Теплотехника металлургического производства

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

Высшего образования

«Сибирский государственный индустриальный университет»

Кафедра механики и машиностроение

Курсовая работа по дисциплине: «Механическое оборудование аглодоменного производства»

Выполнил: обучающийся группы ЗТМ-17:

Лямкин А.В.

Проверил: к.т.н., доцент:

Савельев А.Н.

Новокузнецк 2021

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Сибирский государственный индустриальный университет»

Кафедра Механики и машиностроения

УТВЕРЖДАЮ

Заведующий кафедрой А.В. Макаров

15.09.2020

Задание

на курсовой проект по дисциплине «Механическое оборудование аглодоменного производства »

Обучающегося Лямкина А.В. группа ЗТМ-17

Тема курсового проекта: «Печь с шагающим подом сортопрокатного цеха»

Срок сдачи законченной работы: 25.12.20

Цель работы: Проектирование механизма передвижения заготовок.

Задачи работы

Глава 1

1.Конструкционные особенности сортопрокатного цеха

2.Устройство и принцип действия печи с шагающим подом

3.Обзор и анализ существующих аналогичных машин

4.Выбор прототипа и его совершенствование и описание конструктивных особенностей машины.

Глава 2

1.Определение мощности привода.

2.Силовой расчет.

Руководитель работы: _______________ /Савельев А.Н./

Задание к исполнению принял ________________ 10.09.2020

Содержание

Задание

Введение

1. Конструктивные особенности сортопрокатного цеха

1.1 Конструктивные особенности сортопрокатного цеха

1.2. Устройство и принцип действия печи с шагающим подом

1.3. Обзор существующих аналогичных машин

1.4. Выбор прототипа и его совершенствования

2. Расчет привода

Заключение

Список литературы

Приложение

Введение

Нагревательная печь является теплотехническим агрегатом, предназначенным для осуществления определенного технологического процесса. Основная теплотехническая задача таких печей - передать тепло нагреваемому металлу или отнять тепло у нагретого металла в соответствии с технологией его нагрева или термической обработки. Таким образом, определяющим процессом для печного агрегата является теплопередача к металлу, подвергаемому тепловой обработке, и именно расчет этой теплопередачи есть основа расчета нагревательной печи.

Теплопередача к металлу в печах происходит излучением и конвекцией, в распространении тепла внутри металла - теплопроводностью.

Разнообразие промышленных печей, используемых в прокатном производстве, вызывает необходимость подразделения их на основные группы. В основу классификации положен процесс или признак, наиболее существенно определяющий работу и конструкцию печи.

Работа печей характеризуется тепловой мощностью, тепловой нагрузкой, температурным и тепловым режимами.

Нагрев листового и профильного металла под штамповку, вытяжку или гибку удобно производить в механизированных печах с роликовым подом, с шагающими балками.

Тепловая мощность выражается в кВт, это наибольшее количество теплоты, которое можно подать в печь. Тепловая нагрузка - это количество теплоты, которое фактически подается в печь. Температурный режим - это изменение температуры печи во времени. Тепловой режим - это изменение тепловой нагрузки во времени.

1. Конструктивные особенности сортопрокатного цеха

1.1 Конструктивные особенности сортопрокатного цеха

Прокатное производство - это третий передел металлургического производства, где слитки или литую заготовку перерабатывают в готовые изделия, прокат различных форм и размеров. Сущность процесса прокатки состоит в обработке металла давлением для придания ему требуемой формы и размеров, для чего слиток или заготовку пропускают нужное количество раз между вращающимися валками определенного профиля.

Прокатный цех? это производственная единица, предназначенная для выпуска определенного вида проката. Поэтому прокатные цехи обычно именуются по видам выпускаемой ими продукции: сортопрокатный, толстолистовой, трубопрокатный, цех холодной прокатки листов. Исключением является название «обжимной цех», которое соответствует его функциональному назначению ? обжатию слитков для превращения их в заготовки (полуфабрикаты) с целью последующего передела в готовый прокат. На производстве прокатным цехом также называется здание, в котором размещается оборудование прокатного стана или нескольких станов. Прокатный цех по своей структуре подразделяется на сортовой, листовой, трубный и специальный.

Сортопрокатные цехи состоят из нескольких отделений с продольным и поперечным расположением пролетов, сблокированных в одну группу: отделения нагревательных колодцев, отделения блюминга, отделения непрерывно-заготовочного стана, склада заготовок, отделения станов, склада готовой продукции. Внутренние дворы между отделениями сортовых станов предназначены для аэрации.

Отделение нагревательных колодцев состоит из главного здания и отдельно стоящего вспомогательного здания - коксика. С целью сокращения протяженности фронта нагревательных колодцев применяется также двухрядное их расположение. Несущие конструкции здания коксика решаются в унифицированных сборных железобетонных элементах. Ограждающие конструкции стен и покрытия выполняются из сборных железобетонных неутепленных плит, а в отделении нагревательных колодцев поверх кровельных железобетонных плит укладывают термоизоляцию для защиты покрытия от подогрева снизу и обеспечения его сохранности.

Отсутствие агрессивной среды и наличие больших тепловыделений позволяют применять для кровли настилы из стали. Они выполняются из плоских стальных листов толщиной 3- 4 мм.

Отделение блюминга или слябинга состоит из станового пролета, машинного зала. В становом пролете устанавливаются мостовые краны грузоподъемностью до 125/25 яг, располагаемые иногда в 2 яруса, что определяет решение несущих конструкций здания в металле. Расход стали примерно 145--175 кг/ж² площади здания. Для других пролетов возможно применение железобетонных конструкций

Склад заготовок (полуфабриката) в сортопрокатном цехе состоит из ряда поперечных пролетов. Ширина, длина пролетов и их количество определяются технологическим процессом. Склад оборудован мощными кранами с подхватами. Применение сборного железобетона для несущих и частично для ограждающих конструкций исключается. Нижние участки стен, подвергающиеся воздействию лучистой теплоты большой интенсивности, следует выполнять в кирпиче. Аэрация обеспечивается за счет поворотных щитов в стенах.

Отделения станов (сортовых и листовых) проектируются из ряда параллельных пролетов. Каждый стан размещается в 3 пролетах. Габариты пролетов и грузоподъемность кранового оборудования допускают применение сборного железобетона, за исключением подкрановых балок.

Для складов готовой продукции применяют сборный железобетон для несущих и ограждающих конструкций, за исключением подкрановых балок.

В состав сортопрокатного цеха ЕВРАЗ ЗСМК входят 6 станов горячей прокатки:

1. Заготовочный стан 1250;

2. Мелкосортный стан 250-1;

3. Мелкосортный стан 250-2;

4. Проволочный стан 250-1;

5. Среднесортный стан 450;

6. Шаропрокатные станы 1 и 2.

Рисунок 1 - План расположения оборудования прокатных станов

1.2 Устройство и принцип действия печи с шагающим подом

Заготовки подаются внешним рольгангом к торцу посада и заталкиваются на подину с помощью торцевого толкателя. Далее заготовки проходят по печи с помощью специального механизма шагания, расположенного под подиной. Вся подина равномерно разделена на чётное количество подвижных и нечётное количество неподвижных балок. Подсосы холодного воздуха в печь через щели между подвижными и неподвижными балками исключены за счёт использования водяных затворов. В конце печи каждая нагретая заготовка при очередном цикле шагания попадает на наклонную плоскость и через торец выдачи выскакивает на рольганг прокатного стана. Главное то, что в печи с такой конфигурацией легко можно осуществить многозонный режим нагрева. Недостаток сводового отопления в том, что половина длины печи со стороны посада находится под разрежением, а это вызывает подсосы воздуха через смотровые окна. Кроме этого, недостаточно отрегулированные плоскопламенные горелки могут вызвать местный перегрев металла. Продукты горения образуются в зоне факела, прилегающего к своду, опускаются до металла и далее проходят вдоль печи. Дым удаляется из печи через свод в районе торца посада и направляется в рекуператор для подогрева воздуха горения. Удаление шлака производится вручную через смотровые окна в сварочной и томильной зонах. В процессе шагания отдельные заготовки могут кантоваться и тем самым разбивать подину. Заправка подины также производится через смотровые окна вручную. Удельный расход условного топлива в печи с шагающим подом 60-70 кг/т металла.

Тепловой режим и отопление печей. Тепловой и температурный режимы проходных нагревательных печей неизменны во времени. Однако температура по длине печи может быть неизменна, но может и значительно меняться. Чем выше температура в печи, в которую попадает холодный металл, тем быстрее растёт температура поверхности металла. Если нагревается тело, массивное в тепловом отношении, то резкое повышение температуры поверхности может вызвать возникновение чрезмерного температурного перепада. Поэтому массивный металл нагревают сравнительно медленно, постепенно, до тех пор, пока он не приобретёт необходимых пластических свойств, то есть до пятисот градусов. Этим и вызвано использование методического температурного режима работы печей. Для нагрева металла, который по своим размерам и свойствам ближе к тонкому телу, чем к массивному (например, слябы), созданы печи, работающие по режиму, занимающему промежуточное положение между камерным и методическим. Чтобы обеспечить общий подъём температурного уровня, в печи выполняют две сварочные зоны, в каждой из которых происходит сжигание топлива.

При нагреве металла тонкого в тепловом отношении используют камерный режим, при котором поддерживается практически одинаковая температура по всему рабочему пространству. Обеспечение того или иного температурного режима работы печей достигается выбором метода отопления и соответствующего расположения горелочных устройств и дымоотводящих каналов. Для обеспечения камерного режима необходимо горелки и дымоотборные каналы равномерно распределить по длине рабочего пространства.

Существует торцевое и сводовое отопление печей. При торцевом отоплении характер изменения температуры по длине печи определяет число и назначение её зон. Металл поступает в зону наиболее низких температур и, продвигаясь на встречу дымовым газам, температура которых всё повышается, постепенно нагревается. Методические печи по числу зон нагрева металла могут быть двух-, трёх- и многозонными с односторонним и двусторонним нагревом металла. Рассмотрим назначение зон на примере трёхзонной печи.

Методическая зона - первая по ходу металла, с изменяющейся по длине температурой. В этой зоне металл постепенно подогревается до поступления в зону высоких температур. Во избежание возникновения чрезмерных термических напряжений часто необходим медленный нагрев металла в интервале температур от нуля до пятисот градусов. Вместе с тем методическая зона представляет собой противоточный теплообменник. Находящиеся в состоянии теплообмена дымовые газы и металл двигаются навстречу друг другу. Металл нагревается дымовыми газами, то есть утилизирует тепло дымовых газов, отходящих из зоны высоких температур. Общее падение температуры дымовых газов в методической зоне весьма значительно. Обычно в зоне высоких температур методических печей температура газов держится на уровне 1300 - 1400 ^оС , в конце же методической зоны она находится в пределах 850 - 1100 ^оС. Методическая зона значительно увеличивает коэффициент использования тепла, который достигает от сорока до сорока пяти проценто, тогда как в камерных печах он составляет от восемнадцати до двадцати процентов.

Зона высоких температур или сварочная - вторая по ходу металла. В этой зоне осуществляется быстрый нагрев поверхности заготовки до конечной температуры. Температура нагрева металла в методических печах обычно составляет 1150 - 1250 ^оС. Для интенсивного нагрева поверхности металла до этих температур в сварочной зоне необходимо обеспечивать температуру на 150 - 250 ^оС выше, т.е. температура газов в сварочной зоне должна быть 1300 - 1400 ^оС .

Томильная зона - третья по ходу металла. Она служит для выравнивания температур по сечению металла.

В сварочной зоне до высоких температур нагревается только поверхность металла. В результате создаётся большой перепад температур по сечению металла, недопустимый по технологическим требованиям. Температуру в томильной зоне поддерживают всего на тридцать градусов выше необходимой температуры нагрева металла. Подобный трёхступенчатый режим нагрева необходим в тех случаях, когда нагревают заготовки, в которых может возникнуть значительный перепад температур по толщине.

Нагревательные печи могут быть печами периодического и постоянного действия. В печах периодического действия металл загружается в остуженную печь и затем постепенно нагревается вместе с печью. Такой метод нагрева, когда температура печи меняется во времени, применяют при нагреве крупных слитков, которые надо греть медленно во избежание возникновения чрезмерного температурного перепада. Такие печи часто применяют в кузнечном производстве. В черной металлургии на периодическом режиме работают нагревательные колодцы, особенно при нагреве холодных слитков легированной стали. Подавляющее большинство нагревательных печей сталепрокатных цехов является печами постоянного действия, т. е. в них температура остается неизменной во времени. Вместе с тем температура в пределах рабочего пространства таких печей может изменяться в соответствии с необходимостью создания целесообразного режима нагрева. Наряду с тепловым и температурным режимом для работы печей большое значение имеет режим давления в печи. Идеальным был бы такой режим давления в печи, при котором холодный воздух не попадал бы в печь, а дымовые газы не выбивались бы из печи. Если холодный воздух попадает в печь, то это приводит к излишнему расходу тепла и увеличивает угар металла. Чрезмерное выбивание дымовых газов приводит к увеличению потерь тепла, пагубно влияет на арматуру печи и затрудняет ее обслуживание. Для обеспечения оптимального режима давления в нагревательных колодцах стремятся под крышей поддерживать небольшое избыточное давление. В проходных печах на уровне нагреваемых заготовок также стремятся поддерживать небольшое положительное давление, исключающее поднос воздуха в печь и большое выбивание дымовых газов. Однако обеспечить подобный режим давления практически не удается, так как по мере продвижения продуктов сгорания от горелок по рабочему пространству их скорость уменьшается и происходит переход динамического напора в статическое давление. Характер этого изменения и оказывает решающее влияние на распределение давления по печи в целом. Строительство печей с шагающим подом обходится на 15% дороже, чем пятизонных печей аналогичной производительности, однако печи с шагающим подом все шире применяют для нагрева металла перед сортовыми, толстолистовыми и другими станами.

В печах с шагающим подом применяют самое разнообразное расположение горелок: торцовое, боковое и сводовое. Наиболее часто пользуются комбинированным расположением горелок: торцовым и боковым или боковым и сводовым. При боковом отоплении ширина печи ограничивается 11-12 м. при большей ширине печи возможно возникновение неравномерности нагрева по длине заготовки (сляба). При сводовом отоплении заготовки греются достаточно равномерно, поэтому целесообразен такой метод отопления, когда нижний обогрев оборудован боковыми горелками, а в зонах верхнего обогрева использованы сводовые горелки. Продукты сгорания топлива отводят на стороне загрузки металла, и печи с шагающим подом работают обычно с переменной температурой по длине. В отличие от методических толкательных печей в печах с шагающим подом нагрев металла происходит во всех зонах, но интенсивность его в разных зонах может быть различной. Печи с шагающим подом выполняют как без нижнего обогрева, так и с нижним обогревом. При наличии нижнего обогрева конструкции шагающего пода делаются водоохлаждаемыми, в результате чего на нагреваемых заготовках образуются темные пятна. Чтобы исключить возникновение темных пятен, на трубы шагающих балок приваривают специальные стояки или подставки, промежутки между которыми заполняют теплоизоляцией. Кроме того, горизонтальные трубы шагающих балок, несущие металл, расположены не параллельно оси печи, и место контакта их со слябом при продвижении металла в печи постоянно меняется.

Конструкция печи с шагающим подом.

Корпус собирается в единый нагревательный блок из печных футерованных модулей, планшетов, перекрытий. Печные модули собираются на раме опоры печи, крепятся между собой и к опорной раме. Рама опоры печи состоит из массивных стальных металлоконструкций. Уровень свода печей выполнен на разных уровнях, включая наклонные участки. Часть свода дополнительно фиксируется с помощью массивных балочных перекрытий. В корпусе имеются уплотняемые проемы для уборки окалины и технического обслуживания.

Стационарные балки (под печи) собирается из бетонных плит, армированных металлом. Ниже идут слои из волокнистой теплоизоляции. Подвижный под печи состоит из нескольких рядов шагающих балок. Внизу у балок подвижного пода имеются специальные кожуха, направляющие окалину в каналы гидросмыва и ножи водяного затвора. Плоскость поверхности балок шагающего пода и элементы стационарного находится на одном уровне в паузах между шаганием.

Конструкция шагающих балок пода состоит из рамы вертикального перемещения и рамы горизонтального перемещения, промежуточных роликов, гидроприводов, и наклонных опор. Взаимное перемещение двух рам относительно неподвижного пода перемещает заготовки в процессе работы.

Устройства водяного затвора. Для предотрвращения свбодного сообщения печных газов и воздуха предусмотрены водяные уплотнения. Водяные уплотнения выполнены в виде продольных каналов (баков) с элементами лабиринтных уплотнений.

Механизм печной заслонки. По краям боковых стенок печи на уровне подающего и выводящего рольгангов расположены печные заслонки. Сторона подвода и отвода согласовывается с Заказчиком, исходя из планировки цеха. Печные заслонки перемещаются в вертикальной плоскости по специальным направляющим с помощью приводов.

Печной рольганг загрузки является промежуточным звеном между подающим рольгангом и балками печи. Печной рольганг представляет собой сварную раму, на которой размещены консольные ролики. Ролики выполнены водоохлаждаемыми. Рабочая часть роликов размещена в печном пространстве. Датчик длины заготовки определяет её длину и выдает сигнал приводам на выполнение перемещение и остановки заготовки в нужном месте.

Печной рольганг выгрузки, предназначен для снятия заготовок с печных балок и вывода заготовки из печи. Печной рольганг выгрузки состоит из сварной рамы, консольных роликов и специальных манипуляторов. Съем заготовок с балок производят манипуляторы, а рольганги выводят заготовку из печи.

Прилежащие рольганги. Подача заготовок в печь и отвод от печи производится, прилежащими рольгангами. Длинна и форма прилежащих рольгангов согласовывается с заказчиком под конкретную задачу.

Нагрев печи производится теплом, выделяемым при горении природного газа. В зависимости от длинны и ширины печи могут применяться различные горелки по типу и месту расположения. В печи применяются современные горелки с низким выбросом.

Рекуператор. По ходу дымового канала размещается теплоизолированная камера с трубчатым рекуператором. Воздух горения, до поступления на горелки, проходит через рекуператор, где подогревается отходящими дымовыми газами. На случай превышения температуры дымовых газов, имеется система защиты рекуператора. Продукты сгорания после рекуператора подразумевается направлять в дымовую трубу. Тяга дымовой трубы и другие параметры согласовываются.

Система водяного охлаждения предназначена для подачи воды под снижение температуры эксплуатации некоторых печных устройств. Подача воды на каждый источник потребления обеспечивается разнесенной системой подачи и отвода воды. Система водяного охлаждения включает: гидравлические рукава, клапана, краны, вентили, реле протока жидкости, ниппели для присоединения гидравлических рукавов.

Гидравлическая система печи включает насосную станцию, гидроцилиндры, дроссели, гидравлические магистрали, фильтры, маслянный бак, необходимую арматуру.

Рисунок 2 - Чертёж печей с шагающим подом

1.3. Обзор существующих аналогичных машин

Печи с роликовым подом (рольганговые) получили наибольшее распространение в сортопрокатном производстве, так как обладают рядом преимуществ.

1) Модульная конструкция, практически позволяющая оперативно проектировать печи любой длины.

2) Высокая удельная производительность за счёт близкого размещения нагревателей.

4) Высокая степень механизации транспортировки обрабатываемого металла.

5) Возможность автоматизировать весь процесс термообработки.

6) Минимальные теплопотери.

7) Простота в эксплуатации и ремонте.

Особенно эффективными рольганговые печи оказались в условиях прокатного производства, где необходима высокая производительность, а роликовый под является продолжением транспортной системы других механизмов, например прокатных валов.

Самой простой по компоновке является линия для нормализации проката. Линия состоит из рольганговой печи с прилегающими к ней загрузочным и выводным рольгангами.

При выборе рольганговой печи необходимо учитывать, что для устойчивого положения заготовка должна одновременно лежать минимум на трёх роликах. Привода и опоры роликов должны выходить за камеру нагрева печи и располагаться в холодной зоне. Привода должны укомплектовываться инкрементальными датчиками, контролирующими положение ролика. Ролики рольгангов нельзя останавливать более, чем на 3-5 мин при рабочей температуре, так как при этом может произойти необратимая деформация их бочек -- прогиб. Поэтому рольганги работают в одном из трёх режимов: 1) непрерывном (или на проход); 2) реверсивном (или покачивания); 3) периодическом с кратковременными остановками. Привод для роликов может быть один для всех, один на группу, или каждый ролик может иметь собственный привод. При этом все ролики должны работать согласованно. Для снижения потерь тепла загрузка и выгрузка изделий производится на транспортной скорости, которая значительно (в 5-100 раз) выше технологической. Двери на печи должны иметь три рабочих положения: закрыта, открыта для прохода заготовок, открыта для возможности обслуживания.

Проходная конструкция печи обеспечивают максимальную производительность при минимально возможной стоимости термообработки, что делает проходные печи незаменимыми в металлургическом и прокатном производстве. Рольганговые печи весьма универсальны по нагреваемым изделиям, температуре обработки, скоростям перемещения и возможности использования различных атмосфер в рабочем пространстве печи.

Конструкция роликов зависит от назначения и температуры рабочего пространства печи. В печах для термообработки тонкого листа применяют ролики с дисками рисунок 3. Диски, располагаемые в шахматном порядке, заходят друг за друга и препятствуют попаданию листа под ролики. Печи для толстого листа (рельсов, сорта) с рабочей температурой 800-1000°С оборудуют роликами с неводоохлаждаемой бочкой. Для температуры печи 1000-1200°С ролик выполняют с водоохлаждаемым несущим валком и укрепленной на нем жаропрочной бочкой. Пространство между бочкой и валом заполняют теплоизоляцией (шамотным или диатомитовым порошком).

Рисунок 3 - Конструкция роликов а - с дисками; б - с неводоохлаждаемой бочкой; в - с водоохлаждаемым валом

Роликовые печи в зависимости от их назначения делают различной ширины. Правильный выбор ширины роликовой печи очень важен, так как, чем шире печь, тем большую нагрузку испытывают ролики. В работающей печи нельзя останавливать вращения роликов во избежание их прогиба. Поэтому длина роликовых печей всегда больше суммарной длины листов, загружаемых в печь. В этом случае в процессе нагрева необходимо непрерывное вращение роликов, осуществляемое перемещением листов то немного вперед, то немного назад (режим «качания»).

Роликовые печи по сравнению с конвейерными и печами с шагающим подом обладают рядом преимуществ: 1) наилучшим соответствием поточному производству, так как роликовый под может служить продолжением цехового рольганга; 2) отсутствием подсоса холодного воздуха, увеличивающего окисление металла; 3) скоростью и равномерностью нагрева, которые выше, чем в печах других типов.

Кольцевая печь непрерывного действия имеет обжигательный канал в форме вытянутого кольца. Обжигаемые изделия в канале неподвижны, а зона обжига непрерывно перемешается относительно материала. Теплоноситель из зоны обжига переходит по обжигательному каналу в зону подогрева, где используется для нагревания сырца и испарения из него влаги. Топливо (твердое, жидкое или газообразное) подается через топливные трубочки, расположенные в своде печи на расстоянии около 1 м одна от другой.

Весь канал условно разделен на 12--36 камер, имеющих в стене рабочие окна для загрузки и выгрузки изделий. Теплота, отдаваемая обожженными изделиями при остывании, поступает в зону обжига. К недостаткам кольцевых печей можно отнести неравномерность обжига изделий по сечению канала, отсутствие полной механизации, большие затраты ручного труда, трудные условия работы.

В кольцевую печь сырец поступает с влажностью не более 5%. При работе 20-камерной печи продолжительность обжига кирпича по зонам: подготовки -- 15--17 часов, обжига -- 12--16 часов, закала --6--10 часов, остывания -- 12--20 часов. Перспективна реконструкция кольцевых печей с устройством съемного плоского перекрытия, выполненного из высокотемпературных легковесных материалов на основе каолинового волокна или из фосфатных изделий на металлическом каркасе и др. Транспортировка перекрытий, загрузка и выгрузка пакетов изделий выполняются передвижными кранами, установленными над печью.

Рисунок 4 - Кольцевая печь

Толкательные печи. Непрерывные толкательные печи были разработаны изначально для отопления небольших заготовок. Подбыл относительно коротким по длине и был наклонен вниз перпендикулярно к разгрузочному окну, чтобы была возможность свободно перемещать заготовки через печь. Толкатели использовались для продвижения загружаемой холодной заготовки.

Большие печи строятся сейчас. Некоторые из них имеют под около 24,5 до 32 метров (от 80 до 105 футов) в длину, с верхней и нижней зонами, и содержат зоны предварительного нагрева, зоны томления. Рекуператоры используются, для обеспечения отвода тепла. Пять печей по одной зоне,в начале, постепенно превратились в одну пятизонную печь

Заготовки нагретые в печи непрерывного действия могут выдаваться в конце нагрева, либо через боковую дверь. В любом случае, заготовки, перемещаемые через печь, проталкиваются каждой новой холодной заготовкой толкателем. Так как каждый холодный сляб помещается в печь в непрерывной линии, нагретый сляб удаляется. Раскаленный сляб выдается несколькими способами, например, через концевую дверь под действием силы тяжести на рольганг, или толкателем через боковую дверь на платформу с которой ручным или механическим путем поступает на следующий этап обработки - механическую прокатку.

Преимущества толкательных печей следующие:

· Малые эксплуатационные расходы, удобство в загрузке и разгрузке стали, меньше перепады температуры между каждой последующей частью заготовки;

· Удобство контроля скорости нагрева на все этапах. Постепенное повышение температуры, возможность загрузки всех марок стали без охлаждения печи;

· Могут быть настроены на нагрев заготовки любой длины, что приводит к повышению производительности завода.

Недостатки толкательных печей непрерывного действия:

1. Ограничение заготовок по сечению: заготовки должны быть квадратными для предотвращения взгорблевания;

2. Низкая гибкость в регулировании при нагреве металла из разных партий или заготовок различной толщины;

3. Охлаждение водой глисажных труб: возможны холодные полосы на горячей стали; ограниченная толщина изделия (от 300 до 350 мм, или от 12 до 14 дюймов), если используются салазки с водяным охлаждением;

4. Большие финансовые убытки при простое агрегата;

5. Сложность в продвижении заготовок различных форм через печь.

Рисунок 5 - Схема толкательной печи. 1 - камера цементации; 2 - камера подстуживания; 3 - камера выравнивания температуры; 4 - закалочный бак; 5 - гидравлический толкатель; 6 - гидравлический вытаскиватель поддонов.

Таблица 1 - Анализ существующих аналогичных машин

	Толкательная печь	Роликовая печь	Кольцевая печь	Печи с шагающими балками
Работа с различными видами заготовок	-	-	-	+
Удобство в загрузке и разгрузке	-	+	+	+
Нагрев до высоких температур	+	+	+	+
Низкая степень повреждения поверхностей печи	-	-	-	+
Резерв для расширения длины печи	-	-	-	+
Высокая производительность	-	+	-	-

1.4 Выбор прототипа и его совершенствования

Из анализа приведенного в таблице 1 можно сделать следующий вывод:

На сегодняшний день наиболее эффективной и производительной является печь с шагающим подом, так как: печи с шагающими балками позволяют достигать лучшего качества нагрева. Нижняя поверхность сляба не повреждается, что особенно важно для нагрева слябов, предназначенных для получения тонких полос. Охлаждение сляба от подводных труб, вызывающее разнотолщинность по длине прокатываемой полосы, незначительно. Также стоит отметить, что главное преимущество данной печи является быстрый нагрев заготовки.

На основании этих преимуществ печь с шагающим подом будет являться прототипом.

Но стоит также отметить, что несмотря на все свои преимущества данная печь имеет следующие недостатки:

· сложность в управлении;

· высокая стоимость;

· наличие подсосов воздуха через огнеупоров.

Для совершенствования печи необходимо внести следующие изменения:

1. замена футеровки подины, позволит снизить потери тепла и повысит надежность работы агрегата.

2. Применение волокнистой теплоизоляции на опорных трубах, позволит снизить расходы топлива.

3. Использование непараллельных продольных труб с целью уменьшения "темных" пятен от контакта заготовок с рейтерами и, соответственно, сокращение времени выдержки металла в томильной зоне;

4. Проведённая реконструкция за счёт установки новых low-NOx горелок позволит повысить экономичность печи и снизить уровень эмиссии окислов азота. Замена глиссажных труб и футеровки подины снизит потери тепла с охлаждающей водой и повысит надёжность работы агрегата.

2. Расчет привода

Рисунок 6 - Расчетная схема гидроцилиндра

где: a-высота заготовки;

b - ширина заготовки;

l - длина заготовки;

- плотность материала, =7800 кг/м³

Полученная масса заготовки численно равна силе толкающую заготовку.

Зная вес заготовки и давления в гидроцилиндре можно определить диаметр гидроцилиндра по формуле:

;

где p - давление в гидроцилиндре, 16 МПа;

S - площадь поршня.

Выражаем диаметр гидроцилиндра:

Определяем емкость печи по формуле:

Зная емкость печи и вес заготовки можно определить количество заготовок, которое может находиться в печи:

шт

Рисунок 7 - Схема гидропривода поступательного движения

Усилие на штоке гидроцилиндра: R==14кН;

Ход поршня гидроцилиндра: S==400мм;

Время рабочего хода гидроцилиндра: t_раб=6с;

Отношение времени холостого хода к рабочему: t_х/t_p=0,65

Длина напорного трубопровода: L_H=6м;

Длина сливного трубопровода: L_СЛ=7м;

Температура рабочей жидкости в системе: T_m=60°С;

Температура окружающей среды: T_o=17°С;

Масло индустриальное №-25;

Выбор рабочей жидкости. Масло индустриальное, ГОСТ 20799-88 И25, плотностью при 50°С с=980кг/м³ и кинематической вязкостью 0,24…0,27*10^-4 м²/с

Зная чему равна кинематическая при Т=50°С,найдем его значение при Т_м=60°С по формуле: сортопрокатный цех печь гидроцилиндр

где: кинематическая вязкость при Т=50°С

Рисунок 8 - Схема гидропривода поступательного движения

Выбор и расчет параметров силового гидроцилиндра. Решение задачи необходимо начинать с определения давления в полостях силового гидроцилиндра и выбора его диаметра. Обозначим полезные площади силового цилиндра и , а давления соответственно и :

и

где:

- диаметр поршня;

- диаметр штока;

Определим площади силового гидроцилиндра и , используя соотношения

, имеем

где:

и скорости поршня на рабочем и холостом ходах

Расход жидкости поступающей в силовой гидроцилиндр можно определить по формуле:

, тогда

;

следовательно:

Найдя диаметр поршня, можно определить диаметр штока по формуле:

;

;

Следовательно, выражение площади поршня в штоковой полости примет вид:

Подставляя выражения площадей и , сможем определить диаметр поршня по формуле:

Зная диаметры поршня и штока, считаем площади штоковой и поршневой полостей:

;

;

Из ряда стандартных значений диаметров для штока и поршня принимаем значения:

125мм=0,125м;

73мм=0,073м;

Расчет и выбор насоса. Конструктивной особенностью большинства гидравлических кранов является то, что их гидроприводы оснащаются пластинчатыми насосами постоянной производительности типа БГ11-25А.

Применительно к данной схеме при R=10…20кН, Рнас более 1,5МПа. Давление принимаем Рс.=1,5МПа (80кгс/см²).

Насос выбираем по давлению в системе Р_С и по требуемому расходу жидкости Q_треб.

Номинальное давление насоса должно удовлетворять требованию:

.

Расход насоса должен удовлетворять условию:

где z=2 - максимально возможное количество одновременно работающих гидроцилиндров,

з₀ = объемный КПД, учитывающий утечки жидкости через не плотности поршня (0,95…1), принимаем з₀ = 0,95;

V_ш = 0,0667м/с - скорость движения поршня;

По результатам расчета принимаем шестеренчатый насос БГ11-25А, имеющий характеристики:

Номинальная подача - 107л/мин=178*10^-4 м³/с;

Номинальное давление - 2,5МПа;

Частота вращения - 1800 обор/мин;

Объемный КПД- з₀ = 0,91;

Полный КПД- з = 0,76;

Выбор аппаратуры гидропривода. Гидроаппаратуру выбираем относительно давления в системе =2,5МПа и относительно требуемого расхода.

1) Предохранительный клапан типа Г52-16(насосной установки)

2)Золотниковый распределитель типа Г74-16

3)Дроссель типа ДО-32/20

4)Фильтр типа ФМ-2

5) Обратный клапан типа Г51-23

Расчет утечек гидроаппаратуры в напорной линии. Утечки жидкости в предохранительном клапане (насосной установки)

;

Утечки жидкости в золотниковом распределителе

Утечки жидкости в дросселе

Утечки жидкости в гидроцилиндре

Утечки жидкости в обратном клапане

Значения номинальных утечек гидроаппаратов принимаются из табличных значений, применительно к данной схеме гидравлического привода, имеем:

;

;

;

;

;

Тогда общий расход гидроцилиндра с учетом утечек в гидроаппаратуре можно рассчитать по формуле:

;

Расчет скорости течения масла в магистралях гидропривода. Рекомендуемая скорость течения масла в магистралях гидропривода:

а) для напорного трубопровода:

б) для сливного трубопровода:

Диаметр напорного трубопровода:

Диаметр сливного трубопровода:

Округлим эти значения до ближайших стандартных:

Определим действующие скорости движения рабочей жидкости в напорном и сливном трубопроводах:

Определение действительных перепадов давления на гидроаппаратуре.

Перепад давления на предохранительном клапане (насосной установки)

1)

Перепад давления на дросселе

2)

Перепад давления на золотниковом распределителе

3)

Перепад давления на фильтре

4)

Перепад давления на обратном клапане

5)

Определение действительных потерь давления в трубопроводах.

Потери в напорном () трубопроводе:

где: -длина напорного трубопровода;

-плотность масла И25;

-коэффициент режима движения(Re<2330)

Потери в сливном () трубопроводе:

где: -длина сливного трубопровода;

-плотность масла И25;

-коэффициент режима движения(Re<2330)

Расчет КПД при постоянной нагрузке

%

Расчет КПД при циклической работе. Общий КПД при циклической работе:

%

Расчет объема гидробака. Определим потери мощности в гидроприводе, переходящие в тепло, найдя разницу между затрачиваемой мощности и полезной

Количество тепла E_пр выделяемое в гидроприводе в единицу времени, эквивалентно теряемой в гидроприводе мощности ДN

E_пр=ДN, т.е. E_пр=2,157кВт

Перепад температур между рабочей жидкостью и окружающим воздухом

Площадь поверхности теплообмена, необходимая для поддержания перепада

где К_тр и К_в - коэффициенты теплопередачи труб и гидробака, Вт/(м^2.0С).

Примем К_тр=12 Вт/(м^2.0С) и К_б= Вт/(м^2.0С)

Площадь поверхности теплообмена складывается из поверхности труб S_тр, через которые происходит теплообмен с окружающей средой, и поверхности теплоотдачи бака S_б

Определим площадь поверхности труб

Найдя площадь поверхности гидробака, определим его объем V_б и округлим его до стандартного значения в большую сторону

Принимаем объем гидробака равным 1 литр. Однако, согласно рекомендациям по проектированию гидропривода, объем гидропривода должен быть в 3 раза больше объема масла, находящегося в гидропроводах и гидроаппаратах системы.

Определим объем рабочей жидкости, находящейся в гидросистеме. Объем масла в трубах

Объем масла в 2-х гидроцилиндрах

Объем масла в гидронасосе его рабочему объему

Объем масла в фильтре можно приближенно посчитать исходя из геометрических размеров выбранного фильтра. Стакан фильтра имеет цилиндрическую форму диаметром 110мм и высотой 205мм. Пластины занимают приблизительно 60% внутреннего объема фильтра.

Объемом масла, находящегося в гидрораспределителе, дросселях и обратном клапане можно пренебречь.

Таким образом, объем рабочей жидкости, находящейся в гидросистеме равен

Тогда объем бака равен

Округляем его до стандартного значения объема по ГОСТ 12448-80 примем объем бака V_б=250л

Заключение

В процессе выполнения данной курсовой работы по дисциплине “Механическое оборудование аглодоменного производства”, была достигнута поставленная цель, а именно:

1. Описание конструктивных особенностей сортопрокатного цеха АО “Евраз ЗСМК”;

2. Представлено устройство и принцип действия печей с шагающим подом и механизма передвижения заготовок под печи;

3. Осуществлен обзор существующих аналогичных машин и проведен анализ, по которому был выявлен прототип;

4. Даны рекомендации по совершенствованию выявленного прототипа;

5. Проведен расчет мощности привода, а также силовой расчет комплектующих изделий вновь сформированного оборудования.

Так же был произведен расчет гидравлического привода. Был создан прототип печи с шагающим подом.

В заключение можно сказать, что сформированный прототип по своим техническим характеристикам и эффективности выполняемой работы не имеет аналогов на сегодняшний день.

Список литературы

1. Самохвалов Г.В. Учебно-методическое пособие по проектированию металлургических печей. Учебное пособие. /Сиб. Металлург.ин-т. - Новокузнецк, 1991 г. - 109с., ил

2. Машины н агрегаты металлургических заводов. В 3-х томах. Т. 3. Машины и агрегаты для производства и отделки проката. Учебник для вузов/Целиков А. И.,Попухин П. И., Гребеник В М. и др. 2-е изд., перераб. и доп. -- М.: Металлургии. 1988. 680 с

3. Кривандин В.А., Белоусов В.В., Сборщиков Г.С. и др. "Теплотехника металлургического производства" Т.2. Конструкция и работа печей: Учебное пособие для вузов М:МИСИС; 2001г.-736 с.

4. Мастрюков Б.С. "Теория, конструкции и расчеты металлургических печей" Т 2 "Расчеты металлургических печей"М., Москва, "Металлургия",1978г., 272 с.

5. Винтовкин А.А., Ладыгичев М.Г., Гусовский В.Л., Усачев А.Б. Современные горелочные устройства (конструкции и технические характеристики): Справочное издание/ А.А. Винтовкин и др. - М.: Машиностроение-1, 2001. - 496 с.

6. Валицкая О.М. "Расчет и проектирование нагревательных устройств "курса" Нагрев и нагревательные устройства".-Гомель; 1993г.-43

Приложение

			Обозначение	Наименование		Примечание
				Документация
				Пояснительная записка		36хА4
А1			КР17.45.09.000 СБ	Чертеж сборочный
				Детали
		1		Подвижная балка	1
		2		Неподвижная балка	1
		3		Керамические бортики	1
		4		Гидроцилиндр	8
		5		Верхние горелки	4
		6		Рольганг	1
		7		Воздухопровод	1
		8		Газопровод	1
		9		Рольганг загрузки	1
		19		Рольганг выгрузки	1
Изм.	Лист	№ докум.	Подпись	Дата
Разраб.	Лямкин А.В.			Печь с шагающими балками	Лит.	Лист	Листов
Пров.	Савельев А.Н.					1	2
Н.конт.					СибГИУ гр. ЗТМ-17
Утв.

Размещено на Allbest.ru

...