Проект термического отделения для обезуглероживающего и рекристаллизационного отжига изотропной электротехнической стали третьей группы легирования

Страница 4

3.Расчет оборудования и проектирование отделения.

3.1 Технико-экономическое обоснование выбора основного, дополнительного и вспомогательного оборудования.

Основное оборудование- это оборудование на котором выполняются основные операции термической обработки: печи, агрегаты с различными источниками тепла, установки для прямого нагрева током, оборудование для закалки.

Дополнительное оборудование служит для выполнения операций обработки: травильные баки, моечные машины, дробеструйные аппараты, оборудование для контроля продукции, сварочное оборудование.

Вспомогательное оборудование служит для получения контролируемых атмосфер.

Теплоэнергетическое силовое оборудование: двигатели, вентиляторы, компрессоры, насосы холодильные установки, трубопроводы, электросеть.[6]

Подъемно-транспортное оборудование включает в себя следующие виды краны и подъемники всех типов, конвейеры, транспортеры, электро-и мотокары, механизмы загрузки и разгрузи.

Применение в качестве основного оборудования агрегата непрерывного отжига, работающему по непрерывному режиму, более рационально, так как это увеличивает выпуск готовой продукции, повышает производительность агрегата, ускоряет процесс обезуглероживания, уменьшает расход тепла и потери металла. Поэтому в термических отделениях целесообразно строить и применять оборудование непрерывного действия.

В отделении непрерывного отжига в качестве источника тепла применяют электроэнергию. Это позволяет осуществлять тепловой режим термической обработки с точностью ±5%. Кроме того электрические термические печи имеют регулируемый тепловой режим. Срок службы электрических печей более длительный. Значительно облегчено обслуживание печи, так как отсутствует система боровов, труб, а также высокая культура производства и гигиены труда.[6]

3.2 Расчет электрических и нагревательных элементов.

Источником тепла в печи являются электронагреватели. Общая установочная мощность электронагревателей составляет 6600 кВт.

Мощность одного электронагревателя 240 кВт: РНОМ=240 кВт

Так как мощность печи превышает 15 кВт, то печь конструируют трехфазной. Мощность одной фазы определяется по формуле:

РФ=РН/3=240/3=80 кВт (1)

Фазовое напряжение на концах нагревателя:

U=U/3=380/3=220В (2)

Сила тока проходящего через нагреватель

I=103РФ/UФ=10 *80/220=363.6 А (3)

Сопротивление электронагревателей

Рф=Uф/103 Pф=2202/103*80=0.6 Ом (4)

Выбираем ленточный электронагреватель. Нагревательные элементы должны обеспечивать бесперебойную длительную службу при заданном тепловом режиме.[7]

Поэтому необходимо выбирать материал в зависимости от максимальной температуры нагрева и характера среды.

По таблице 4[7] выбираем материал Х20Н80Т3.

Толщина ленты определяется по следующей формуле

а=103Р2фr/2m(m+1)U2фn, (5)

Где r=1,31 Ом мм2/м удельное сопротивление материала (таблица 4 [2])

n=0,7 Вт/см2-удельная поверхностная мощность нагревателя.

M=8 -12-отношение ширины ленты к ее толщине, выбираем m=12

А=1058021,31/2*12(12+1)*22020,7=3,4 мм (6)

По таблице 6 [9] принимаем максимальное значение а=3,2мм.

Длина нагревателя

L1=Rab/r=0.6*3.2*38.4/1.31=56.26 (7)

Длина трех нагревателей

Lобщ=l1*3=56.26*3=168.84 м (8)

Масса трех нагревателей

G=a*b*lобщg103, где (9)

g=8,4г/см3-плотность (табл.4[2])

G=3.2*38.4*168.84*8.4*10-3=174.28

кг

Проверяем поверхностную нагрузку

n=50*Рф /(а+b)*l1=50*80/(3.2+38.4)56.28=0.7 (10)

Сравнивая поверхностную нагрузку, рассчитанную с допустимой (таб.2[9]) видно что она находится в пределах допустимой.

Ленточные элементы сопротивления располагаются обычно зигзагом на стенках, своде и поде печи.[9]

Расстояние внутри зигзагов Р принимаем 17 мм. Высоту зигзагов принимаем равной 200 мм., тогда А=183 мм.

Р - расстояние внутри зигзагов.

В - высота зигзага.

А - высота зигзага между центрами закругленной ленты.

И - шаг зигзага

Длина одного зигзага:

Lзигзага=2p*Р+2А, мм. (11)

Lзигзага=2p*17+2*183=419 мм.

Число зигзагов

N=(1*103-2вывода)/Lзиг., (12)

Где Lвывод=с+100, мм.

С - толщина стенки печи (с=375 мм.)

N=(127.4*103-2(375+100))/419=302

Шаг зигзага И=34 мм.

Длина нагревательного элемента свернутого зигзагом L:

L=И*n*10-3, м.

L=34*302*10-3=10.268 м.

3.3 Тепловой расчет термоагрегата

Тепловой расчет термической печи сводится к определению расхода тепла, мощности печи коэффициента полезного действия[10]

Расход тепла определяется по формуле Qрасх=Qме+Qкл+Qн. п, (13) где Qме - тепло идущее на нагрев металла

Qкл-тепло теряемое в окружающее пространство через кладку печи (свод, стена, под)

Q нп - прочие не учтенные потери.

Тепло идущее на нагрев металла

Qме=G(c2tк-c1tн), (14)

где G-производительность печи,

А tк tн-начальная и конечная температура металла

С1,с2-удельные теплоемкости соответственно t н, tк

G=m/tнагр, (15)

Где m-масса металла находящегося в камере нагрева

tнагр-время нагрева

m=V*r, (16)

где V-объем металла находящегося в камере нагрева;

r=7,8 кг/м3-плотность металла;

V=а*b*l, (17)

Где а-толщина полосы;

b-ширина полосы;

l-длина камеры нагрева.

V=0,5*1065*3350=878387,50 мм3=0,0178 м3

M=0,0178*7,8=0,1388=138,8 кг

Время нагрева определяется как одна минута на миллиметр сечения.

tнагр.=1*0,5=0,5 мин=30 сек.

Производительность печи:

G=138.6/30=4.63 кг/сек.

Тепло идущее на нагрев металла:

QMe=4,63*[0.653(800+273)*0.47(20+273)]=2607 кВт

С1=0,47 кДж/кг*К, при t=200C;

C2=0.653 кДж/кг*К, при t=8000C

Тепло теряемое в окружающее пространство через кладку печи[8]:

Qкл=Qст+Qпод+Qсвод, (17)

Где Qст-потери тепла через стены,

Qпод-потери тепла через под,

Qсвод-потери тепла через свод.

2. Свод печи

tк=tг

Рис.4 Схема трехслойного свода печи

1)Диатомит не обожженный в кусках l=0,11+0,232*10-3t,Вт/(м*к)

2)Шамот легковесный ШЛ-0,4;

l=0.1+0.00021t, Вт/(м*К) (18)

3) Асбестовый картон

l=0,12+0,00024t,Вт/(м*К)

2 Стены

Рис.5 Схема трехслойной плоской стенки печи.

Шамот легковесный ШЛ-0,9

l=0,29+0,00023t, Вт/(м*К);

Шамот легковесный ШЛ-0,4

l=0,1+0,00021t Вт/(м*К);

Асбестовый картон

l=0,12+0,00024t, Вт/(м*К)

3 Под

Рис.6 Схема трехслойного пода печи.

1)Диатомит необожженный в кусках

l=0,11+0,000232t,Вт/(м*К)

2)Шамот легковесный ШЛ-0,4

l=0,1+0,00021t, Вт/(м*К)

3)Асбестовый картон

l=0,12+0,00024t, Вт/(м*К);

Исходные данные для расчета потерь через кладку[10]:

1.Температура внутренней поверхности стенки tк, равной температуре печи, 0С.

2. Температура окружающего воздуха в термическом отделении tв,0С.

3. Температура на границе первого и второго слоя кладки t1,0С.

4. Температура на границе второго и третьего слоя кладки t2,0С.

5. Температура наружней поверхности стенки t3,0С.

6.Толщина слоев:

внутренний-S1 ;

средний-S2;

наружний-S3;

7.Коэффициент теплопроводности слоев при 00С-l1, l2, l3 ,Вт/(м*к)

8.Коэффициент температурного измерения теплопроводности слоев -В1 В2, В3, Вт/(м*с)

Расчет плотности теплового потока методом последовательного приближения и температур t1, t2, t3 на границах слоев кладки выполняем на микро-ЭВМ ” электроника-МК61” по программе.

1. Свод: t1 =5060C; t2=3000C; t3=550C; q1=331 Вт/м2.

2. Стены: t1=5990C; t2=3220C; t3=590C; q2=362 Вт/м2.

3. Под: t1=5050C; t2=2790C; t3=530C; q3=304 Вт/м2.

Потери тепла через свод:

Qсв=qсв*Fсв*10-3; (18)

Fcв=L*B=192*9=1728 м2; (19)

Qсв=331*1728*10-3=571.9 кВт.

Потери тепла через стены:

Qст=qст*Fст*10-3; (20)

Fст=2LH=2*192*8.5=3264м2; (21)

Qст=362*3264*10-3=1181,6 кВт. (22)

Потери тепла через под принимаем 0,75Qcт.

Qпод=0,75Qcт=1181.6*0.75=886.2кВт; (23)