Расчет камерной печи

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Выбор основного оборудования

2. Материалы для изготовления печей

3. Расчет камерной электропечи сопротивления

3.1 Тепловой расчет печи

3.2 Мощность печи

3.3 Электрический расчет печи

Введение

Термическая обработка является неотъемлемой составной части общезаводского процесса изготовления изделий. При изготовлении сложных изделий термическую обработку применяют неоднократно, сочетая ее с процессами сложных производств и чаще всего с формообразованием в виде комплексных технологических комбинированных процессов.

Как показывает практика, термическое производство оказалось очень восприимчивым к появлению новых источников энергии, новых средств и новых материалов. Характерными направлениями в развитие современных технологических процессов термической обработки являются:

- использование для термической обработки остаточного тепла предшествующих обработок и переделов;

- наследование при термической обработке упрочнения от предшествующих обработок;

- применение обработок, сокращающих длительность процессов;

- применение дополнительных обработок, повышающих их коррозионную и эксплуатационную стойкость;

- широкое использование автоматизированного проектирования индивидуальных технологических процессов и систем управления техпроцессами на базе микропроцессоров;

- применение нейтральных и контролируемых атмосфер, вакуума.

1. Выбор основного оборудования

Камерные электропечи сопротивления предназначены для термической обработки изделий большой номенклатуры в условиях индивидуального и мелкосерийного производства.

В электропечах может осуществляться нагрев под закалку, нормализацию, отжиг и т. д. Применение защитной атмосферы в электропечах типа СНЗ позволяет получать изделия без окалины, что снижает объем механической работы.

Электропечи предназначены для нагрева под закалку высоколегированных сталей и инструмента, а также для отжига, нормализации и отпуска в окислительной среде.

Электропечи состоят из следующих частей: сварного кожуха, футеровки, нагревателей, механизма открывания дверцы. Сварной кожух электропечи зафутерован теплоизоляционным и огнеупорным кирпичом, образующим рабочую камеру. В электропечах установлены нагреватели типа КЭНА25/400/400 -12 штук.

Загрузочный проем электропечи закрыт футерованной дверцей, которая подвешена к кожуху электропечи на рычагах. Открывание и закрывание дверцы производится вручную.

Система управления нагревом обеспечивает: измерение, запись и автоматическое позиционное регулирование температуры рабочего пространства электропечи с возможностью перехода на ручной режим управления нагревателями.

Силовая температура управления нагревателями размещена в шкафу управления. Прибор теплового контроля нагревателями размещена в шкафу управления нагревателями, а также аппаратура сигнализации установлены на дверях шкафа управления.

Область применения: мелкосерийное и серийное производство. Электрические печи типа СНО, с металлическими нагревателями. Эти печи компактны, имеют большую производительность, небольшой расход электроэнергии и больший срок службы металлических нагревателей вследствие применения высококачественных огнеупорных и теплоизоляционных материалов, равномерное распределение тепла по длине рабочего пространства.

Для всех электрических печей нагреватели выполнены в виде зигзагов. Для электрических печей СНО на 1000 ^оС нагревательные элементы выполнены в виде ленточного зигзага, марка сплава Х20Н80 и расположены на боковых стенках, на своде и на поду рабочей камеры. На боковых стенках и на дверце нагреватели подвешиваются на штырях, на своде на крючках. Подовые нагреватели свободно укладываются в пазах между опорными столбиками. Питание нагревательных элементов электроэнергией осуществляется от трехфазной сети через понижающий трансформатор.

2. Материалы для изготовления печей

Многообразие конструкций нагревательных и термических печей требует дифференцированного подхода при выборе огнеупорных изделий для футеровки этих печей.

Условия службы огнеупоров в кладке нагревательных печей определяются главным образом уровнем температур. Наибольшая температура в томильной зоне нагревательных печей достигает 1280-1350 С, а в сварочных зонах 1350-1450 С. Газовая среда рабочего пространства нагревательных печей обычно бывает окислительной либо слабо окислительной.

Наиболее интенсивному износу подвергаются подины нагревательных печей вследствие механического воздействия изделий из металла, действия переменных температур, достигающих 1400 С, и шлаковой коррозии.

Основной причиной износа подин нагревательных печей является коррозионное воздействие оксидов железа, образующихся при окислении заготовок. Скорость окисления железа в температурном промежутке 800-1250 С возрастает примерно в 10 раз. При более высоких температурах окисление железа происходит весьма интенсивно, причем образующаяся окалина размягчается и стекает на под печи.

Степень взаимодействия окалины с подом зависит от свойств огнеупорного материала, применяемого для кладки пода.

Шамотные огнеупорные изделия начинают взаимодействовать с оксидами железа в восстановительной среде при 1100 С, а весьма интенсивное взаимодействие между ними в окислительной среде происходит при 1300 С и выше. Огнеупорные изделия других типов в этих условиях проявляют большую стойкость, поэтому в настоящее время для футеровки верхнего слоя подин нагревательных печей обычно применяют хромопериклазовые огнеупорные изделия, продолжительность службы которых составляет один год и колеблется от нескольких месяцев до двух-трех лет. Весьма устойчивы к воздействию окалины и окисляющегося металла в нагревательных печах при 1400-1450 С карборундовые огнеупоры, что, помимо малого химического сродства между ними и окалиной, объясняется также плохой смачиваемостью их поверхности расплавленной окалиной.

При кладке подин нагревательных печей возможны различные варианты применения огнеупорных изделий.

Например, нижний слой подины, служащий для тепловой изоляции, выкладывают из шамотного легковесного или из динатомитного кирпича; средний слой, а в методической зоне и верхний, выкладывают из шамотного кирпича общего назначения классов В и Б; верхний слой подины в сварочной и томильной зонах можно выкладывать из хромопереклазового кирпича или из других, устойчивых в данных условиях, огнеупорных изделий.

Подины нагревательных печей можно изготавливать из огнеупорного бетона на портландцементе с тонко молотым хромитом и форстеритовым заполнителем.

Бетонные огнеупорные блоки с подсыпкой магнезитовым или хромитовым порошком можно применять для кладки томильной зоны нагревательных печей, температура в которой составляет 1300 С. В этих условиях бетонные блоки по стойкости не уступают хромопереклазовому кирпичу.

Использование огнеупорного бетона высоким содержанием Al2O3 для футеровки верхнего рабочего слоя позволяет отказаться от металлической облицовки балок, выполняемой из дорогостоящего жароупорного стального литья. При этом также улучшается качество и экономичность нагрева, так как металлическая облицовка способствует интенсивному отводу тепла в щели между балками, в результате чего увеличивается неравномерность нагрева заготовок и расход топлива.

Однако полностью всем указанным условиям одновременно не удовлетворяет ни один огнеупорный материал. Поэтому правильный выбор материала для постройки печи во многом определяет успех ее работы, время между ремонтами, сохранение формы и пр.

Самым распространенным огнеупорным материалом для кладки печей является шамотный кирпич, приготовляемый из огнеупорной глины. В состав огнеупорной глины в основном входят глинозем Al₂O₃ и кремнезем SiO₂. Содержание глинозема в огнеупорных глинах колеблется в широких пределах; для огнеупоров применяются глины с содержанием глинозема до 45%.

Теплоизоляционные материалы должны обладать низкой теплопроводностью, достаточной теплоустойчивостью, небольшим объемным весом и невысокой стоимостью.

Диатомит - это природный материал, представляющий собой остатки панцирных микроорганизмов. В естественном виде применяют в виде засыпок и обмазок. Служит исходным материалом для производства диатомитового кирпича.

Асбест - природный минерал волокнистого строения, применяемый в виде листового картона, шнура и засыпки.

термический печь камерный нагревательный

3. Расчет камерной электропечи сопротивления

Рассчитать камерную электропечь сопротивления для нагрева заготовок диаметром 0,14 и высотой 0,182 м. Конечная температура нагрева металла t^кон = 840°C. Начальная температура металла t^нач = 20°C. Масса садки G = 39,6 кг (10 шт* 3,9 кг).

Производительность печи

Р = G/ф, кг/с;

Р = 39,6/3600 = 0,011 кг/с. Теплофизические параметры материала заготовок: средняя теплоемкость с_р = 0,686 кДж/кг*К, плотность с = 7800 кг/м³, коэффициент теплопроводности л = 27,4 Вт/м*К.

Печь питается от сети трехфазного тока напряжением 380 В.

3.1 Тепловой расчет печи

Размеры печи Принимая р = 0,166 кг/(м²*с) находим площадь пода, занятую металлом:

F^/ = Р/р = 0,011/0,166 = 0,066 м².

Длина поддона:

=F/B=0.066/0.7=0.094м

В-ширина поддона, принимаем 0,7м

Ширина печи:

В=В^/ +2(0,1/0,25)=0,7+2*0,1=0,9м

Длина печи:

L=м

Высота печи: Н=0,68м

Площадь тепловоспринимающей поверхности металла равна:

и теплоотдающей поверхности печи:

.

Степень черноты футеровки равна е_п = 0,8, а степень черноты стали в защитной атмосфере е_м = 0,45 по формуле находим:

Средний коэффициент теплоотдачи излучением:

,

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

Критерий Био равен:

;

Температурный критерий для поверхности заготовок:

Коэффициент температуропроводности, входящий в критерий Фурье, равен:

Продолжительность нагрева заготовок в печи:

Уточняем основные размеры печи. Для обеспечения заданной производительности в печи должно одновременно находиться следующее количество металла:

Число заготовок одновременно находящиеся в печи:

При плотной укладке на поддоны 10 заготовок занимают площадь:

Напряжение пода равно:

3.2 Мощность печи

Мощность печи вычисляем по формуле:

,

где К=1,2 - коэффициент запаса.

Расход тепла в печи равен:

,

где Q_пол - полезное тепло, затраченное на нагрев металла; Q_тепл - потери тепла теплопроводностью через кладку; Q_ткз - потери тепла на тепловые короткие замыкания.

Расход тепла на нагрев металла в печи равен:

Потери тепла

Коэффициенты теплопроводности материалов равны:

Принимая в первом приближении линейное распределение температуры по толщине футеровки, найдем температуру на границе раздела слоев:

.

Коэффициенты теплопроводности материалов слоев равны:

Стационарное тепловое состояние равно:

Температуры на границе раздела слоев футеровки:

Температура наружной поверхности футеровки равна:

Тогда,

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

Потери тепла теплопроводностью через кладку печи равны:

Потери на тепловые короткие замыкания

Общий расход тепла в печи:

Тогда мощность печи равна:

3.3 Электрический расчет печи

Нагревательные элементы

Принимая рабочую температуру нагревательных элементов равной:

Выбираем сплав Х15Н60

Удельное сопротивление сплава при рабочей температуре

Относительная мощность стен, несущих нагреватели, равна:

,

где

В проектируемой печи могут быть использованы проволочный спиральный или ленточный зигзагообразный нагреватель. Для каждого из выбранных типов можно принять схему соединения нагревателей «звезду» или «треугольник».

Ленточный зигзагообразный нагреватель.

W=0,51*27,5=14,025

м

м

Размещено на Allbest.ru