Проектирование и эксплуатация высокотемпературных установок

Размещено на http://www.allbest.ru/

Типовой расчет

Проектирование и эксплуатация высокотемпературных установок (ВТУ)

Изучение и анализ конструкции ВТУ

МОСКВА 2015

1. Кольцевая печь для нагрева слитков

Назначение и характеристика кольцевой печи.

Кольцевая печь является автоматизированным агрегатом, обеспечивающим равномерный нагрев трубной или другой заготовки до заданной температуры.

Усовершенствование отдельных конструктивных узлов кольцевых печей, исходя из опыта их работы, продолжается и в наши дни.

Продолжается работа и над дальнейшим усовершенствованием автоматического регулирования подачи газов в кольцевую печь.

Применение печей с вращающимся подом, с несколькими зонами нагрева, автоматической регулировкой горения по зонам, автоматической загрузкой и механизированной выдачей заготовки значительно улучшает качество нагрева, уменьшает угар металла, освобождает большое количество обслуживающего персонала, облегчает условия работы и обслуживания печи.

Кольцевые печи обладают всеми данными для широкого использования при нагреве круглой заготовки, а также слитков на металлургических, трубопрокатных и машиностроительных предприятиях.

Кольцевая печь предназначена для нагрева трубных заготовок, диаметром перед прошивкой их в толстостенную гильзу на прошивном стане. Температура нагрева металла в кольцевой печи составляет 1110-12500С.

Преимущества кольцевой печи перед остальными методическими печами: а) заготовки лежат неподвижно на вращающемся поду, поэтому в них можно нагревать заготовки и круглого сечения; б) самый низкий угар металла (0,5-0,7 %); в) высокая равномерность нагрева по периметру заготовок круглого сечения; г) возможность перевода печи на камерный режим отопления.

Кольцевая печь представляет собой металлический каркас, футерованный изнутри огнеупорами и теплоизоляционными материалами.

Район кольцевой печи состоит из отдельных групп оборудования:

-установки кольцевой печи;

-установки для вращения подины кольцевой печи;

-загрузочного устройства холодных заготовок к окну кольцевой печи;

-установки загрузочной и разгрузочной машин с их эстакадами;

-приемного устройства из печи горячих заготовок;

-желоба с карманом для уборки горячих заготовок.

Рассмотрим конструкцию всех узлов и агрегатов данной ВТУ.

Рис. 1. Поперечное сечение камеры нагрева горизонтальных протяжных печей

2. Фундамент: тип конструкции, материал, глубина заложения, высота надземной части

Рис.2. Фундамент кольцевой печи состоит из ленточной конструкции.

Ленточный фундамент состоит из железобетона.

Глубина заложения фундамента составляет 3.35 м.

Надземных частей фундамент не имеет.

3. Каркас

Кольцевая печь представляет собой металлический каркас, футерованный изнутри огнеупорами и теплоизоляционными материалами. Стены рабочего пространства печи возводятся на металлических опорных кольцах, прикрепленных к стойкам каркаса печи. При удлинении стоек каркаса кольцевых печей до дна приямка, обеспечивается свободный проход под печь, и создаются условия для хорошей естественной вентиляции ее внутреннего кольца.

4. Ограждение

Обмуровка печи представляет совокупность огнеупорного слоя из шамота класса Б шамота класса В, теплоизоляционного слоя из гжельского кирпича и уплотняющего слоя в виде металлической обшивки в единой конструкции ограждения (Рис.3.).

Рис.3.

Огнеупор противостоит разрушающим воздействиям при высоких температурах, эффективная тепловая изоляция снижает тепловой поток через ограждение, уплотняющий слой его герметизирует. Кладка обмуровки выполнена либо всухую, что дороже и наиболее трудоемко, либо на мертельных растворах, что применяется наиболее часто. Стена не имеет перевязки между слоями. Т.к. ограждение имеет металлическую обшивку, то повышение температуры каркаса выше 400 С не желательно во избежание окисления и снижения прочности стали. Футеровка не имеет принудительного охлаждения. Так как стены не большой высоты, то разгрузочный пояс не выполняется. Толщина футеровки боковых стен 464 мм.

Свод печи выполняется подвесным, и состоит из отдельных секторов, набираемых из подвесных кирпичей с ребристыми гранями.

Подина печи представляет собой клепанную металлоконструкцию, лежащую на опорных роликах.

Дымовые борова оборудованы регулировочными шиберами, выполненными из жаростойкой стали.

5. Температурные швы

Температурные швы, предназначенные для поглощения теплового расширения ограждений внутри конструкции, в данной установке выполнены для стен.

Свод печи соприкасается с металлической обшивкой. Между изделиями подвесного свода также имеют место зазоры, обеспечивающие свободное расширение материала. Внутренние и наружные зазоры между кольцевым вращающимся подом и неподвижной частью печи перекрывают песочными затворами.

Зазоры между вращающимися подом и стенками печи приняты минимальными, но не создающими помех для беспрепятственного вращения подины печи. Так как при нагреве вращающейся подины может произойти увеличение ее диаметра, то зазор между подиной и внутренней стенкой печи выполняется соответственно меньшим, чем зазор между подиной и наружной стенкой печи.

6. Устройства загрузки, выгрузки и транспорта материала в РК

Загрузка и выгрузка нагреваемой заготовки производится через загрузочные и разгрузочные окна, расположенные в наружной кольцевой стене печи. кольцевой печь деталь теплоизоляционный

Шаржир-машина задает заготовку в окно загрузки, где она укладывается на вращающийся под с определенным расстоянием от предыдущей заготовки.

Загружаемые в печь заготовки размещают радиально на поду печи по одной (или 2). После загрузки очередной заготовки под поворачивают на некоторый угол, величина которого зависит от диаметра заготовки и производительности печи и останавливают, когда подлежащая выдаче нагретая заготовка занимает положение против окна выгрузки. Загрузка и выгрузка заготовок из печи производится одновременно.

Вращающийся под переносит неподвижно лежащую заготовку из зоны подогрева в зону высоких температур, а затем в зону выдержки. После выравнивания температуры по сечению заготовки при дальнейшем вращении подины, заготовка подается к окну выгрузки и через рольганг подается на прошивной стан.

Загрузка заготовок в печь и выдача их из печи выполняются через рядом расположенные окна загрузки и выгрузки специальными подвесными машинами, имеющими хоботы и оборудованными клещами для захвата заготовок.

Продольные перемещения тележки загрузочной машины при подаче заготовки рольганга на под печи и обратно осуществляется при помощи электропривода.

После загрузки очередной заготовки подина поворачивается на некоторый угол, величина которого зависит от диаметра заготовки и производительности печи, и останавливается, когда подлежащая выдаче нагретая заготовка занимает положение против окна выгрузки. Загрузка и выгрузка заготовок из печи проводится одновременно.

Окно выгрузки должно быть оборудовано управляемой заслонкой, которая открывается и закрывается автоматически, в зависимости от ритма выдачи заготовок, если выдача совершается не чаще одного раза в минуту. При более быстром темпе работы заслонка остается все время открытой.

У пульта управления машиной и приводами вращения пода устанавливается диск, вращающийся в раме с угловой скоростью пода и показывающий положение каждой партии заготовок на поду печи. Пуск и остановка приводов вращения пода производится дистанционно с пульта управления загрузочной или разгрузочной машины, или автоматически (синхронно с работой загрузочной и выгрузочной машины). Отдельные операции последних, также осуществляются либо автоматически, либо путем дистанционного управления с пульта управления.

7. Горелки

Расположение горелок является наиболее важной характеристикой печи. При широком кольцевом пространстве горелки устанавливаются с обеих сторон печи (как с наружной, так и с внутренней). Для автоматического контроля температуры в рабочее пространство печи на глубину 200 мм через кладку свода вводятся заделанные в фарфоровые трубки термопары. Контроль за тепловым режимом осуществляется по зонам, в зависимости от показания термопары или пирометра, устанавливаемых в каждой из зон. Регулирование температуры осуществляется при помощи регуляторов температуры, которые изменяют подачу топлива с помощью исполнительных механизмов. Это обстоятельство придает большую гибкость при настройке и регулировании режима нагрева, особенно при нагреве заготовок широкого сортамента и различных размеров.

Отбор продуктов сгорания производится через дымоотводы, расположенные у окна загрузки. Такая конструкция отбора дымовых газов позволяет вести методический или камерный нагрев.

Для уменьшения потерь тепла печь имеет 2 перегородки (у окон загрузки и выгрузки).

Одна перегородка устанавливается между окнами загрузки и выгрузки для устранения охлаждающего влияния атмосферы загрузочного участка печи на участок, где находятся нагретые заготовки, подлежащие выдаче, и для облегчения условий работы загрузочной машины.

Для предупреждения сильного выбивания пламени и, следовательно, потерь тепла через открытое окно выдачи, а также для предотвращения подстуживания подлежащих выдаче из печи заготовок, в зоне выдержки, перед окном, также установлена перегородка так, что под ней остается зазор, обеспечивающий свободное перемещение пода с лежащей на нем заготовкой максимального диаметра.

Печи с кольцевым подом отапливаются газом, причем их конструкция обеспечивает легко управляемое автоматическое позонное отопление. Благодаря этому возможно вести нагрев заготовок в кольцевой печи по любому заданному температурному режиму.

Горелки для отопления печи устанавливаются как в наружной, так и во внутренних стенках, ограничивающих кольцевое рабочее пространство, причем по длине нагревательной зоны устанавливаются более мощные горелки, чем в зоне выдержки.

Оптимальной высотой для установки горелок, во избежание оплавления торцов заготовки следует считать высоту 400-500 мм над поверхностью нагреваемой максимального диаметра заготовки в условиях работы данной печи. Применение позонного режима отопления кольцевых печей облегчает создание положительного давления на поду.

Тепловой режим работы кольцевых печей проектируется таким, чтобы при минимальной температуре печных газов и максимальной производительности печи можно было получить равномерный по сечению прогрев заготовок, т.е. такой подогрев, при котором разность температур между поверхностью и центром заготовки была бы невелика.

Позонная подача топлива для отопления печей с кольцевым вращающимся подом позволяет осуществить интенсивный нагрев металла по всей длине кольцевого пода, при некотором снижении рабочей температуры печи в конечной стадии нагрева.

Основное количество продуктов сгорания топлива, сжигаемого в нагревательной зоне печи, имеет направление навстречу нагреваемому металлу. При этом продукты сгорания отводятся через дымоотвод, расположенный у загрузочного окна.

8. Проемы и отверстия

В печах делаются специальные проемы и отверстия. Их назначение - наблюдение за процессом, а также они дают возможность брать отбор газа в различных точках печи и делать измерение температуры в рабочей камере.

9. Теплоиспользующие элементы

Основное количество продуктов сгорания топлива, сжигаемого в нагревательной зоне печи, имеет направление навстречу нагреваемому металлу. При этом продукты сгорания отводятся через дымоотвод, расположенный у загрузочного окна.

Для использования тепла отходящих газов и для обеспечения необходимых рабочих температур в печах, устанавливают рекуператоры, расположенные вне образуемого печью кольца.

Воздух поступающий на горелки 2, 3 и 4 зон регулирования нагреваются в петлевых рекуператорах. Продукты сгорания эвакуируются из рабочего пространства кольцевой печи по двум газоотводным каналам, проходят через рекуператоры, и через дымовую трубу попадают в атмосферу.

Рекуператоры оборудуются аппаратурой для замера и регистрации температур. Измеряется также давление по пути движения продуктов сгорания и нагреваемой средой.

10. Принудительно охлаждаемые части конструкции

Чтобы предупредить подсос холодного воздуха в рабочее пространство снизу, через кольцевые щели между подиной и стенами печи, устроены водяные затворы. Водяной затвор состоит из корыта, заполненного водой, и ножа, прикрепленного к отливкам, обрамляющего стены печи. Нож водяного затвора входит в желоб и тем самым отдаленный от воздействия высокой температуры. Ножи отливают из хромистого чугуна, а сам желоб изготавливают из обычной стали.

11. Арматура и гарнитура: перечень, назначение, особенности конструкции

К гарнитуре относятся устройства, предназначенные для управления и регулирования движением газов и обеспечения взрывобезопасности дымового тракта: отсечные клапаны на горизонтальных газоходах, поворотные заслонки, взрывные клапаны. В данной печи взрывных и отсечных клапанов не имеется, а внутри газохода должны быть предусмотрены поворотные заслонки. К гарнитуре также относятся водяные затворы, описанные выше.

На трубопроводах установлена запорная арматура (кран, задвижка), указательная и контрольная арматура (пробные краны, указатели уровня, трехходовые краны манометров и др.), предохранительная арматура (обратные затворы и предохранительные клапаны) на чертеже не показаны.

12. Рассчитать коэффициент формы в рабочей камере, вычислить массу используемого в ограждении теплоизоляционного и огнеупорного материалов

;

где

Рабочая камера имеет форму кольца.

,

,

,

,

,

2.21

13. Недостатки печи и способы их устранения

Основной недостаток известной технологии и устройства - сложная и дорогостоящая конструкция печи, включающая подвижные перегородки, установленные в зонах с высокой температурой, и трудности с оптимизацией технологии металлизации при изменяющихся параметрах. Известное решение требует постоянного локального регулирования процесса по зонам печи посредством изменения проходных сечений, как перемещением перегородок, так и регулированием проходных сечений в самих перегородках. Устройство с таким регулированием не может обеспечивать высокую производительность печи, требует сложной системы постоянного контроля и регулирования параметров в каждой зоне, что снижает надежность работы печи, усложняет эксплуатацию, значительно повышает материалоемкость устройства и затраты, как на изготовление, так и на обслуживание печи.

Размещено на Allbest.ru