Тема курсового проекта спроектировать электрическую печь сопротивления СШЗ15

Работа добавлена на сайт samzan.net:

PAGE  5

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.

Диаметр садки 15дм=1.5 м=1500мм

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.

Температура критических точек

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/(м0С)	38	24,7
c, Дж/(кг0С)	550	550

1.2. Тепловая массивность садки

Расчет ведем по критерию Био    

S=0.5d=0.51.5=0.75 м      

Значение суммарного коэффициента теплоотдачи  берем из [2]. При средней температуре  он будет равен

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

4.Тепловой баланс электрической печи

Qрасх=Qприх

Qрасх=Qпол+Qвспом+Qкл+Qакк+ Qотв+Qнеучт

1.Расчет Qкл.

 

1.  Расчет теплового потока через под печи. 

Под печи выполняем однослойным из шамота-ультралегковеса.

Толщина - d=0.325 м

l=0.093+1.6310-4tср

Выбираем температуры

На внутренней поверхности футеровки t1=8950C

На внешней поверхности футеровки t2=400C

tср=467,50C

l=0.093+1.6310-4467,5=0,1692

Dвн=1,9 м

Dнар=1,9+2d=1,9+20,325=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

Проверка слева

t1=900-1746.6190.003713=893.5 0C

t2=900-1746.619(0.003713+0.4838)=48 0C

Проверка справа

t"2=20+1746.6190.016317=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+1.6310-4472=0,1699

Проверка слева

t1=900-1753.5820.003713=893.5 0C

t2=900-1753.582(0.003713+0.4818)=48.6 0C

Проверка справа

t"2=20+1753.5820.003713=48.6 0C

t"1=20+1753.582(0.003713+0.4818)=893.5 0C

  при t1=8940C  и  t2=500C

1.  Расчет теплового потока через боковую поверхность печи.

Для боковой поверхности берем 2 слоя

1.  шамот-легковес d1=0.18 м  
   1.  минеральная вата d2=0.19 м

l1=0.1+1.4510-4t1ср

l2=0.044+1.6710-4t2ср

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+1.4510-4737,5=0,2069  

l2=0.044+1.6710-4305=0,0949  

Fвн=pDвнlвн =p1.91.92=11.46м2   Fвн=11.46м2

F12=pD12l12 =p(1.9+20.18)(1.92+20.18)=16.188м2   F12=16.188м2   

Fнар= F12+p2d2(1.9+2d1+2d2)=

=16.188+p20.19(1.9+20.18+20.19)=19.34 м2   F12=19.34м2   

Проверка слева

t1=900-4865.950.0009185=895.5 0C

t2=900-4865.95(0.0009185+0.06293)=589.32 0C

t3=900-4865.95(0.0009185+0.06293+0.1127)=40.92 0C

Проверка справа

t"3=20+4865.950.0043=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+1.4510-4742,5=0,2077  

l2=0.044+1.6710-4315.5=0,0967  

Проверка слева

t1=900-4931.390.0009185=895.47 0C

t2=900-4931.39(0.0009185+0.06262)=586.66 0C

t3=900-4931.39(0.0009185+0.06262+0.11061)=41.2 0C

Проверка справа

t"3=20+4931.390.0043=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  

1.  Расчет теплового потока через свод печи. 

Под печи выполняем однослойным из шамота-легковеса.

Толщина - d=0.325 м

l=0.1+1.4510-4tср

Выбираем температуры

На внутренней поверхности футеровки t1=8950C

На внешней поверхности футеровки t2=400C

tср=467,50C

l=0.1+1.4510-4467,5=0,1677

Dвн=1,9 м

Dотв=1,7 м

Dнар=1,9+2d=1,9+20,325=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

Проверка слева

t1=900-740.7460.0186=886.2 0C

t2=900-740.746(0.0186+1.13999)=41.77 0C

Проверка справа

t"2=20+740.7460.00294=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+1.6310-4463,985=0,1686

Проверка слева

t1=900-744.560.0186=886.15 0C

t2=900-744.56(0.0186+1.1339)=41.89 0C

Проверка справа

t"2=20+744.560.00294=41.89 0C

t"1=20+744.56(0.0294+1.1339)=886.15 0C

Окончательно принимаем

  при t1=8860C  и  t2=41,890C

1.  Расчет теплового потока через крышку.

Для крышки выбираем 2 слоя

1.  шамот-ултралегковес d1=0.13 м  
   1.  минеральная вата d2=0.18 м

l1=0.093+1.6310-4t1ср

l2=0.044+1.6710-4t2ср

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+1.6310-4737,5=0,2132

l2=0.044+1.6710-4310=0,09577  

Fвн=F12=Fнар=p(0.5Dвн)2=p(1.7/2)2=2.27 м2   Fвн=2.27м2

Проверка слева

t1=900-773,3970.004637=896.42 0C

t2=900-773,397(0.004637+0.2686)=688,68 0C

t3=900-773,397(0.004637+0.2686+0.8279)=48,39 0C

Проверка справа

t"3=20+773,3970.0367=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+1.4510-4742,5=0,222  

l2=0.044+1.6710-4315.5=0,1055  

Проверка слева

t1=900-837.430.004637=896.11 0C

t2=900-837.43(0.004637+0.2579)=680,14 0C

t3=900-837.43(0.004637+0.2579+0.7516)=50,73 0C

Проверка справа

t"3=20+837.430.0367=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.=gc(Tk-Tн)=406550(880-20)=192038000 Дж

Qпол.=53344Вт

1.  Расчет Qотв. 

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

Срок службы нагревателей не менее 10000 ч

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

Допустимая удельная поверхностная мощность

W=Wидaэфaгaрaс=1.80.6811.3=1.5912 Вт/см2

Берем 12 нагревателей, каждый мощностью P1=150/12=12.5 кВт

Удельное сопротивление сплава Х20Н80 при температуре 9500С

rг=1,1155 Оммм2/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

Размещение нагревателя в печи

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

Выбор двигателя

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

Выбор Каната

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

Расчет барабана

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

Выбор муфты

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

Таблица 1. Стоимость основных материалов

№	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

8,Список использованной литературы

1.  http://steels.h1.ru/  (использован Марочник сталей и сплавов. Под ред. В.Г.Сорокина, М.: Машиностроение, 1989 г.)
2.  Лаб. раб.
3.  Ксенофонтов А.Г., Нагрев металла. Методические указания к лабораторным работам по курсу «Расчет и конструирование нагревательных устройств» под редакцией Д.А. Прокошкина, М.: МГТУ, 1985.
4.  Рустем С.Л. Оборудование и проектирование термических цехов. М. Машгиз, 1962

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

1. тематичних наук Одеса 1999 Дисертацією є рукопис
2. Титульный лист Муниципальное образовательное учреждение Лукояновская средняя школа номер 1
3. Европейский совет, его статус и решения
4. временной изменчивости направления ветра в приземном слое
5. должностные лица Председатель Правительства РФ он назначается на должность Президентом РФ с одобрения Го
6. Грипп вирус и заболевание
7. Периандр (правитель) Коринфа
8. c10487bc29c843c18b70233fd7d11800
9. Реферат- Деникин А.И., о нем
10. 12 часов. Рыхло накладываем табак
11. Фармакологія та медична рецептура для спеціальності 5
12. Тема- Ділова українська мова як різновид літературної
13. Рождественские каникулы 2014 Цели и задачи 1
14. Эпам системзвед
15. Челябинская государственная медицинская академия Минздрава России Кафедра общей хирургии.
16. Тема 6. Создание рекламного текста Рекламный текст ~ это не слова для заполнения пространства каждое слово
17. группы риска К группе риска относится категория детей которые обладают слабой сопротивляемостью к фак
18. ПРАКТИКУМУ З ДИСЦИПЛІНИ АДМІНІСТРУВАННЯ ПОДАТКОВИХ ТА МИТНИХ ПЛАТЕЖІВ КРИТЕРІ
19. Связи с общественностью с составляющими управленческой функции
20. В АНДРИЕВСКАЯ Г

Материалы собраны группой SamZan и находятся в свободном доступе