Тепловой расчет печей сопротивления

Министерство  образования и науки Российской Федерации

Саратовский государственный технический университет

имени Гагарина Ю.А.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Курсовой  проект на тему:

 

 

«Тепловой расчет печей сопротивления».

 

 

 

 

                                                                     

 

 

 

 

 

             Выполнил:

                                                                                   Проверил:

 

 

 

 

 

 

 

 

Саратов 2012

Задание на курсовой проект:

 

Спроектировать электрическую  печь для нагрева под термическую  обработку валов из специальной  стали диаметром 300 мм, длиной 2500 мм. Температурный режим состоит из нагрева до 1000±20  ^оС  и медленного остывания в печи до 400 со скоростью не выше 20 ^оC/ч, после чего изделие может быть вынуто из печи. В период нагрева температурный перепад в изделии не должен превышать 60. Теплопроводность материала равна , удельная теплоемкость . Нагрев валов должен вестись в вертикальном положении.

Производительность установки  2 вала в сутки.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Расчет:

Так как по заданию нагрев должен производиться в вертикальном положении валов и так как производительность установки мала, то наиболее подходящим типом печи является шахтная электрическая печь, рассчитанная на одновременный нагрев одного вала.

Определяем время нагрева  вала

Температуру печи принимаем 1050

Получаем:

с другой стороны, определяем максимальный допустимый удельный тепловой поток q из условий

 

Время нагрева вала до t₂= 944 ^oC

_,

       

Итак, полное время нагрева изделия 2,3 часа.

 

Для определения  тепловых потерь печи конструируем ее футеровку

Внутренний диаметр печи берем, учитывая тяжесть загрузки и  необходимость в специальной  для нее подвеске, равный 900 мм, диаметр горловины печи равный 800 мм, ее полезную высоту 2700 мм. Стены выкладываем из слоя пенолегковеса с ρ=270 кг/м толщиной 100 мм и слоя диатомитового кирпича с толщиной 200 мм. Днище печи выкладываем из пенолегковеса толщиной 100 мм и диатомита толщиной тоже 100 мм. Крышка печи набирается из шамотовых плит толщиной  100 мм и из слоя минеральной ваты с ρ=150 толщиной 200 мм.

Для температуры внутри печи в  принимаем, что температура на границе пенолегковес-диатомит в стенках печи составляет _620^оС и в днище _390^оС, а температура кожуха печи .

 

 

 

1. Для стен печи:

 

Проверяем температуры:

Совпадение отличное.

2) Для днища печи:

Проверяем температуры:

        Совпадение  хорошее.

3) Для крышки печи:

Задаемся температурой в  крышке на границе шамота с минеральной ватой в 940 ⁰С и температурой на кожухе 50 ⁰С тогда:

 

Таким образом, суммарные  тепловые потери печи при температуре  ее стенок в 1050 ⁰С равны:

здесь 1.2 - коэффициент запаса, так как мы не учитывали потери через тепловые короткие замыкания. Кроме того, коэффициент 1.2 учитывает  возможное старение теплоизоляции  печи в эксплуатации.

 

Для расчета времени остывания  печи определяем аккумулированное ее кладкой тепло.

1) Масса пенолегковеса стен печи:

 

Аккумулированное им тепло:

2) Масса легковеса днища:

Аккумулированное им тепло:

3) Масса шамота крышки:

Аккумулированное им тепло:

4)Масса диатомита стен:

Аккумулированное им тепло:

5) Масса диатомита днища:

Аккумулированное им тепло:

6) Масса минеральной ваты крышки:

Аккумулированное им тепло:

 

Суммарное аккумулированное кладкой тепло при температуре  944 ⁰С:

Количество тепла, аккумулированного  изделием:

Количество тепла, аккумулированного  жароупорной подвеской:

удельная теплоемкость жароупорной  хромоникелевой стали:

Полное количество тепла, аккумулированного загруженной  печью:

Так как расчеты приближенные, то аккумулированное кладкой и изделием тепло, а также тепловые потери печи можно принять пропорциональными её температуре. Для 400 ⁰С будем иметь:

Количество тепла, которое  печь должна потерять за время остывания:

Средние тепловые потери за время остывания:

Время остывания печи:

что дает:

Как видим, скорость остывания  получилась меньше допустимой. Следовательно, для увеличения скорости остывания печи можно было бы пойти на облегчение кладки или выбор других материалов.

 

Полное время цикла:

Следовательно, для получения  заданной производительности в 2 вала в сутки придется установить 4 шахтных печи.

Тепловые потери за время  нагрева:

Тепловые потери за время  остывания:

Тепловые потери за время  простоя печи:

Полный расход тепла за цикл:

отсюда удельный расход энергии:

Коэффициент полезного действия печи:

Как видим, КПД печи низок, что обуславливается большими потерями аккумулированного кладкой тепла  при остывании изделий в печи. Кроме того, при этом мощность печей  будет также велика, так как  в период разогрева придется восполнить потерянное в период остывания тепло  кладки.

 

Из этой мощности только 62,621 кВт составляет полезную. Поэтому гораздо целесообразнее отделить процесс остывания изделий от его нагрева путем переноса изделий по достижении им заданной температуры в специальный колодец, нагреваемый самим изделием в процессе его остывания, причем поддержания нужной скорости остывания изделий сможет быть получено соответствующим выбором теплоизоляции колодцев. В этом случае КПД печи поднимается до значения

или на 33% больше чем в  предыдущем случае.

Удельный расход энергии

то есть снизился на 31,5%

Мощность печи при этом

Так как полное время цикла  составляет теперь 3,3ч., то потребуется 1 печь и 3 колодца.

 

 

     Заключение

В ходе проделанной курсовой работы мы наглядно убедились насколько  невыгодно остывание изделий  в печах и почему на практике это  остывание всегда проводится в колодцах.

В ходе работы были получены практические навыки проектировки печей  сопротивления, выбора и расчета  отдельных ее составляющих. Убедились, какой нелегкий и трудоемкий труд проектировщика.