природным газом или мазутом. Горелки или форсунки устанавливают радиально на обеих стенах или только на наружной стене. Иногда горелки располагают тангенциально таким образом, чтобы факелы были направлены навстречу движению металла. Горелки (форсунки) устанавливают в печах малого диаметра только на наружной стене печи, а в печах большого диаметра – как на наружных, так и на внутренних стенах печи. Применяется также сводовое отопление печей с кольцевым подом. Продукты сгорания можно отбирать в одном или в нескольких местах. Расположение горелок и дымоотводящих каналов – важная характеристика печей с кольцевым подом. В зависимости от этого печь может работать по камерному или методическому режиму. Однако и при методическом режиме горелочные устройства на кольцевых печах устанавливают не на поперечных горелочных торцах, как на методических печах, а на боковых стенах или на своде. Это позволяет в довольно широких пределах изменять относительную длину зон и температурный режим печи в зависимости от условий работы. По этой причине кольцевые печи по сравнению с методическими являются более гибкими нагревательными агрегатами.

    При боковом расположении применяют  инжекционные (если печь не оборудована  рекуператорами) или пламенные горелки; при сводовом отоплении – плоскопламенные горелки; при мазутном – форсунки низкого давления.  

    Рекуператоры.

    Для более глубокой утилизации тепла печи оборудуют радиационными щелевыми рекуператорами, совмещенными с вертикальными дымоходами, иногда применяют трубчатые рекуператоры. На печах устанавливают керамические и металлические рекуператоры — для подогрева воздуха, металлические - для подогрева низкокалорийного газа.

    Изделия на поду укладывают в одно или несколько  концентрических колец. Расстояние между соседними изделиями в одном кольце определяют, исходя из того, чтобы его можно было захватить загрузочной или разгрузочной машиной.

    В зависимости от расположения оборудования в цехе кольцевая печь может иметь одно или два окна: окно загрузки и окно выдачи. Крупные печи всегда проектируют с двумя окнами. Размеры окон принимают в зависимости от размеров изделий и захватного устройства механизмов загрузки и выдачи. Между окнами загрузки и выдачи устанавливают обычно разделительную стену с проемом над подом такой высоты, чтобы через него могло пройти нагреваемое изделие. При ширине пода 3-3,5 м перегородку опирают на кирпичную арку, а при большей ширине — на водоохлаждаемые трубы. 
 

     Укладка заготовок в печи.

     В печах заготовки, лежащие неподвижно на вращающемся поду, вместе с подом проходят все необходимые зоны нагрева и выдаются через окно выдачи. Угол между осями загрузки и выдачи составляет обычно 28°.Таким образом, заготовка, пройдя 332° полного оборота пода, должна нагреться до необходимой температуры, т.е. время полного оборота пода равно времени нагрева заготовки. Под движется толчками, причем при каждом толчке он поворачивается на угол, соответствующий расстоянию между соседними заготовками (10-12°). Скорость вращения пода может изменяться в зависимости от размера нагреваемой заготовки. Под действием электрического или гидравлического привода кольцевой под печи вращается вокруг центральной оси, опираясь на опорные ролики. Во избежание подсоса холодного воздуха в рабочее пространство между стенами печи и вращающейся подиной выполняют специальные песочные (иногда водяные) затворы.

    В печах с кольцевым подом площадь  пода далеко не полностью занята металлом, поэтому кладка пода играет достаточно активную роль в теплообмене излучением и способствует более равномерному нагреву металла. Заготовки укладывают с зазорами, и свободные участки подины излучают и отражают тепловые лучи, которые частично попадают на нижнюю поверхность заготовок. 

    Размеры печей зависят как от их производительности, так и от вида и размера нагреваемых заготовок. Тепловая мощность современных крупных методических печей достигает 150 МВт, производительность 100 т/ч и выше, диаметр по осевой линии пода 25-30м, ширина 6м и более. Высоту печи выбирают исходя из оптимального удаления горелок от нагреваемого металла и свода печи. Боковые горелки во избежание оплавления металла должны располагаться над ним не ближе, чем на 450-500мм, и должны быть удалены от свода приблизительно на такое же расстояние. 

     Задача  управления процессом нагрева металла в кольцевых печах заключается в выборе и поддержании необходимого режима работы, обеспечивающего получение металла заданного качества с минимально возможным удельным расходом топлива в условиях переменной производительности агрегата.

 

      
 

Схема кольцевой печи: 
 

 
 
 
 

Схема кольцевой печи: 1 — кольцевой вращающийся под;

     2 — нагреваемое изделие;

     3 — окно загрузки;

     4 — окно выдачи;

     5 — опорный ролик;

     6 — привод вращения пода;

     7 — горелка;

     8 — дымопровод для отвода продуктов  сгорания из печи в боров;

     9 — разделительная перегородка.

 

      
 
 

Раскладка заготовок на

поду  кольцевой печи: 
 
 

    

 
 
 
 
 

     а —коротких заготовок, укладываемых на торец;

     б —длинных   заготовок, укладываемых на  бок 

 

     
 
 

    Список  используемой литературы 
 
 

1. Металлургическая  теплотехника, т.1/под ред.В.А.Кривандина, М.: Металлургия, 1986
2. Металлургическая теплотехника, т.2/под ред.В.А.Кривандина, М.: Металлургия, 1986
3. Мастрюков Б.С. Расчеты металлургических печей, М.: Металлургия, 1986
4. Расчет нагревательных и термических печей. Справочник. Под редакцией В.А.Тымчака и В.Л.Гусовского. М.: Металлургия, 1983