Навигация:

Главная Случайная страница Обратная связь ТОП Интересно знать Избранные Новые материалы

Топ:

Комплексной системы оценки состояния охраны труда на производственном объекте (КСОТ-П): Цели и задачи Комплексной системы оценки состояния охраны труда и определению факторов рисков по охране труда...

Особенности труда и отдыха в условиях низких температур: К работам при низких температурах на открытом воздухе и в не отапливаемых помещениях допускаются лица не моложе 18 лет, прошедшие...

Характеристика АТП и сварочно-жестяницкого участка: Транспорт в настоящее время является одной из важнейших отраслей народного...

Интересное:

Подходы к решению темы фильма: Существует три основных типа исторического фильма, имеющих между собой много общего...

Мероприятия для защиты от морозного пучения грунтов: Инженерная защита от морозного (криогенного) пучения грунтов необходима для легких малоэтажных зданий и других сооружений...

Средства для ингаляционного наркоза: Наркоз наступает в результате вдыхания (ингаляции) средств, которое осуществляют или с помощью маски...

Дисциплины:

Автоматизация Антропология Археология Архитектура Аудит Биология Бухгалтерия Военная наука Генетика География Геология Демография Журналистика Зоология Иностранные языки Информатика Искусство История Кинематография Компьютеризация Кораблестроение Кулинария Культура Лексикология Лингвистика Литература Логика Маркетинг Математика Машиностроение Медицина Менеджмент Металлургия Метрология Механика Музыкология Науковедение Образование Охрана Труда Педагогика Политология Правоотношение Предпринимательство Приборостроение Программирование Производство Промышленность Психология Радиосвязь Религия Риторика Социология Спорт Стандартизация Статистика Строительство Теология Технологии Торговля Транспорт Фармакология Физика Физиология Философия Финансы Химия Хозяйство Черчение Экология Экономика Электроника Энергетика Юриспруденция

Определение времени нагрева металла в методической зоне

2021-03-17

153

0.00 из 5.00 0 оценок

Заказать работу

Стр 1 из 2Следующая ⇒

СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

(на самостоятельную проработку)

В лекционном материале охвачена только часть вопросов подлежащих рассмотрению!!!

Роль теплотехники, теплотехнического и теплоэнергетического оборудования в современном производстве. Проблемы экономии топливно-энергетических ресурсов, использования вторичных энергоресурсов и защиты окружающей среды.

Теплогенерация за счет химической энергии топлива и электроэнергии

Виды сжигаемого топлива и их характеристика. Классификация топлив. Твердое, жидкое и газообразное топлива и их основные характеристики. Условное топливо. Устройства для сжигания топлива.

Физические основы электронагрева. Области применения.

Физические свойства газов и жидкостей. Особенности стpуйного течения. Проточный и рециркуляционный режимы движения. Слоевой режим. Струйные аппараты и области их применения. Потери энергии при движении жидкостей и газов.

Основные понятия и определения теплообмена. Значение теплообмена в промышленных процессах. Виды переноса теплоты: теплопроводность, конвекция, излучение. Расчет нагрева и охлаждения "тонких" и "массивных" тел.

Основы теории подобия и моделирования тепловых процессов. Теплопередача. Тепловая изоляция.

Теплотехническое и теплоэнергетическое оборудование.

Технологические промышленные печи. Общая схема печи. Утилизация теплоты отходящих продуктов сгорания топлива. Очистка дымовых газов. Основы технологии нагрева металла. Типовые режимы нагрева металла. Брак при нагреве: окисление, обезуглероживание, перегрев, пережог металла и пути снижения потерь металла. Основные огнеупорные и теплоизоляционные материалы, их характеристики и области применения. Промышленные котельные установки. Составление тепловых балансов промышленных печей. Основные теплотехнические показатели работы печей. Пути энергосбережения.

Основная литература

Теплотехника: Учебник /[В.Н. Луканин, М.Г.Шатров, Г.М. Камфер и др.]; Под ред. В.Н. Луканина.- 3-е изд.,испр.- М.: Высш.шк.,2002.- 671с.

Теплотехника: Учебник /[В.Н. Луканин, М.Г.Шатров, Г.М. Камфер и др.]; Под

ред. В.Н. Луканина.- 4-е изд., испр. - М.: Высш.шк.,2003.- 671с.

Дополнительная литература

Хрестоматия энергосбережения: Справочник: В 2 кн./ В.Г. Лисиенко, Я.М.Щелоков, М.Г. Ладыгичев; Под ред.В.Г. Лисиенко.- М.: Теплоэнергетик -.Кн.2.- 2002.- 760с

Промышленная теплоэнергетика и экология: Учеб. пособ. / МГТУ; Л.А. Скворцов,Г.Н. Матвеева, Б.К. Сеничкин.- Магнитогорск,2002.- 48с.

Общая энергетика: Учебное пособие / МГТУ; Е.Б. Агапитов, Л.А. Скворцов, Ю.И. Тартаковский, Г.Н. Матвеева. - Магнитогорск, 2002.- 73с.:ил.

Энергосбережение, теплоэнергетика и металлургическая теплотехника: Сб. науч. тр. / МГТУ; По ред. Б.К. Сеничкина. - Магнитогорск,2003.- 149с ил

Нетрадиционная энергетика. Ветроэнергетика. Установки ветроэнергетические: Классификация: ГОСТ Р 51990-2002: Введен 2003-07-01. - Изд. офиц.- М.: ИПК Изд-во станд., 2003.- 8с.: ил.- (Гос.станд.РФ).

Энергосбережение и управление энергопотреблением в металлургическом производстве: / Г.В. Никифоров, В.К.Олейников, Б.И.Заславец. - М.: Мир Энергоатомиздат: Металлургия, 2003. - 479с.: ил.

Топливо. Рациональное сжигание, управление и технологическое использование: Справочник в 3- кн. / В.Г. Лисиенко, Я.М. Щелоков, М.Г. Ладыгичев; Под ред. В.Г. Лисиенко.- М.: Теплотехник, 2003 -. Кн.1.- 2003.- 604c.,. Кн.2. - 2004.- 831c., Кн.3.- 2003.- 586c.

Сеничкин Б.К. Газодинамические расчеты элементов теплоэнергетических систем. Метод. указ. МГТУ, Магнитогорск, 2003.

Сеничкин Б.К. Расчет нагрева металла в печи со сводовым отоплением. Часть 1. Метод. указ. МГТУ, Магнитогорск,2003.

Сеничкин Б.К., Матвеева Г.Н., Тартаковский Ю.И., Агапитов Е.Б. Тепловые расчеты нагревательных печей. Часть 1. Уч. пособие. МГТУ, Магнитогорск, 2003

Ладыгичев М.Г., Бернер Г.Я. Зарубежное и отечественное оборудование для очистки газов. –М.: Теплотехник, 2004. -693с.

Контрольная работа

Задания для самостоятельной работы студентов (РГР-1, РГР-2, РГР-3)

Задание включает теплотехнический расчет топливной печи, выполняемый по типовой методике. Каждый студент выполняет индивидуальное задание по вариантам.

Методическая печь производительностью P, т/ч для нагрева до tк заготовок среднеуглеродистой стали размерами S*B*L, мм. Разность температур в конце выдержки t.

Вар. Р tк S * B * L t Вар. Р tк S * B * L t

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30

100 98 96 94 40 42 44 46 50 52 54 56 70 72 74 76 92 90 88 86 80 62 68 66 64 104 108 120 94 106

1100 1120 1140 1160 1180 1200 1220 1240 1100 1260 1120 1240 1140 1220 1150 1200 1180 1100 1260 1120 1240 1190 1220 1160 1200 1180 1230 1200 1140 1250

150 70 130 100 140 200 80 90 70 100 80 100 70 110 120 90 70 80 110 140 100 70 180 80 160 120 140 100 80 110

150 70 250 100 200 200 80 300 200 150 120 250 250 220 300 300 250 150 110 180 180 200 300 250 160 220 400 300 250 350

3000 4000 2500 6000 3500 6000 3000 2000 4500 3500 5000 5000 7000 4500 2000 3500 2500 5000 4500 3500 7000 2000 4000 2500 4500 6500 8000 9000 4500 5000

30 40 50 60 30 40 50 60 30 40 50 60 30 40 50 60 30 40 50 60 30 40 50 60 30 50 50 40 30 40

31 32 34 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60

48 58 60 90 92 94 100 50 52 54 56 42 44 46 48 66 68 70 72 80 82 84 86 88 90 106 110 96 92 100

1180 1100 1240 1120 1220 1140 1260 1160 1200 1240 1180 1100 1260 1120 1240 1160 1220 1140 1200 1180 1260 1140 1100 1200 1260 1160 1200 1180 1250 1220

100 140 120 70 80 90 80 70 100 120 140 80 90 100 110 130 150 170 190 60 80 120 90 140 160 130 150 110 90 120

250 200 150 150 300 200 100 70 160 220 240 180 90 140 150 130 180 220 400 160 400 350 400 140 360 300 350 300 250 400

3500 3000 2000 8000 3000 4000 3500 2000 3000 4500 5500 6500 7500 2500 3000 4000 5500 4000 4000 5500 7500 4000 8000 6500 5500 7000 8500 5500 4000 6500

40 50 60 30 40 50 60 30 40 50 60 30 40 50 60 30 40 50 60 30 40 50 60 30 40 50 40 30 50 40

Объем работы: 1.Определение времени нагрева заготовок. 2.Определение

основных размеров печи, составление теплового баланса печи, определение общего

и удельного расхода топлива. 3.Определение основных теплотехнических

характеристик печи и выбор путей энергосбережения.

Примерные контрольные вопросы к зачету

1. Виды топлива и их состав. Условное топливо.

2. Основные характеристики топлива.

3. Устройства для сжигания топлива.

4. Электронагрев плазменный, индукционный, электросопротивлением, электроннолучевой. Назначения, области эффективного применения.

5. Свободные и частично ограниченные струйные течения.

6. Ограниченные струйные течения. Инжектор и эжектор.

7. Виды движения газов в печах.

8. Потери энергии при движении газов.

9. Виды переноса теплоты: теплопроводность, конвекция, излучение. Основные понятия и определения.

10. Основы теории подобия и моделирования теплотехнических

и теплоэнергетических процессов и оборудования.

11. Назначение и общая схема промышленной печи.

12. Использование вторичных энергоресурсов. Типы теплообменников, их назначение и сравнительная оценка.

13. Очистка дымовых газов.

14. Основы технологии нагрева металла. Типовые режимы нагрева "тонких" и "массивных" заготовок.

15. Особенности нагрева качественных сталей

16. Основы расчета нагрева металла.

17. Виды брака при нагреве металла и пути снижения потерь металла.

18. Материалы, применяемые в печах

19.Основные элементы конструкций печей..

20. Основные типы нагревательных устройств.

21. Огнеупорные материалы, их основные свойства.

22. Теплоизоляционные материалы, их основные свойства.

23. Источники тепловой и электрической энергии на предприятиях. Назначение и общая схема котельной установки и тепловой электростанции.

24. Составление и анализ тепловых балансов печей.

25.Основные теплотехнические показатели работы печей и пути энергосбережения.

Пример типового расчета РГР

Теория, конструкции и расчеты металлургических печей: Учебник для техникумов. В 2-х томах. Т.2. Мастрюков Б.С. Расчеты металлургических печей. – М.: Металлургия, 1986. – 376 с.

Дано:

Методическая печь производительностью 90 т/ч (25 кг/с), для нагрева до 1100 ⁰С заготовок среднеуглеродистой стали размерами 80мм ∙ 150мм ∙ 5000мм. Напряженность габаритного пода 700 кгс/(м²∙ч). Разность температур в конце выдержки 40 ⁰С.

Определить:

1.Время нагрева заготовок.

2.Основные размеры печи, тепловой баланс, общий и удельный расход топлива.

3.Основные теплотехнические характеристики печи и выбор путей энергосбережения.

Время нагрева металла

Температуру уходящих из печи дымовых газов принимаем равной t_ух=850⁰С; температуру печи в томильной зоне на 50⁰ выше температуры нагрева металла, т.е. 1150⁰С.

Поскольку основным назначением методической зоны является медленный нагрев металла до состояния пластичности, то температура в центре металла при переходе из методической в сварочную зону должна быть порядка 400-500⁰С.

Разность температур между поверхностью и серединой заготовки для методической зоны печей прокатного производства можно принять равной (700-800) S, где S – прогреваемая (расчетная) толщина. В рассматриваемом случае двустороннего нагрева µ=0.55 δ=0.55·0.08=0.044м и, следовательно Δt=700·0,044=30.08⁰С, т.е. следует принять температуру поверхности сляба в конце методической зоны, равной 500⁰С.

Определим ориентировочные размеры печи. При однорядном расположении заготовок ширина печи равна

В = l + 2а = 5 + 2·0,2 = 5.4 м.

Здесь а = 0,2 м – зазоры между слябами и стенками печи.

В соответствии с рекомендациями высоту печи принимаем равной: в томильной зоне 1,65 м, в сварочной 2,8 м, в методической зоне 1,6 м.

Находим степени развития кладки (на 1м длины печи) для:

методической зоны ω_М=(2·1.6 + 5.4)/2.5 = 1.72;

сварочной зоны ω_св=(2·2.8 + 5.4)/2.5 = 2.2;

томильной зоны ω_Т=(2·1.65+ 5.4)/2,5 = 1.74.

Определим эффективную дину луча, м:

S_эф = 3,6 V = 3,6 hB __;

F 2h+2B

методическая зона

S^М_эф = 3,6 1,6 · 5,4 ____ = 2.22 м;

2 · 1,6 +2 · 5,4

сварочная зона

S^св_эф = 3,6 2,8 · 5,4 ____ = 3,32 м;

2 · 2,8 +2 · 5,4

томильная зона

S^Т_эф = 3,6 1,65 · 5,4 ____ = 2,27 м;

2 · 1,65 +2 · 5,4

Тепловой баланс

При проектировании печи за определением основных размеров следует конструктивная проработка деталей. Поскольку в данном примере такая проработка не проводится, некоторые статьи расхода тепла, не превышающие 5 % от всего расхода, будем опускать.

Приход тепла

1. Тепло от горения топлива

Qхим = B·Qн^р = 20900·B кВт,

здесь В — расход топлива, м³/с, при нормальных условиях.

2. Тепло, вносимое подогретым воздухом
Q_в = B·i_в·V_в = В·602.05·5.46 = 3287,19·В кВт.

3.Тепло экзотермических реакций (принимая угар металла 1 %)

Q_экз = 5.65·10⁶ ·25· 1·10^-2 = 1412,5 кВт.

Расход тепла

1.Тепло, затраченное на нагрев металла

Q_пол = Р (i_м^кон – i_м^нач) = 25 (720 – 9.72) = 19414,3 кВт,

где i_м^кон = 720 кДж/кг — энтальпия среднеуглеродистой стали при t_м^кон = 0.5(1100 + 1050) = 1075 ^оС;

i_м^нач = 9.72 кДж/кг — энтальпия среднеуглеродистой стали при t_м^кон = 0.5(20 + 20) = 20 ^оС.

2. Тепло, уносимое уходящими дымовыми газами

Q_ух = B V_п.с. i_п.с. = В 6.39 1373.3 = 8775.4 В кВт.

Энтальпия продуктов сгорания при температуре t_ух = 850 ⁰С равна

СО₂…0.106·1845.7 = 195.6

Н₂О…0.168·1422.9 = 239

О₂…0.08·1240.9 = 99.3

N₂…0.718·1169.1 = 839.4

i_п.с.⁸⁵⁰ = 1373.3 кДж/м³

3. Потери тепла теплопроводности через кладку.

Потерями тепла через под в данном примере пренебрегаем. Рассчитываем только потери тепла через свод и степы печи.

Потери тепла через свод

Площадь свода принимаем равной площади пода 124.7 м²; толщина свода 0,3 м, материал каолин. Принимаем, что температура внутренней поверхности свода равна средней по длине печи температуре газов, которая равна

t_г = 0,25(850 + 1300 + 1100) = 812.5°С.

Если считать температуру окружающей среды равной t_ОК=30°С, то температуру поверхности однослойного свода можно принять равной t_нар = 340°С.

При средней по толщине температуре свода t_K = 0,5(812.5+340) = 576.25°С коэффициент теплопроводности каолина равен

λ_к = 1,75 + 0,86·576.25 = 2,25 Вт/(м·К).

Тогда потери тепла через свод печи будут равны

Q_св= ((t_кл^внут – t_ок)·F_св)/(δ_к/λ_к + 1/α) = ((812.5 – 30)·124.7)/(0.3/2.25 + 1/39.52) = 4952.5 кВт,

где α = 1.3(10 + 0.06·340) = 39.52 Вт/(м²·К).

Потери тепла через стены печи

Стены печи состоят из слоя шамота толщиной δ_Ш = 0,345 м и слоя диатомита, толщиной δ_Д = 0,115 м. Наружная поверхность стен равна:

методическая зона

F_м = 2·L_м ·2·h_м = 2·8.4·2·1.6 = 53.76 м²;

сварочная зона

F_св = 2·L_св ·2·h_св = 2·7.97·2·2.8 = 89.3 м²;

томильная зона

F_т = 2·L_т ·2·h_т = 2·6.72.·1.65 = 22.2 м²;

торцы печи

F_торц = [B + 2(δ_Ш + δ_д)]·(2·h_м + h_т) = [5.4 + 2(0.345 + 0.115)]·(2·1.6 + 1.65) = 30.65 м²;

Полная площадь стен равна

F_ст = 53.76 + 89.3 + 22.2 + 30.65 = 195.91 м².

Для вычисления коэффициентов теплопроводности, зависящих от температуры, необходимо найти среднее значение температуры слоев. Средняя температура слоя шамота равна t_ш= (t_кл^внут + t’)/2, а слоя диатомита t_д = (t’ + t_кл^нар)/2, где t’— температура на границе раздела слоев, °С; t_кл^нар — температура наружной поверхности стен, которую можно принять равной 160°С.

Коэффициент теплопроводности шамота

λ_ш = 0.835 + 0.58·10^-3· t_ш

Коэффициент теплопроводности диатомита

λ_д = 0.145 + 0.314·10^-3· t_д

В стационарном режиме

(λ_ш/ δ_ш) · (t_кл^внут + t’) = (λ_д/ λ_д) · (t’ + t_кл^нар)

Подставляя значения коэффициентов теплопроводности и решив квадратичное уравнение, найдем значение t’ = 565.04 °С.

Тогда

t_ш= (812.5 + 565.04)/2 = 688.7 °С,

t_д = (565.04 + 160)/2 = 362.52 °С.

Окончательно получаем

λ_ш = 0.835 + 0.58·10^-3· 688.7 = 0.94 Вт/м·К.

λ_д = 0.145 + 0.314·10^-3· 362.5 = 0.258 Вт/м·К.

Количество тепла, теряемое теплопроводностью через стены печи, равно

Q_ст = 197.9 кВт,

Общее количество тепла, теряемое теплопроводностью через кладку

Q_тепл = Q_св + Q_ст = 5015.8 + 197.9 = 5213.7 кВт.

4. Потери тепла с охлаждающей водой по практическим данным принимаем равными 10 % от тепла, вносимого топливом и воздухом

Q_охл = 0.1·В·(20900 + 3287.19) = 2418.7·В кВт.

5. Неучтенные потери определяем по формуле (160)
Q_неуч = 0.15·(5213.7 + 2418.7·В) = 782.1 + 362.8·В Квт.

Уравнение теплового баланса

20900·В + 3287.19·В + 1412.5 = 17757 + 8775.4·В + 5213.7 + 2418.7·В + 782.1 + 362.8·В;

12630.3·В = 24348.21;

Откуда В = 1.9 м³/с.

Таблица. Тепловой баланс методической печи

Статья прихода	кВт (%)	Статья расхода	кВт (%)
Тепло от горения топлива …………… Физическое тепло воздуха …………… Тепло экзотермических реакций …………... Итого:	39710 (83,82) 6245,7 (13,18) 1412,5 (3,00) 47368,2 (100)	Тепло на нагрев металла …………. Тепло, уносимое уходящими газами Потери тепла теплопроводностью через кладку ……. Потери тепла с охлаждающей водой Неучтенные потери Итого:	19414,29 (41,00) 16673,26 (35,2) 5213,7 (11,00) 4595,53 (9,7) 1471,42 (3,1) 47368,2 (100)