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
PAGE 28
МГТУ им. Баумана
Кафедра Материаловедение
Факультет МТ
Кафедра МТ 8
Расчетно-пояснительная записка
К курсовому проекту на тему:
Спроектировать электрическую печь сопротивления СШЗ-15.15/9
Студент: _______(Хабарова О.В.) Группа_______
Руководитель проекта: _________(Ксенофонтов А.Г.)
Москва, 2003.
1. Вступление
Тема курсового проекта - спроектировать электрическую печь сопротивления СШЗ-15.15/9. В техническом задании предлагается спроектировать печь для нормализации заготовок из стали 15Х, с коэффициентом заполнения садки К=0.65.
СШЗ-15.15/9 - печь сопротивления шахтная с защитной атмосферой.
Высота садки 15дм=1.5м=1500мм
Максимальная температура нагрева печи t0=9000C
Сталь 15Х
Назначение: втулки, пальцы, шестерни, валики, толкатели и другие цементируемые детали, к которым предъявляется требование высокой поверхностной твердости при невысокой прочности сердцевины, детали, работающие в условиях износа при трении.
|
Критическая точка |
°С |
|
Ac1 |
766 |
|
Ac3 |
838 |
|
Ar3 |
799 |
|
Ar1 |
702 |
Технологические свойства
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
Физические свойства стали 15Х, как то: модуль нормальной упругости, Модуль упругости при сдвиге кручением, Плотность, Коэффициент теплопроводности , Коэффициент линейного расширения и удельная теплоемкость, даны в приложении.
2. Определение теплотехнических характеристик и тепловой массивности садки
1.1. Теплотехнические характеристики
Данные по теплотехническим характеристикам стали 15Х, представленные в приложении, взяты из [1].
Средняя температура нагрева садки
Значения плотности r, коэффициента теплопроводности l и удельной теплоемкости c стали и садки при средней температуре
Обозначение |
Для стали 15Х |
для садки (К=0,65) |
r, кг/м3 |
7660 |
4979 |
l, Вт/(м0С) |
38 |
24,7 |
c, Дж/(кг0С) |
550 |
550 |
Таким образом, критерий Био равен
Садка является теплотехнически массивным телом.
3. Расчет продолжительности нагрева
При нагреве массивных изделий в печах периодического действия период нагрева можно разбить на два этапа:
t1 - период нагрева при постоянном тепловом потоке и
t2 - период нагрева при постоянной температуре печи.
Первый период, в свою очередь, следует разделить на две части.
t' - начальный период нагрева (период прогрева), к концу которого в изделии устанавливается
t'' - регулярный режим нагрева, характеризующийся постоянным перепадом температур Dt=tпов-tц
Садка имеет форму цилиндра. Поэтому ведем расчет как для бесконечного цилиндра радиусом R=S=0,75 м
Длительность начального периода нагрева t'=
Где , м2/с
В нашем случае мы учитываем конвекцию при расчете теплового потока, поэтому
Перепад температур между поверхностью и центром по окончании t'
Температуры на поверхности и в центре садки по окончании t'
Температура поверхности садки по окончании периода t''
. При такой массивности садки мы данные формулы не годятся. Расчет tцикла ведем по графикам Будрина, взятых из источника [3]. Для этого рассчитываем относительную температуру нагрева
Из графиков Будрина получаем
=>
τвспом принимаем 23 минуты или 0,38 ч
τцикла= τ+ τвспом=32,5 ч
Вес садки Gc=k·ρ·V=0.65·7660·π·0.752·15=13198 кг
Производительность печи g=Gc/τцикла=13198/32.5=406 кг/ч
Qрасх=Qприх
Qрасх=Qпол+Qвспом+Qкл+Qакк+ Qотв+Qнеучт
Под печи выполняем однослойным из шамота-ультралегковеса.
Толщина - d=0.325 м
l=0.093+1.6310-4tср
Выбираем температуры
На внутренней поверхности футеровки t1=8950C
На внешней поверхности футеровки t2=400C
tср=467,50C
l=0.093+1.6310-4467,5=0,1692
Dвн=1,9 м
Dнар=1,9+2d=1,9+20,325=2,55 м
Fвн=p(0.5Dвн)2=p(1.9/2)2=2.835м2 Fвн=2.835м2
Fнар=p(0.5Dнар)2=p(2.55/2)2=5.107м2 Fнар=5.107м2
t1=900-1746.6190.003713=893.5 0C
t2=900-1746.619(0.003713+0.4838)=48 0C
t"2=20+1746.6190.016317=48 0C
t"1=20+1746.619(0.016317+0.4838)=893.5 0C
Исходя из проверки, выбираем новые температуры
На внутренней поверхности футеровки t1=8940C
На внешней поверхности футеровки t2=500C
tср=4720C
l=0.093+1.6310-4472=0,1699
t1=900-1753.5820.003713=893.5 0C
t2=900-1753.582(0.003713+0.4818)=48.6 0C
t"2=20+1753.5820.003713=48.6 0C
t"1=20+1753.582(0.003713+0.4818)=893.5 0C
при t1=8940C и t2=500C
Для боковой поверхности берем 2 слоя
l1=0.1+1.4510-4t1ср
l2=0.044+1.6710-4t2ср
Выбираем температуры
На внутренней поверхности футеровки t1=8950C
На границе первого и второго слоев t2=5800C
На внешней поверхности футеровки t3=300C
tср1=737,50C
tср2=3050C
l1=0.1+1.4510-4737,5=0,2069
l2=0.044+1.6710-4305=0,0949
Fвн=pDвнlвн =p1.91.92=11.46м2 Fвн=11.46м2
F12=pD12l12 =p(1.9+20.18)(1.92+20.18)=16.188м2 F12=16.188м2
Fнар= F12+p2d2(1.9+2d1+2d2)=
=16.188+p20.19(1.9+20.18+20.19)=19.34 м2 F12=19.34м2
t1=900-4865.950.0009185=895.5 0C
t2=900-4865.95(0.0009185+0.06293)=589.32 0C
t3=900-4865.95(0.0009185+0.06293+0.1127)=40.92 0C
t"3=20+4865.950.0043=40.92 0C
t"2=20+4865.95(0.0043+0.1127)=589.32 0C
t"1=20+4865.95(0.0043+0.1127+0.06293)=895.5 0C
Исходя из проверки, выбираем новые температуры
На внутренней поверхности футеровки t1=8950C
На границе первого и второго слоев t2=5900C
На внешней поверхности футеровки t3=410C
tср1=742,50C
tср2=315.50C
l1=0.1+1.4510-4742,5=0,2077
l2=0.044+1.6710-4315.5=0,0967
t1=900-4931.390.0009185=895.47 0C
t2=900-4931.39(0.0009185+0.06262)=586.66 0C
t3=900-4931.39(0.0009185+0.06262+0.11061)=41.2 0C
t"3=20+4931.390.0043=41.2 0C
t"2=20+4931.39(0.0043+0.11061)=586.66 0C
t"1=20+4931.39(0.0043+0.11061+0.06262)=895.47 0C
Окончательно принимаем
при t1=8950C , t2=5870C и t3=410C
Под печи выполняем однослойным из шамота-легковеса.
Толщина - d=0.325 м
l=0.1+1.4510-4tср
Выбираем температуры
На внутренней поверхности футеровки t1=8950C
На внешней поверхности футеровки t2=400C
tср=467,50C
l=0.1+1.4510-4467,5=0,1677
Dвн=1,9 м
Dотв=1,7 м
Dнар=1,9+2d=1,9+20,325=2,55 м
Fвн=p(0.5Dвн)2-p(0.5Dотв) 2=p(1.9/2)2-p(1,7/2)2 =2.262м2 Fвн=0.565м2
Fнар=p(0.5Dнар)2-p(0.5Dотв)2=p(2.55/2)2-p(1,7/2)2=2.837м2 Fнар=2.837м2
t1=900-740.7460.0186=886.2 0C
t2=900-740.746(0.0186+1.13999)=41.77 0C
t"2=20+740.7460.00294=41.77 0C
t"1=20+740.746(0.0294+1.13999)=886.2 0C
Исходя из проверки, выбираем новые температуры
На внутренней поверхности футеровки t1=886,20C
На внешней поверхности футеровки t2=41,770C
tср=463,9850C
l=0.093+1.6310-4463,985=0,1686
t1=900-744.560.0186=886.15 0C
t2=900-744.56(0.0186+1.1339)=41.89 0C
t"2=20+744.560.00294=41.89 0C
t"1=20+744.56(0.0294+1.1339)=886.15 0C
Окончательно принимаем
при t1=8860C и t2=41,890C
Для крышки выбираем 2 слоя
l1=0.093+1.6310-4t1ср
l2=0.044+1.6710-4t2ср
Выбираем температуры
На внутренней поверхности крышки t1=8950C
На границе первого и второго слоев t2=5800C
На внешней поверхности крышки t3=400C
tср1=737,50C
tср2=3100C
l1=0.093+1.6310-4737,5=0,2132
l2=0.044+1.6710-4310=0,09577
Fвн=F12=Fнар=p(0.5Dвн)2=p(1.7/2)2=2.27 м2 Fвн=2.27м2
t1=900-773,3970.004637=896.42 0C
t2=900-773,397(0.004637+0.2686)=688,68 0C
t3=900-773,397(0.004637+0.2686+0.8279)=48,39 0C
t"3=20+773,3970.0367=48,39 0C
t"2=20+773,397(0.0367+0.8279)=688.68 0C
t"1=20+773,397(0.0367+0.8279+0.2686)=896.42 0C
Выбираем новые температуры
На внутренней поверхности футеровки t1=8960C
На границе первого и второго слоев t2=6880C
На внешней поверхности футеровки t3=480C
tср1=7920C
tср2=3680C
l1=0.1+1.4510-4742,5=0,222
l2=0.044+1.6710-4315.5=0,1055
t1=900-837.430.004637=896.11 0C
t2=900-837.43(0.004637+0.2579)=680,14 0C
t3=900-837.43(0.004637+0.2579+0.7516)=50,73 0C
t"3=20+837.430.0367=50,73 0C
t"2=20+837.43(0.0367+0.7516)=680.14 0C
t"1=20+837.43(0.0367+0.7516+0.2579)=896.11 0C
Окончательно принимаем
при t1=896,110C , t2=6800C и t3=510C
2. Расчет Qпол.
Qпол.=gc(Tk-Tн)=406550(880-20)=192038000 Дж
Qпол.=53344Вт
Qотв.= Qизл+ Qконв.
-соответствует квадратному сечению 1,506х1,506 м2
Y=0.62
e=0.85
e0=5.67
Qотв.= Qизл+ Qконв=111827+1942878.57=2054705,57 Вт
τзакр= τнагр+τвыд=32,12 ч
τоткр= τц-τзакр=32,5-32,12=0,38 ч
4. Расчет Qвспом.
Qвспом=Qтары+Qатм
Qтары=(10..15%)*Qпол=0,13*53343,88=6934,7 Вт
Qатм=Vгаза*CVгаза(Tк-Tн)газа
Vгаза=3*( Vвнутр.простр -Vраб. простр.)=3*(p*0.952*1.92-p*0.752*1.5)=8.379 м3
Qатм=8,379*0,291*(900-20)=2145,69 Вт
Qвспом=6934,7+2145,69=9080,39 Вт
Qвспом=9080,39 Вт
5. Расчет Qакк
Qакк=238054885+231988301+1957999997+110520687=2538563870 Дж
Qакк на 1 неделю (168 часов)
6. Расчет Qнеучт
Qнеучт=10% (Qкл+ Qдв. период+ Qакк)=0,1*(8266,96+24852+4197,36)= 3731,632 Вт
Qрасх=Qпол+Qвспом+Qкл+Qакк+ Qотв+Qнеучт=
=53344+9080,39+8266,96+4197,36+24852+3731,632=103472,342 Вт
КПД печи:
P=k1(Qпол+Qвспом)+k2(Qрасх-Qпол-Qвспом)=(k1-k2)(Qпол+Qвспом)+Qрасхk2=
=(1,2-1,3)(53344+9080)+103472,342*1,3=142,665 кВт
Принимаем P=150 кВт
Удельный расход теплоэнергии A=Pуст/g=150/406=0,369 кВт*ч/кг
4.Расчет нагревателей
Нагреватели размещаем на боковой поверхности печи.
Установленная мощность зоны Руст=150 кВт
Температура нагрева изделия в печи tпт=9000С
Площадь нагреваемого изделия Fизд=10,603 м2
Поверхность стен зоны печи, занятая нагревателями Fст=11,46 м2
Электропитание зоны трехфазным током без трансформатора
Выбираем конструкцию электронагревателей - проволочный зигзаг с относительным витковым расстоянием l/d=2,75
Удельная мощность, которую надо расположить на 1 м2 стенки зоны печи
Wид=1,8 Вт/см2 и соответствующая tн=9500С
Выбираем материал Х20Н80 и d=2,4 мм
Берем 12 нагревателей, каждый мощностью P1=150/12=12.5 кВт
Удельное сопротивление сплава Х20Н80 при температуре 9500С
rг=1,1155 Оммм2/м
Напряжение одного нагревателя
Принимаем стандартное напряжение U1=380 В. Схема соединения нагревателей - звезда. Исходя из принятой величины напряжения, рассчитываем
принимаем d=3,2 мм
Сопротивление нагревателя
Длина одного нагревателя
Действительная температура нагревателя tн=9750С
Т.к. e/d=2.75, то emin=2,75*d=2.75*3,2=8.8 мм
Выбираем е=11 мм. Внутренний радиус изгиба нагревателя
|
Боковая поверхность |
Развернутый нагреватель |
|
|
Общая длина |
5,969 м |
73,2 м |
|
t=2e |
17,6 мм |
Х мм |
Длина боковой поверхности печи pD=p*1.9=5.969 м
расстояние между нагревателями
Длина выводов нагревателей l=dфут+80 мм=450 мм
мт
5.Расчет механизма подъема крышки
Определяем массу крышки.
mкрышки=mм.в.+mш/у/л+mкожух
mш/у/л=ρш/у/л*Fш/у/л*δш/у/л=0.4*2.27*0.13=0.118 кг
mм.в =ρм.в*Fм.в*δм.в=0.2*2.27*0.18=0.08172 кг
Объем кожуха
Vкожух=p*10022*2+
+(p*10022-p*8522)*2+p*2002*2*200+2*p*1702*110=0.0117 м3
mкож =ρкож*Vкож=0,0117*7,8=0,09126 т= 91.26 кг
mкрышки=mм.в.+mш/у/л+mкожух=199,76+91.26=291.02 кг
Вес крышки P=mкрышки*g=291*9.8=2852 H
Скорость подъема v=2 м/мин
Высота подъема H=200 мм= 0,2 м
Выбираем полиспаст с кратностью а=2, числом ветвей m=1, числом отклоняющих блоков t=0.
КПД полиспаста:
Выбираем двигатель 4АС80А8У3
с мощностью Pдв=0,4 кВт и частотой n=660 мин-1
Наибольшая сила натяжения в канате
Разрушающая нагрузка должна удовлетворять условию
Выбираем канат двойной свивки типа ЛК-Р конструкции 6Х19 (1+6+6/6) +1 о.с. по ГОСТ 2688-80 для которого dк=6.9 мм, Sпр=18.05 мм2, Fразр=26 кН
Диаметр барабана по дну канавки
Принимаем
Крутящий момент на барабане
Частота вращения барабана
Необходимое передаточное отношение привода
Фактическая скорость подъема
Шаг нарезки барабана p=1.2*dк=8 мм
Число витков
Длина барабана 8*(2+6)=64 мм
Выбор редуктора
Наибольший момент на тихоходном валу
Эквивалентный момент на выходном валу
Выбираем редуктор Ч-63, iР=63, THlim=120 Н*м
Выбираем упругую муфту с пальцами
Т=63 Н*м, d=22мм по ГОСT 21424-75
7.Расчет ориентировочной стоимости печи
Для определения ориентировочной себестоимости печи будет достаточно найти стоимость материалов для изготовления печи, стоимость работ основных рабочих, а также определить размер цеховых и заводских расходов
|
№ |
Наименование |
Количество |
Оптовая цена, р/т |
Сумма, руб. |
|
1 |
Шамот-легковес |
2,888 т |
10000 |
28880 |
|
2 |
Шамот-ультралегковес |
0.634 т |
12000 |
7608 |
|
3 |
Минеральная вата |
0,757 т |
16000 |
12112 |
|
4 |
Двойной нихром Х20Н80 |
0,000495 т |
21000 |
10,4 |
|
5 |
Металлоизделия |
2,4 |
8500 |
20420 |
|
6 |
Термопара |
1 шт |
250 р/шт |
250 |
|
Суммарная стоимость материалов печи |
Таблица 2. Зарплата основных рабочих
|
№ |
профессия |
Объем работы |
разряд |
Расценки, руб/160 ч |
норма |
зарплата |
|
1 |
Слесарь |
20 ч |
4 |
1870 |
233,75 |
|
|
2 |
Сварщик |
50 ч |
5 |
2040 |
637,5 |
|
|
3 |
Огнеупорщик |
8,2 м3 |
4 |
1870 |
1,2 м3/ч |
79,92 |
|
4 |
электрик |
3 ч |
3 |
1700 |
31,88 |
|
Суммарная зарплата рабочих |
Таблица 3. Заводская себестоимость
|
№ |
затрата |
Сумма, руб |
|
1 |
Материалы |
|
|
2 |
Зарплата рабочих |
|
|
3 |
Цеховые расходы |
3146 |
|
4 |
Заводские расходы |
786,44 |
|
Заводская себестоимость печи |
Заводская себестоимость печи З.с.=74196 руб
Плановая себестоимость печи П.с.= З.с.+0,03*З.с.=74196+0,03*74196=76422 руб
Плановая цена П.ц.=1,03*П.с.=78715 руб
8.Таблица технико-экономических показателей
|
№ |
Нимвнование |
Единица измерения |
Величина |
Примечание |
|
1 |
Назначение печи |
Печь для нормализации |
||
|
2 |
Размеры рабочего пространства: Диаметр Высота |
мм мм |
1900 1720 |
|
|
3 |
Габаритные размеры: Диаметр Высота |
мм мм |
2640 2390 |
|
|
4 |
Стоимость |
руб |
78715 |
|
|
5 |
Масса |
т |
6,68 |
|
|
6 |
Максимальная температура |
0С |
900 |
|
|
7 |
Температура выдачи металла |
0С |
880 |
|
|
8 |
Время нагрева печи до заданной температуры |
час |
4,33 |
|
|
9 |
Время нагрева и выдержки деталей |
час |
32,12 |
|
|
10 |
Производительность печи |
кг/час |
406 |
|
|
11 |
Установленная мощность |
кВт |
150 |
|
|
12 |
Число регулируемых зон |
1 |
||
|
13 |
Напряжение на клеммах |
В |
380 |
|
|
14 |
Число фаз |
3 |
||
|
15 |
КПД |
% |
52 |
|
|
16 |
Удельный расход энергии |
кВт час/кг |
0,369 |
Приложение
|
Температура испытания, 0С |
20 |
100 |
200 |
300 |
400 |
500 |
600 |
700 |
800 |
900 |
|
Модуль нормальной упругости, (Е, Гпа) |
215 |
212 |
194 |
191 |
179 |
170 |
162 |
142 |
132 |
|
|
Модуль упругости при сдвиге кручением (G, Гпа) |
83 |
82 |
76 |
74 |
71 |
67 |
63 |
55 |
50 |
|
|
Плотность (r, кг/м3) |
7830 |
7810 |
7780 |
|
7710 |
|
7640 |
|
|
|
|
Коэффициент теплопроводности (Вт/(м ·0С)) |
44 |
44 |
43 |
41 |
39 |
36 |
33 |
32 |
32 |
|
|
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) |
10.2 |
11.5 |
12.4 |
13.0 |
13.5 |
14.0 |
|
|
|
|
|
Удельная теплоемкость (С, Дж/(кг · 0С)) |
496 |
508 |
525 |
538 |
567 |
588 |
626 |
706 |
|
|