Курсовая работа: Тепловий розрахунок камерної термічної печі з нерухомим подом

Для нагрівання під отжиг застосовують камерні печі і для окремих видів продукції - протяжні печі безперервної дії (отжиг стрічки, смуги, дроту).

Спеціалізована на термічній обробці піч повинна забезпечувати заданий технологією температурно-часовий режим обробки виробів і високу рівномірність нагріву виробів. Звичайні нагрівальні печі не завжди в змозі забезпечити необхідну в термообробці рівномірність і точність нагріву. Так, при нагріванні злитків під обробку тиском питомий перепад температури в кінці нагрівання повинен бути не більше 100-300 ° С на 1 метр товщини, а при нагріванні заготовок - не більше 1000 ° С на 1 метр товщини. Як при нагріванні злитків, так і заготовок абсолютне значення перепаду температури складає 50-70 ° С.

При термічній обробці ж металопродукції перепад температури по перетину наприкінці режиму термообробки частіше за все має взагалі бути відсутніми або становити не більше 5-10 ° С. Коли говорять про перепади температур, то в термічних печах перепад не по перетину, а за обсягом садки металу. Фактично - це розкид температури за обсягом садки. Його величина зазвичай становить 5-10 ° С, у той час як в нагрівальних печах розкид температур може бути 80-100 ° С і більше. Тому й кажуть, що при термообробці дуже жорсткі вимоги щодо рівномірності нагрівання.

В якості прикладу розглянемо найпоширеніші полум'яні термічні печі зі всього різноманіття полум'яних і електричних печей. Особливість полум'яних печей - вони опалюються газом. Мазут і тверде паливо практично не використовуються.

Складання матеріального і теплового балансів термічних печей має особливість, пов'язану з майже повною відсутністю окислення металу в процесі нагріву з-за малого рівня температур. Фактично баланс можна звести до матеріального балансу горіння палива, розрахованому або на 1 кг палива, або на 1 м³ палива, або на 1 Дж хімічної енергії палива.

1.2 Камерна термічна піч

Камерна піч - піч з близькими за значенням завдовжки, шириною і висотою робочого простору і з однаковою в усіх його точках температура рій, призначена для нагрівання або термічної обробки матеріалів.

Типовий представник камерної печі для нагріву - нагрівальний колодець. З термічних камерних печей відомі камерні печі з рухомим (викатним) подом, камерні печі з нерухомим подом (з зовнішньою механізацією) і ковпакові печі. Одна з основних відмінностей режимів нагріву і режимів термообробки в близьких за конструкцією печей полягає в тому, що в термічних печах часто реалізується режим при заданому законі зміни температури поверхні металу. Такий режим витримати на практиці набагато важче, тому що він передбачає постійного коректування температури печей атмосфери в часі.

Перевага камерних печей - їх універсальність у створенні різноманітних температурно-часових умов.

Недоліки:

1) великі втрати теплоти на акумуляцію кладкою при періодичних завантаження - вигрузці металу;

2) печі не відповідають вимогам поточного виробництва.

Тому камерні печі застосовуються там, де не можна використовувати прохідні печі, наприклад, при складних режимах термообробки, типу відпалу.

Слід відзначити особливості роботи пальників в камерних термічних печах. По-перше, в робочому просторі спостерігаються низькі робочі температури, що знаходяться на рівні температури займання палива і нижче. Тому для забезпечення стабільної роботи пальників їх треба оснащати запальниками (частіше електричними). По-друге, в камерній термічної печі сильно змінюється (в 10-20 і більше разів) теплова потужність і, відповідно, витрата палива. В період нагріву потужність максимальна, а в період витримки може впасти до нуля. Стандартні ж пальники нагрівальних печей допускають регулювання витрат газу в діапазоні 1: 4. Тому на камерних термічних печах повинні встановлюватися спеціальні пальники з широким діапазоном регулювання (1: 10, 1: 20 і вище). По-третє, в камерних термічних печах, як правило, неприпустима робота пальників безпосередньо в робочому просторі, тому що це викликає нерівномірність нагріву садки від факела.

1.3 Камерна термічна піч з нерухомим подом

Камерна піч з нерухомим подом (з зовнішньою механізацією) - піч, у якій завантаження та вивантаження металу відбувається за рахунок механічних пристроїв, розташованих за межами печі. Ця піч не має тих втрат теплоти, які є в печі з рухомим подом при навантаженні металу на подину. Але, з іншої сторони, завантаження металу в піч з зовнішньої механізацією ускладнена.

Зазвичай для великих печей використовується потужна напільна завантажувальна машина, що переміщаються по рейках уздовж торців завантаження низки печей і обслуговує ці печі. Якщо на заводі (в цеху) планується мати 1 - 2 печі, то немає сенсу мати громіздку підлогову машину, а треба мати печі з викатним подом.

Приклад печі з нерухомим подом представлений на рис.1.2 Особливість даної печі в наявності підподової топки для спалювання палива.

Принцип роботи печі наступний. Перед завантаженням садку готують, тобто

укладають на спеціальні підставки. Далі лапи підлогової машини пропускаються під ці підставки і вся садка повністю відвозиться завантажувальною машиною до потрібної печі. У печі піднімається заслонка і на лапах машини садка заноситься в піч. Після цього лапи опускаються в спеціально передбачені заглиблення в подині і витягуються з печі. Заслонка закривається. Підставки, на які укладалася садка, залишаються в печі на весь час термообробки, використовуються багаторазово і тому вони виконуються з жароміцної сталі.

Після завантаження садки включаються пальника в підподових топках. Утворені продукти горіння проходять по подини і надходять в робочий простір через канал 7 (мал.1.2). Через рециркуляційний канал 11 в підподову топку відсмоктуюся гази з робочого простору. У результаті цього знижується рівень температури газів, що виходять в робочий простір, і забезпечується інтенсивна циркуляція пічних газів.

Рис.1.2 - Камерна піч з зовнішньої механізацією:

1 - робочий простір; 2 - каркас; 3 - отвори для термопар; 4 - димовідвідні канали; 5 - заслонка; 6 - підподова топка; 7 - канал входу диму в робочий простір; 8 - збірний канал для диму; 9 - механізм підйому заслонки; 10 - поглиблення в подині для лап підлогової машини; 11 - рециркуляційний канал; 12 - пальник.

Відведення відпрацьованого диму відбувається через отвори в бічних стінках на рівні подини і біля зводу. Отвори та вертикальні канали для відводу диму добре видно на розрізі А-А пунктирними лініями. Дим з лівої і правої стінок печі збирається в один канал і далі через рекуператор йде до димаря. Звичайно кілька печей обслуговуються одним димарем.

Печі досить газощільні, єдиний пісочний затвор встановлюється між заслонкою і подиною. Як і інші камерні печі, піч не має додаткових оглядових вікон.

2. Розрахунок теплообміну в робочому просторі печі

2.1 Визначення геометричних параметрів випромінювання

Внутрішня поверхня кладки печі дорівнює:

F_кл = F_{торц. ст.} + F_{бок. ст.} + F_св. + F_под. = 2Вh_ср + 2L_n H_∑ + L_n +L_n B, м² ( 2.1)

де:

F_{торц. ст. -} сумарна поверхня торцевих стін печі, м² ;

F_{бок. ст} - сумарна поверхня причілків, м² ;