Нагревательные печи в кузнечных цехах (стр. 1 из 5)
Введение.
Нагревательные печи в кузнечных цехах используют для нагрева под пластическую деформацию и под термическую обработку. Нагревательные печи для нагрева заготовок, слитков или блюмсов из черных и цветных металлов под ковку, прессование, штамповку, высадку, гибка и печи для термической обработки деталей, улучшающей их свойства, работают при 150-1300 С. Требования, к нагревательным современным печам:
1)обеспечение необходимой температуры и заданного режима нагрева;
2)высокая тепловая экономичность с полным сжиганием топлива и максимальным к.п.д.;
3)простота конструкции и минимальные габаритные размеры, обеспечивающие нагрев большого ассортимента 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; В результате этого повышается качество нагреваемых изделий;
6)удобство обслуживания при эксплуатациях и ремонтах;
7)возможность применения защитной контролируемой атмосферы для получения без окислительного нагрева метала.
Всем этим требованиям в первую очередь удовлетворяют электрические и газовые печи, работающие на природном газе и получающие преимущественное применение в кузнечно-термических печах. При нагреве стали под пластическую деформацию температура печи должна быть не ниже 1250 С. В кузнечных печах эту температуру наиболее просто достигнуть при использовании высоко калорийного топлива с высокой теоретической температурой горения.
Для получения рабочей температуры 1200-1250 С теоретическая температура горения топлива должна быть для камерных и щелевых печей не ниже 1850 С, для методических толкательных – не ниже 1700С,Такие температуры можно получить и при сжигании низкокалорийного топлива, используя для горения подогретый воздух.
В печах с интенсивной циркуляцией газов изделия нагреваются равномерно. Более высокие требования по равномерности нагрева предъявляют к печам для нагрева изделий и заготовок из лёгких сплавов и к термическим печам. В этих случаях максимальная разность температур в различных точках изделия не должна превышать 10С. Перепад температур определяют термопарами, помещёнными в нескольких точках нагреваемого изделия. Чем совершеннее конструкция печи, тем меньше перепад.
1 Назначение и принцип работы печи
Назначение и область применения. Печи нагревательные камерные с выдвижным подом применяются для нагрева слитков или крупных заготовок под ковку с конечной температурой нагрева 1100 – 1300 С. Загрузка на под и съем заготовок с пода осуществляются с помощью средств цеховой механизации (обычно мостовыми кранами).
Производительность печей может изменяться в зависимости от марки стали, размеров заготовок или слитков, вида топлива и должна уточняться в каждом конкретном случае.
Состав установки печи. В комплект установки печи входят рельсовые пути как в печи, так и внешние, механизмы выкатки пода и подъема заслонок, а также приборы теплового контроля и автоматики.
Основные технические решения. Печи этого типа отапливаются природным газом или жидким нефтяным топливом (мазутом), сжигаемым с помощью типовых горелок или форсунок. Применение для печей с выдвижным подом газовых горелок среднего давления (инжекционных) не рекомендуется.
Для подогрева воздуха, идущего на горение, печи этого типа оборудуются рекуператорами (трубчатыми, игольчатыми или радиационными).
Продукты горения отводятся в боров и дымовую трубу или вверх под зонт и далее в систему цеховых дымопроводов.
Тепловой режим и режим давлений в печах поддерживаются автоматически.
Кладка печей выполняется из шамотного, шамотного легковесного, диатомового и глиняного (красного) кирпича и 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 используются типизированные электрические лебедки или гидравлические подъемники.
Расположение механизмов может быть как правым, так и левым.
В случае необходимости выкатки пода на трансбордер подина устанавливается на колесах и выкатки ее осуществляется с помощью механизма трансбордера.
Рисунок 1 Печь с выкатным подом
1- Путь роликовый;
2- Механизм выкатного пода;
3- Под выкатной;
4- Дверце;
5- Механизм подъема дверцы;
6- Каркас;
7- Футеровка;
8- Горелка;
9- Дымоход;
10- Рекуператор;
11- Дымоход.
2 Расчет горения топлива
2.1 Расчет количества воздуха
Печь отапливается природным газом месторождение “Елшанское” при n = 1,07
Состав газа
Таблица 1.1
| СН4 | С2Н6 | С2Н8 | С4Н10 | N2 | СО2 |
| 93,7 | 0,7 | 0,6 | 0,6 | 4,4 | - |
Химические реакции горения
СН4 + 2О2 = СО2 + 2Н2О
С2Н6 + 3,5О2 = 2СО2 + 3Н2О
С2Н8 + 4О2 = 2СО2 + 4Н2О
С4Н10 + 6,5О2 = 4СО2 + 5Н2О
N2тN2п.г.Расчет ведем на 100м3 газа.
2.2 Расчет количества и состава продуктов горения
Таблица1.2 Расчет горения топлива
| Топливо | Воздух,м3 | Продукты горения,м3 | ||||||||
| Составляющие | Содержание,% | Количество,м3 | О2 | N2 | Всего | СО2 | Н2О | О2 | N2 | Всего |
| СН4 | 93,7 | 93,7 | 187,4 | 196,15*3,76 = 737,52 | 196,15+737,52 = 933,67 | 93,7 | 187,4 | - | 737,52+4,4 = 741,92 | 98,7+194,9+741,92 = 1035,52 |
| С2Н6 | 0,7 | 0,7 | 2,45 | 1,4 | 2,1 | - | ||||
| С2Н8 | 0,6 | 0,6 | 2,4 | 1,2 | 2,4 | - | ||||
| С4Н10 | 0,6 | 0,6 | 3,9 | 2,4 | 3 | - | ||||
| N2 | 4,4 | 4,4 | - | - | - | - | ||||
| СО2 | - | - | - | - | - | - | ||||
| 100 | 100 | 196,15 | 737,52 | 933,67 | 98,7 | 194,9 | - | 741,92 | 1035,52 | |
| Коэффициент расхода воздуха,n | n = 1,0 состав,% | 21 | 79 | 100 | 9,53 | 18,82 | - | 71,65 | 100,00 | |
| n = 1,07 количества,% | 209,88 | 789,15 | 999,02 | 98,7 | 194,9 | 13,73 | 793,55 | 1100,88 | ||
| n = 1,07 состав,% | 21 | 79 | 100 | 8,97 | 17,70 | 1,22 | 72,11 | 100,00 | ||
2.3 Расчет температуры горения
Температура горения топлива – важный показатель при расчете горения топлива. Различают температуры калориметрическую, теоретическую и практическую.
Калориметрической температурой tк горения называют температуру, которую имели бы продукты горения при отсутствии потерь теплоты в окружающее пространство и на диссоциацию. В этом случае подразумевают, что вся теплота, выделяемая при сгорании, идет только на нагрев продуктов горения. Калориметрическая температура является расчетной величиной.
1. Определяют состав продуктов горения топлива, Qн и объем продуктов горения единицы топлива Vп.г.пр. при заданном коэффициенте расхода воздуха n.
2. Определяют действительное удельное количество теплоты 1 м3 продуктов горения (кДж/м3):
iп.г. = Qн/V,п.г.пр.
iп.г. – действительное удельное количество теплоты
Qн – теплота сгорания газообразного топлива
V,п.г.пр. – объем продуктов горения практический
V,п.г.пр. = 1100,88 : 100 = 11,0088 м3
Qн = 358*СН4 + 638*С2Н6 + 913*С2Н8 + 1187*С4Н10 = 358*93,7 + 638*0,7 + 913*0,6 + 1187*0,6 = 5051,2 кДж/м3
iп.г.пр. = 5051,2/ 11,0088 = 458,833 кДж/м3
3. По значению полученного удельного количества теплоты продуктов горения iп.г. приблизительно определяют соответствующую ему температуру продуктов горения t1.
4. По температуре t1 рассчитывают удельное количество теплоты 1 м3 продуктов горения данного состава (кДж/м3):
при 1900С
i1 = 0,01* t1( СО2*Ссо2 + Н2О*Сн2о + N2*СN2 + О2*Со2) i1 = 0,01*1900(8,97*2,42 + 17,70*1,93 + 72,11*1,48 + 1,22*1,57) = 3125,69 кДж / м3
при 2000С
i2 = 0,01* t2( СО2*Ссо2 + Н2О*Сн2о + N2*СN2 + О2*Со2) i2 = 0,01*2000( 8,97*2,43 + 17,70*1,94 + 72,11*1,49 + 1,22*1,58) = 3310,2 кДж/м3
5. По значениям температур t1и t2 и удельным количествам теплоты i1п.г. и i2п.г, соответствующим этим температурам, находят tк.