Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
СНЗ-6.10.3/11 – печь сопротивления камерная с защитной атмосферой.
Ширина садки – 6 дм = 600 мм.
Длина садки – 10 дм = 1000 мм.
Высота садки – 3 дм = 300 мм.
Максимальная температура нагрева печи Tmax= 1100 0C.
Сталь 15Х – сталь конструкционная легированная.
Применение: втулки, пальцы, шестерни, валики, толкатели и другие цементуемые детали, к которым предъявляется требование высокой поверхностной твердости при невысокой прочности сердцевины, детали, работающие в условиях износа при трении.
Темпера критических точек материала
|
Критическая точка |
°С |
|
Ac1 |
766 |
|
Ac3 |
838 |
|
Ar3 |
799 |
|
Ar1 |
702 |
Температура ковки: начала - 1260, конца - 800.
Заготовки сечением до 200 мм охлаждаются на воздухе, 200-700 мм подвергаются низкотемпературному отжигу.
Свариваемость: сваривается без ограничений (кроме химико-термически обработанных деталей). Способы сварки: РДС, КТС без ограничений.
Обрабатываемость резанием: при sB = 730 МПа Ku тв.спл. = 1,0, Ku б.ст. = 0,9 [100].
Склонность к отпускной способности: не склонна
Флокеночувствительность: не чувствительна.
|
Температура испытания, 0С |
220 |
1100 |
2200 |
3300 |
4400 |
5500 |
6600 |
7700 |
8800 |
9900 |
|
Модуль нормальной упругости, (Е, Гпа) |
2215 |
2212 |
1194 |
1191 |
1179 |
1170 |
1162 |
1142 |
1132 |
|
|
Модуль упругости при сдвиге кручением (G, Гпа) |
883 |
882 |
776 |
774 |
771 |
667 |
663 |
555 |
550 |
|
|
Плотность (r, кг/м3) |
77830 |
77810 |
77780 |
|
77710 |
|
77640 |
|
|
|
|
Коэффициент Теплопроводности (Вт/(м ·0С)) |
444 |
444 |
443 |
441 |
339 |
336 |
333 |
332 |
332 |
|
|
Температура испытания, 0С |
20- 100 |
20- 200 |
20- 300 |
20- 400 |
20- 500 |
20- 600 |
20- 700 |
20- 800 |
20- 900 |
20- 1000 |
|
Коэффициент линейного расширения (a, 10-6/0С) |
110.2 |
111.5 |
112.4 |
113.0 |
113.5 |
114.0 |
|
|
|
|
|
Удельная теплоемкость (С, Дж/(кг · 0С)) |
4496 |
5508 |
5525 |
5538 |
5567 |
5588 |
6626 |
7606 |
|
|
1.Определение теплотехнических характеристик и тепловой массивности садки.
1.1. Теплотехнические характеристики.
Данные по теплотехническим характеристикам стали 15Х, взяты из [1].
Средняя температура нагрева садки
Значения плотности ρ, коэффициента теплопроводности λ и удельной теплоемкости c стали и садки при средней температуре
Обозначение |
Для стали 15Х |
для садки (К=0,6) |
r, кг/м3 |
7660 |
4596 |
l, Вт/(м0С) |
38 |
22,8 |
c, Дж/(кг0С) |
550 |
550 |
α = αизл + αк , где
αизл – коэффициент теплоотдачи излучением,
αк - коэффициент теплоотдачи конвекцией.
Спр = = ==4,34 ;
где спр -приведенный коэффициент (излучательная способность материала)
- степень черноты садки – 0,8
- степень черноты печи – 0,9
= 0,5; - тепловоспринимающая поверхность садки;
- печи;
=5,67 ; коэффициент лучеиспускания абсолютно черного тела (АЧТ);
; где
- суммарный коэффициент теплоотдачи;
- коэффициент отдачи излучением;
- коэффициент отдачи конвекцией;
, где
- коэффициент теплоотдачи излучением при температурах 20 и 1050 ;
- температура печи;
- температура садки;
;
Таким образом, критерий Био равен
Так как Bi = 1,97 > 0,5, следовательно, садка является теплотехнически массивным телом.
Определение теплового потока:
q= спр*
Рис.1 Диаграмма нагрева ТМТ
На этапе нагрева печи при постоянной мощности (τ1)рекомендуется принять:
Тп τ1 = 0,85Тз
Т с = 0,5Тз
- тепловоспринимающая поверхность садки.
Тогда тепловой поток равен:
Вт/м2.
- температура, до которой нагревается садка за период (период нагрева при постоянной мощности).
K.
Для бесконечной пластины:
τ ' =0,3*S2/ ас
τ ' =0,3*0,152/ 9,019*10-6= 748,4 с
Δt= q* S/2*λс
Δt= 32810* 0,15/2*22,8 = 107,9 °С
t 'пов=1,27 *Δt
t 'пов=1,27 *107,9 =137,1 °С
t 'ц= 0,27 *Δt
t 'ц= 0,27 *107,9 =29,1 °С
- скорость изменения температуры.
= (- )/θ
= 1101-273=828 °С
θ = q/ сс* ρс* S
θ = 32810/ 550*4596 * 0,15 =0,0865
= (828 - 450)/0,0865 =4370 с
τ1= +
τ1= 748.4 + 4370 =5118 с
τ1= 1,42 ч
|
t 'пов |
|||||
|
748.4 |
4370 |
131.1 °С |
29.1 °С |
828 °С |
720,1 °С |
- температура садки при загрузке,
τ2 определяем с помощью графика Будрина для нагрева и охлаждения средней плоскости пластины.
υ=
υ – относительная температура.
tпеч – температура печи при установившемся нагреве (tпеч=1100 °С)
tнач – начальная температура центра на этапе (τ2)
tп – температура процесса (в нашем случае под процессом имеется ввиду нормализация).
υ=(1100-880)/(1100-720,1) = 0,58
Рис.2 График Будрина.
Для полученного интервала температур (720,1-880°С) определяем критерий Био:
αизл ср.= (αизл 720 + αизл 880) / 2=295+352=323,5 Вт/м2*К
Bi = α*S /λс*к= 323,5*0,15/32*0,6 =2,53
Определение коэффициента температуропроводности ас
ас= λс*к /сс*ρс =32*0,6/550*4596=7,595*10-6 (м2/с*К)
Из графика получаем значение критерия Фурье (в нашем случае F0=0,6)
F0= ас τ2 / S2
τ2=((0,6*0,152)/ 7,595*10-6)/3600 =0,494 ч
τнагрева = τ1 + τ2
τнагрева = 1,42+ 0,494 =1,914 ≈1,9 ч.
τцикла = τнагрева + τвспомогательное
τнагрева- время нагрева
При процессе нормализации, используя график Будрина для центра τнагрева включает в себя τвыдержки
τвспомогательное- время на вспомогательные операции.
Время нагрева было рассчитано в пункте 2.
Время на вспомогательные операции для данной печи назначаем 0,32 часа (из расчета движения загрузочной машины 4 м/мин).
τцикла= 1,9 +0,27 =2,17 ч. τцикла= 2 ч.10 мин.
3.1Определение производительности печи.
g =mc/ τцикла= ρс*Vc/ τцикла = 4596*0,6*1*0,3/2,17=381,2 (кг/ч)=0,1058986 (кг/с)
mс – масса садки,
τцикла – время, затраченное на обработку.
Основные размеры определяем с учётом предыдущих конструкций печей данного типа. Из анализа промышленной печи СН3 -4.8.2,5./10 устанавливаем следующие размеры внутреннего пространства:
Ширина – 900 мм.
Глубина – 1200 мм.
Высота – 500 мм.
5. Расчет футеровки печи
Так как наша печь рассчитана на 1100°С, то ее футеровка будет трехслойной.
Назначаем материалы слоев трехслойной футеровки:
1-шамотный кирпич
2-шамот - легковес
3-минеральная вата
Толщина слоя футеровки зависит от множества факторов. Окончательно ее определяют расчетом, однако до расчета ее необходимо назначить. На данном этапе рекомендуется принять ее такой, чтобы температура на наружной поверхности tн не превышала 60°С из соображений техники безопасности. В то же время, если tн <40°C, то считается, что футеровка получается слишком громоздкой и экономически невыгодной .
Назначаем толщину слоёв: 1=0,065м,2=0,115м, ,3=0,3м
Определяем площади: ;
где Fвн – площадь внутренней поверхности футеровки,
Fн – площадь наружной поверхности футеровки,
F1-площадь на границе раздела футеровки.
Средняя площадь футеровки:
Назначаем температуры
Определяем
Определяем потери теплоты через футеровку:
где tвн- температура внутреннего пространства печи; tокр- температура окружающего пространства; коэффициенты теплоотдачи от внутренней среды печи к стенке и от стенки к окружающему воздуху соответственно; коэффициент теплопроводности футеровки.
Поскольку при выборе граничных температур очень велика вероятность ошибки, необходима проверка правильности назначенных температур.
-проверка слева:
-проверка справа:
Результаты расчета показывают, является ли заданная толщина футеровки оптимальной.
Разброс температур (, и не превышает 5°С.
Расчеты футеровки для передней и задней стенок, а также для пода и свода печи представлены в приложении.
|
Материал |
Q, Вт |
δ, м |
t1, 0С |
t2, 0С |
t3, 0С |
t4, 0С |
|
Ш + ш/л + м/в |
661,96 |
0,48 |
1090 |
1030 |
720 |
40 |
5. Расчет теплового баланса.
5.1. Расходные статьи.
Qрасх. = Qпол. + Qвспом.+ Qкл. + Qакк. + Qотв. + Qт.к.з. + Qохл.в + Qн.п. , где
1) Qпол. – полезно затраченное тепло,
Qпол. = g · сс · (tк - tн) , где
g – производительность печи,
сс – теплоемкость садки,
tн – температура металла при загрузке в печь,
tк – температура нагрева металла.
Qпол. = 381,2 · 550 · (880 - 20) = 180 · 106 Дж/час = 50085,4 Вт
2) Qвспом.= Qтары+ Qатм.
Qтары – расход тепла на нагрев тары.
Qтары = (10÷15%) Qпол. = 0,12 ·50085,4 =6010 Вт
Qатм.=
Qатм.=
Qвспом.=6010+124= 6134 Вт.
3) Qкл. – потери тепла через кладку печи.
Qкл.= (Дж/c)
4) Qакк. – потери на аккумуляцию тепла печью. Эта статья имеет большое значение для периодически действующих печей. Период работы нашей печи
Qакк.= (Вт)
Расчет далее в пп. 5.1.2
5) Qотв. – потери тепла через отверстие.
Qотв.= (Вт)
(Вт)
Расчет далее в пп. 5.1.3
6) Qт.к.з. – потери на тепловые короткие замыкания.
Qт.к.з.=0, т.к нет металлических элементов, проходящих сквозь футеровку.
7) Qохл.в – потери тепла с охлаждающей водой
Qохл.в=0, т.к эта печь не требует охлаждения каких-либо ее элементов водой.
8)Qн.п. – неучтенные потери.
Qн.п. = (10÷12%) (Qвсп. + Qкл. + Qакк. + Qотв. + Qт.к.з.)
Расчет далее в пп.
5.1.2 Потери тепла на аккумуляцию кладки
где
- коэффициенты теплоемкости шамота-легковеса и шлаковаты соответственно, 1,2-плотность шамота-легковеса и шлаковаты, m1,m2-масса шамота-легковеса и шлаковаты, 1,2-разница между средней температурой соответствующей части футеровки и температурой окружающей среды, ,- средняя площадь соответствующей части футеровки.
Qкл.=
5.1.1 Расчет потерь тепла через кладку печи.
5.1.1.1. Первый вариант расчета потерь тепла через кладку печи.
Для кладки печи используем шлаковую вату:
ρ = 200 кг/м3 – плотность,
с = 921 Дж/кг·град – удельная теплоемкость,
λ = (0,041 + 0,12 · 10-3 · tср) · 1,163 (Вт/м·град) – коэффициент теплопроводности.
Потери через кладку рассчитываем по частям. Для этого кладку делим на следующие расчетные участки: боковые стенки, торцевую стенку, торцевую стенку с загрузочно-разгрузочным отверстием, под, свод и дверку печи.
Коэффициенты теплоотдачи:
αвн – коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности стенки,
αн - коэффициент теплоотдачи от наружной стенки к окружающему воздуху.
αвн = α500 = αизл + αк ,
, где
Тп = tmax + 273 = 500 +273 = 773 К
Тс = 20 + 273 = 293 К
Дж/м2·град
αк = 15,16 Дж/м2·град
α500 = 33,04 +15,16 = 48,2 Дж/м2·град
В результате коэффициенты теплоотдачи:
αвн = 48,2 Дж/м2·град
αн = 12 Дж/м2·град
а) Потери через боковую стенку.
Стенка состоит из двух стальных листов с засыпкой из шлаковой ваты.
Толщина стенок – δ = 0,075 м.
Площади раздела:
Fвн = L · H = 1 · 0,67 = 0,67 м2
м
м
Fн = lн · hн = 1,15 · 0,82 = 0,943 м2
Средняя расчетная площадь:
м2
Назначим температуры внутренней и внешней поверхностей:
t1 = 485 °С
t2 = 55 °С
Средняя расчетная температура:
°С
Коэффициент теплопроводности:
λ = (0,041 + 0,12 · 10-3 · tср) · 1,163 = λ = (0,041 + 0,12 · 10-3 · 270) · 1,163 = 85,4 · 10-3 Вт/м·град
Тепловое сопротивление:
град/Вт
град/Вт
град/Вт
Тепловой поток через боковую стенку:
Вт
Проверка:
Температуры и , и должны отличаться менее чем на 5 °С.
°С
°С
°С
°С
Выбранные температуры подходят.
б) Потери через торцевую стенку.
Стенка состоит из двух стальных листов с засыпкой из шлаковой ваты.
Толщина стенок – δ = 0,075м.
Площади раздела:
Fвн = В · H = 0,8 · 0,67 = 0,536 м2
м
м
Fн = bн · hн = 0,95 · 0,82 = 0,779 м2
Средняя расчетная площадь:
м2
Назначим температуры внутренней и внешней поверхностей:
t1 = 485 °С
t2 = 55 °С
Средняя расчетная температура:
°С
Коэффициент теплопроводности:
λ = (0,041 + 0,12 · 10-3 · tср) · 1,163 = λ = (0,041 + 0,12 · 10-3 · 270) · 1,163 = 85,4 · 10-3 Вт/м·град
Тепловое сопротивление:
град/Вт
град/Вт
град/Вт
Тепловой поток через торцевую стенку:
Вт
Проверка:
Температуры и , и должны отличаться менее чем на 5 °С.
°С
°С
°С
°С
Выбранные температуры подходят.
в) Потери через торцевую стенку с загрузочно-разгрузочным отверстием.
Стенка состоит из двух стальных листов с засыпкой из шлаковой ваты.
Толщина стенок – δ = 0,075 м.
Размеры отверстия: Hотв. = 0,45 м , Sотв. = 0,7 м
Площадь отверстия:
Fотв. = Hотв. · Sотв. = 0,45 · 0,7 = 0,315 м2
Площади раздела без вычета площади отверстия:
= 0,536 м2
= 0,779 м2
Площади раздела с вычетом площади отверстия:
Fвн = - Fотв. = 0,536 – 0,315= 0,221 м2
Fн = - Fотв. = 0,779 – 0,315 = 0,464 м2
Средняя расчетная площадь:
м2
Назначим температуры внутренней и внешней поверхностей:
t1 = 485 °С
t2 = 55 °С
Средняя расчетная температура:
°С
Коэффициент теплопроводности:
λ = (0,041 + 0,12 · 10-3 · tср) · 1,163 = λ = (0,041 + 0,12 · 10-3 · 270) · 1,163 = 85,4 · 10-3 Вт/м·град
Тепловое сопротивление:
град/Вт
град/Вт
град/Вт
Тепловой поток через торцевую стенку с отверстием:
Вт
Проверка:
Температуры и , и должны отличаться менее чем на 5 °С.
°С
°С
°С
°С
Выбранные температуры не подходят.
Проводим второй подбор, назначаем температуры внутренней и внешней поверхностей:
t1 = 485 °С
t2 = 50 °С
Средняя расчетная температура:
°С
Коэффициент теплопроводности:
λ = (0,041 + 0,12 · 10-3 · tср) · 1,163 = λ = (0,041 + 0,12 · 10-3 · 267,5) · 1,163 = 85 · 10-3 Вт/м·град
Тепловое сопротивление:
град/Вт
град/Вт
град/Вт
Тепловой поток через торцевую стенку с отверстием:
Вт
Проверка:
Температуры и , и должны отличаться менее чем на 5 °С.
°С
°С
°С
°С
Выбранные температуры подходят.
г) Потери через свод печи.
Свод состоит из двух стальных листов с засыпкой из шлаковой ваты.
Толщина стенок – δ = 0,075м.
Площади раздела:
Fвн = В · L = 0,8 · 1 = 0,8 м2
м
м
Fн =bн · lн = 0,95 · 1,15 = 1,09 м2
Средняя расчетная площадь:
м2
Назначим температуры внутренней и внешней поверхностей:
t1 = 485 °С
t2 = 55 °С
Средняя расчетная температура:
°С
Коэффициент теплопроводности:
λ = (0,041 + 0,12 · 10-3 · tср) · 1,163 = λ = (0,041 + 0,12 · 10-3 · 270) · 1,163 = 85,4 · 10-3 Вт/м·град
Тепловое сопротивление:
град/Вт
град/Вт
град/Вт
Тепловой поток через свод печи:
Вт
Проверка:
Температуры и , и должны отличаться менее чем на 5 °С.
°С
°С
°С
°С
Выбранные температуры подходят.
д) Потери через под печи.
Под состоит из двух стальных листов с засыпкой из шлаковой ваты.
Толщина стенок – δ = 0,1 м.
Площади раздела:
Fвн = В · L = 0,8 · 1 = 0,8 м2
м
м
Fн =bн · lн = 1 · 1,2 = 1,2 м2
Средняя расчетная площадь:
м2
Назначим температуры внутренней и внешней поверхностей:
t1 = 485 °С
t2 = 55 °С
Средняя расчетная температура:
°С
Коэффициент теплопроводности:
λ = (0,041 + 0,12 · 10-3 · tср) · 1,163 = λ = (0,041 + 0,12 · 10-3 · 270) · 1,163 = 85,4 · 10-3 Вт/м·град
Тепловое сопротивление:
град/Вт
град/Вт
град/Вт
Тепловой поток через под печи:
Вт
Проверка:
Температуры и , и должны отличаться менее чем на 5 °С.
°С
°С
°С
°С
Выбранные температуры не подходят.
Проводим второй подбор, назначаем температуры внутренней и внешней поверхностей:
t1 = 490 °С
t2 = 50 °С
Средняя расчетная температура:
°С
Коэффициент теплопроводности:
λ = (0,041 + 0,12 · 10-3 · tср) · 1,163 = λ = (0,041 + 0,12 · 10-3 · 270) · 1,163 = 85,4 · 10-3 Вт/м·град
Тепловое сопротивление:
град/Вт
град/Вт
град/Вт
Тепловой поток через под печи:
Вт
Проверка:
Температуры и , и должны отличаться менее чем на 5 °С.
°С
°С
°С
°С
Выбранные температуры подходят.
В итоге потери тепла через кладку печи составили:
Вт
5.1.1.2. Второй вариант расчета потерь тепла через кладку печи.
Для кладки печи используем шамот-ультралегковес:
ρ = 400 кг/м3 – плотность,
с = (0,23 + 0,35 · 10-3 · tср) · 4,1868 · 103 (Дж/кг·град) – удельная теплоемкость,
λ = (0,08 + 0,14 · 10-3 · tср) · 1,163 (Вт/м·град) – коэффициент теплопроводности.
а) Потери через боковую стенку.
Стенка состоит из шамота-ультралегковеса.
Толщина стенок - полкирпича – δ = 0,113 м.
Площади раздела:
Fвн = L · H = 1 · 0,67 = 0,67 м2
м
м
Fн = lн · hн = 1,226 · 0,896 = 1,1 м2
Средняя расчетная площадь:
м2