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
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им. Н.Э.БАУМАНА.
Факультет МТ
Кафедра МТ8
КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
РАСЧЁТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ТЕПЛОВОЙ ОБРАБОТКИ
ТЕМА:
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПЕЧИ СОПРОТИВЛЕНИЯ СНЗ – 3.5.2 / 7
СТУДЕНТ: КАНГЕЗОВА Е. А.
РУКОВОДИТЕЛЬ: КСЕНОФОНТОВ А.Г.
Москва 2003 г.
Содержание.
Краткое описание печи.
1.Определение теплотехнических характеристик и тепловой массивности садки. 2.Расчет времени нагрева садки.
3.Определение продолжительности цикла работы печи.
4.Определение основных размеров печи.
5.Расчет футеровки печи.
5.1.Расчет футеровки боковых стенок печи.
5.2.Расчет футеровки пода и свода печи.
5.3.Расчет футеровки передней и задней стенок печи.
6.Расчет теплового баланса и определение мощности печи.
7.Расчет нагревателей.
8.Расчет механизма подъема .
9.Определение ориентировочной себестоимости печи.
ТЭП
Спецификации
Список использованной литературы.
Спроектированная печь СНЗ – 3.5.2/7 имеет габаритные размеры 1362х1564х1175мм и размеры рабочего пространства 300х500х200мм.
Для загрузки-выгрузки в печи предусмотрена дверь с переднего торца.
В качестве огнеупорного материала для этой печи применён шамот - ультралегковес, в виде кирпича размером 115х230х65мм. В качестве теплоизолирующего материала для этой печи применена шлаковая вата.
Огнеупорный и теплоизолирующий материалы собираются между собой с помощью стального каркаса.
В печи расположены три нагревателя, по одному нагревателю на двух боковых поверхностях и на своде.
Нагреватели расположены на внутренней поверхности стены размером 500х800мм.
Сквозь нагреватели производится продув воздуха с помощью вентилятора расположенного на верхней панели печи.
1.Определение теплотехнических характеристик и тепловой массивности садки
Сталь 40Х имеет следующие характеристики:
-коэффициент теплопроводности ме
-коэффициент теплоемкости сме
-плотность ме 1.
Выписываем из справочника
|
100 |
400 |
600 |
700 |
|
|
λме, Вт/мºC |
40 |
34 |
31 |
30 |
|
Cме, Дж/кгºC |
508 |
592 |
634 |
664 |
|
ρме, кг/м3 |
7850 |
7800 |
7650 |
7650 |
Характеристики садки определяем при средней температуре нагрева Тср.
, где Тн и Тк- начальная и конечная температуры нагрева садки.
Пересчитываем для нашей садки с учетом коэффициента заполнения
λс= кλме=0,65*35=22,75 Вт/мºC;
ρс= кρме=0,65*7750=5040 кг/м3;
Cс= Cме=586 Дж/кгºC;
Тогда коэффициент температуропроводности:
ас=аме=
Определяем критерий Био:
, где - коэффициент теплоотдачи, который был получен экспериментально в ходе лабораторной работы, s- расстояние от самой горячей до самой холодной точки, тогда:
= садка является теплотехнически тонким телом , так как нагрев идет для сравнительно невысокой температуре 7000С и без резкого охлаждения.
2.Расчет времени нагрева садки
Тепловой поток: , где Тп- температура печи, Тс- температура садки. На данном этапе нагрева , , тогда:
-температура, до которой нагревается садка за период (период нагрева при постоянной мощности).
, где- тепловоспринимающая поверхность садки, - температура садки при загрузке, G-масса изделия.
,
тогда: =.
Находим - период нагрева при постоянной температуре печи:
Здесь сс – взято при средней температуре интервала - (420К).
Время нагрева садки:
3.Определение продолжительности цикла работы печи
(, т.к. охлаждение изделия производится на воздухе). Принимаем: .
Производительность:
4.Определение основных размеров печи
Исходя из того, что на боковых стенках печи располагаются нагреватели, расстояние от садки до этих стенок принимаем равным 0,3м, расстояния от садки до свода 0,3м , расстояние от садки до двери 0,1м и от садки до задней стенки принимаем равным 0, 2м.
Lобщ.=0.5+0.1+0.2=0.8м
В=0.3+0.3=0,6м
Н=0,2+0,3=0,5м
Sпол=0.5*0.3=0.15м
Sобщ=0.8*0.6=0.48м
K=Sпол/Sобщ=0.15/0.48=0.31м
5.Расчет футеровки печи
Так как наша печь рассчитана на 700°С, то мы выбираем двухслойную футеровку. Назначаем материалы слоев:
1-шамот ультролегковес
2- 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 [2].
5.1.Расчет футеровки задней стенки печи.
Назначаем толщину слоёв: 1=0,065м,2=0,13м.
Определяем площади: ;
где Fвн – площадь внутренней поверхности футеровки, Fн – площадь наружной поверхности футеровки, F1-площадь на границе раздела футеровки. Средняя площадь футеровки:
Назначаем температуры
t1=6900C; t2=5000C; t3=400C
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. Проведем ее:
-проверка слева:
-проверка справа:
Результаты расчета показали, что заданная толщина футеровки является оптимальной и
разброс температур (, и не превышает 5°С.
Расчеты футеровки для передней и задней стенок, а также для пода и свода печи производятся аналогично.
5.2.Расчет футеровки пода печи.
Назначаем толщину слоёв: 1=0,23; 2=0.
;
Назначаем температуры
t1=6900C; t2=400C
Определяем
Определяем потери теплоты через футеровку:
-проверка слева:
-проверка справа:
Результаты расчета показали, что заданная толщина футеровки является оптимальной и
разброс температур ( и не превышает 5°С.
5.3.Расчет футеровки боковых стенок печи.
Назначаем толщину слоёв: 1=0,065м,2=0,13м.
Определяем площади: ;
Назначаем температуры
t1=6900C; t2=5000C; t3=400C
Определяем
Определяем потери теплоты через футеровку:
-проверка слева:
-проверка справа:
Результаты расчета показали, что заданная толщина футеровки является оптимальной и
разброс температур (, и не превышает 5°С.
5.4.Расчет футеровки передней стенки печи.
Назначаем толщину слоёв: 1=0,065м,2=0,13м.
5.5.Расчет футеровки свода печи.
Назначаем толщину слоёв: 1=0,065м,2=0,13м.
Определяем площади: ;
Назначаем температуры
t1=6900C; t2=5100C; t3=400C
Определяем
Определяем потери теплоты через футеровку: -проверка слева:
-проверка справа:
Результаты расчета показали, что заданная толщина футеровки является оптимальной и
разброс температур (, и не превышает 5°С.
5.6.Расчет футеровки задней стенки печи (вариант 2).
Назначаем толщину слоёв: 1=0,23; 2=0.
;
Назначаем температуры
t1=6900C; t2=400C
Определяем
Определяем потери теплоты через футеровку:
-проверка слева:
-проверка справа:
Результаты расчета показали, что заданная толщина футеровки является оптимальной и
разброс температур ( и не превышает 5°С.
Сравнительная таблица для задней стенке
|
Толщина слоёв |
Qкл, Вт |
Стоимость |
Выбор варианта |
|
0,195=0,065+0,13 |
209,8 |
1071,2 руб. |
Лучший |
|
0,23=0,23 |
238,2 |
636 руб. |
Худший |
6.Расчет теплового баланса и определение мощности печи
Уравнение теплового баланса для электрических печей имеет следующий вид:
(дополнительно учитываются потери в электрических кабелях, которые можно принять в 1,6% от общего расходуемого тепла).
Общий расход тепла определяется следующими статьями:
1)Расход тепла на нагрев металла (садки):
, где- разница между температурой металла при его загрузке и температурой, до которой металл нагревается в печи.
2)Расход тепла на нагрев приспособлений (приспособления изготовлены из ст.3):
3)Потери тепла через кладку печи (см.п.5):
4)Потери тепла на аккумуляцию кладки. Эта статья имеет большое значение для периодически действующих печей. Период работы нашей печи .
где
- коэффициенты теплоемкости шамота-ультралегковеса и шлаковаты соответственно, 1,2-плотность шамота-ультралегковеса и шлаковаты, m1,m2-масса шамота-ультралегковеса и шлаковаты, 1,2-разница между средней температурой соответствующей части футеровки и температурой окружающей среды, ,- средняя площадь соответствующей части футеровки.
5)Потери тепла сквозь периодически открывающиеся двери.
;
где ;
где-степень черноты излучающего тела, F-площадь отверстия (двери), - коэффициент диафрагмирования [2], - абсолютная температура излучающего тела, - абсолютная температура воздуха вокруг печи.
тогда:
6) Неучтенные потери:
Общий расход тепла:
Коэффициент полезного действия печи:
Установленная мощность печи: Время разогрева печи:
Удельный расход энергии:
Уравнение теплового баланса для печи имеет следующий вид:
.
7.Расчет нагревателей
Материал нагревателя: Х20Н80 (удельное электрическое сопротивление ; плотность ); намотка пружинная.
Установленная мощность печи: , мощность одного нагревателя (всего 3 нагревателя: по 1 нагревателя в каждой из 3-х фаз).
Рис.3. Схема включения трёхфазного нагревательного элемента звездой.
Принимаем напряжение на каждом нагревателе:
По графикам выбираем ;
.
αэф=0,32 (t/d=2);
г=1 ( l/d=2.75) ;
αp=0.4, т.к.
άс =0,8 , т.к
.
Диаметр проволоки, из которой сделан нагреватель d=
Сопротивление нагревателя: [3];
Длина нагревателя: ;
Проверка:
Удельная поверхностная мощность нагревателя: <W .
Назначаем шаг спирали:
Диаметр нагревателя: , принимаем D=11мм.
Количество витков: ;
Длина скрученного нагревателя: ;
Размещаем в 24 ряда: Lряда=L/24=25.636/24=1.068м –не проходит по длине, меняем d.
Примем d=3.2мм.
Сопротивление нагревателя: [3];
Длина нагревателя: ;
Проверка:
Удельная поверхностная мощность нагревателя: <W
Назначаем шаг спирали:
Диаметр нагревателя: , принимаем D=10мм.
Количество витков: ;
Длина скрученного нагревателя: ;
Размещаем в 24 ряда: Lряда=L/24=17,6/24=0,706м
масса нагревателя: .
8.Расчет механизма подъема дверцы
Дверь имеет такую же футеровку, что и передняя стенка, поэтому
.
.
.
.
Подъем осуществляется с помощью ручного привода по направляющим.
Сила необходимая для удержания дверцы.
.
.
.
.
Центр тяжести :
.
.
Список использованной литературы
1. ”Физические величины” справочник под ред. И.С.Григорьева и Е.З.Мейлихова, М., изд. 1990г.
2. Металловедение: Сталь: Справочник: В 2т. / В.Енике, В.Даль, Г.-Ф. Кленер и др.: Пер. с нем. М.: Металлургия, 1995. Т. 1.1. 448 с.; Т. 1.2. 335 с.; Т. 2.1. 447 с.; Т. 2.2. 399 с.
4. Б.Н.Арзамасов “Методика расчета печей”, Рассмотрена и одобрена кафедрой АМ-9 23/II-72.г, Методической комиссией факультета АМ 28/II-72г. и Учебнометодическим правлением. М., МГТУ, 1973г. 81 с.
5. А.Д.Свенчанский “Электрические промышленные печи”, М., “Госэнергоиздат”,1958г.