close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Анин

код для вставкиСкачать
 СНЗ-6.10.3/11 - печь сопротивления камерная с защитной атмосферой.
Ширина садки - 6 дм = 600 мм.
Длина садки - 10 дм = 1000 мм.
Высота садки - 3 дм = 300 мм.
Максимальная температура нагрева печи Tmax= 1100 0C.
Сталь 15Х - сталь конструкционная легированная.
Применение: втулки, пальцы, шестерни, валики, толкатели и другие цементуемые детали, к которым предъявляется требование высокой поверхностной твердости при невысокой прочности сердцевины, детали, работающие в условиях износа при трении. Темпера критических точек материала
Критическая точка °С Ac1 766 Ac3 838 Ar3 799 Ar1 702Температура 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.
Температура испытания, 0С 220 1100 2200 3300 4400 5500 6600 7700 8800 9900 Модуль нормальной упругости, (Е, Гпа) 2215 2212 1194 1191 1179 1170 1162 1142 1132 Модуль упругости при сдвиге кручением (G, Гпа) 883 882 776 774 771 667 663 555 550 Плотность (r, кг/м3) 77830 77810 77780 77710 77640 Коэффициент
Теплопроводности
(Вт/(м ·0С)) 444 444 443 441 339 336 333 332 332 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) 110.2 111.5 112.4 113.0 113.5 114.0 Удельная теплоемкость
(С, Дж/(кг · 0С)) 4496 5508 5525 5538 5567 5588 6626 7606 1.Определение теплотехнических характеристик и тепловой массивности садки.
1.1. Теплотехнические характеристики.
Данные по теплотехническим характеристикам стали 15Х, взяты из [1].
Средняя температура нагрева садки Значения плотности ρ, коэффициента теплопроводности λ и удельной теплоемкости c стали и садки при средней температуре
Обозначение
Для стали 15Хдля садки (К=0,6)
r, кг/м376604596l, Вт/(м(0С)3822,8c, Дж/(кг(0С)550550 1.2. Тепловая массивность садки.
Расчет ведем по критерию Био S=0.5(h=0.5(0.3=0.15 м α = αизл + αк , где
αизл - коэффициент теплоотдачи излучением,
αк - коэффициент теплоотдачи конвекцией.
Спр = = ==4,34 ;
где спр -приведенный коэффициент (излучательная способность материала)
- степень черноты садки - 0,8 - степень черноты печи - 0,9
= 0,5; - тепловоспринимающая поверхность садки;
- печи;
=5,67 ; коэффициент лучеиспускания абсолютно черного тела (АЧТ);
; где
- суммарный коэффициент теплоотдачи;
- коэффициент отдачи излучением;
- коэффициент отдачи конвекцией;
, где
- коэффициент теплоотдачи излучением при температурах 20 и 1050 ;
- температура печи;
- температура садки;
;
Таким образом, критерий Био равен
Так как Bi = 1,97 > 0,5, следовательно, садка является теплотехнически массивным телом.
2.Расчёт времени нагрева садки.
2.1 Расчёт времени τ1
Определение теплового потока: q= спр*
Рис.1 Диаграмма нагрева ТМТ
На этапе нагрева печи при постоянной мощности (τ1)рекомендуется принять:
Тп τ1 = 0,85Тз
Т с = 0,5Тз
- тепловоспринимающая поверхность садки.
Тогда тепловой поток равен:
Вт/м2.
- температура, до которой нагревается садка за период (период нагрева при постоянной мощности).
K.
Для бесконечной пластины:
τ ' =0,3*S2/ ас
τ ' =0,3*0,152/ 9,019*10-6= 748,4 с Δt= q* S/2*λс
Δt= 32810* 0,15/2*22,8 = 107,9 °С
t 'пов=1,27 *Δt
t 'пов=1,27 *107,9 =137,1 °С
t 'ц= 0,27 *Δt
t 'ц= 0,27 *107,9 =29,1 °С
- скорость изменения температуры.
= (- )/θ
= 1101-273=828 °С
θ = q/ сс* ρс* S
θ = 32810/ 550*4596 * 0,15 =0,0865
= (828 - 450)/0,0865 =4370 с
τ1= + τ1= 748.4 + 4370 =5118 с
τ1= 1,42 ч
t 'пов 748.44370131.1 °С29.1 °С828 °С720,1 °С
- температура садки при загрузке,
2.2 Расчёт времени τ2
τ2 определяем с помощью графика Будрина для нагрева и охлаждения средней плоскости пластины.
υ=
υ - относительная температура.
tпеч - температура печи при установившемся нагреве (tпеч=1100 °С)
tнач - начальная температура центра на этапе (τ2)
tп - температура процесса (в нашем случае под процессом имеется ввиду нормализация).
υ=(1100-880)/(1100-720,1) = 0,58
Рис.2 График Будрина.
Для полученного интервала температур (720,1-880°С) определяем критерий Био:
αизл ср.= (αизл 720 + αизл 880) / 2=295+352=323,5 Вт/м2*К
Bi = α*S /λс*к= 323,5*0,15/32*0,6 =2,53
Определение коэффициента температуропроводности ас
ас= λс*к /сс*ρс =32*0,6/550*4596=7,595*10-6 (м2/с*К)
Из графика получаем значение критерия Фурье (в нашем случае F0=0,6)
F0= ас τ2 / S2
τ2=((0,6*0,152)/ 7,595*10-6)/3600 =0,494 ч
2.3 Расчёт общего времени нагрева садки.
τнагрева = τ1 + τ2
τнагрева = 1,42+ 0,494 =1,914 ≈1,9 ч.=114 мин.
3.Определение продолжительности цикла работы печи.
τцикла = τнагрева + τвспомогательное τнагрева- время нагрева
При процессе нормализации, используя график Будрина для центра τнагрева включает в себя τвыдержки
τвспомогательное- время на вспомогательные операции.
Время нагрева было рассчитано в пункте 2.
Время на вспомогательные операции для данной печи назначаем 0,32 часа (из расчета движения загрузочной машины 4 м/мин).
τцикла= 1,9 +0,27 =2,17 ч. τцикла= 2 ч.10 мин.
3.1Определение производительности печи.
g =mc/ τцикла= ρс*Vc/ τцикла = 4596*0,6*1*0,3/2,17=381,2 (кг/ч)=0,1059 (кг/с)
mс - масса садки,
τцикла - время, затраченное на обработку.
4.Определение основных размеров печи.
Основные размеры определяем с учётом предыдущих конструкций печей данного типа. Из анализа промышленной печи СН3 -4.8.2,5./10 устанавливаем следующие размеры внутреннего пространства:
Ширина - 900 мм.
Глубина - 1200 мм.
Высота - 500 мм.
5. Расчет футеровки печи
Так как наша печь рассчитана на 1100°С, то ее футеровка будет трехслойной. Назначаем материалы слоев трехслойной футеровки:
1-шамотный кирпич
2-шамот - легковес
3-минеральная вата
Толщина слоя футеровки зависит от множества факторов. Окончательно ее определяют расчетом, однако до расчета ее необходимо назначить. На данном этапе рекомендуется принять ее такой, чтобы температура на наружной поверхности tн не превышала 60°С из соображений техники безопасности. В то же время, если tн <40°C, то считается, что футеровка получается слишком громоздкой и экономически невыгодной .
Назначаем толщину слоёв: 1=0,065м,2=0,115м, ,3=0,3м
Определяем площади: ; где Fвн - площадь внутренней поверхности футеровки, Fн - площадь наружной поверхности футеровки, F1-площадь на границе раздела футеровки. Средняя площадь футеровки: Назначаем температуры
Определяем Определяем потери теплоты через футеровку: где tвн- температура внутреннего пространства печи; tокр- температура окружающего пространства; коэффициенты теплоотдачи от внутренней среды печи к стенке и от стенки к окружающему воздуху соответственно; коэффициент теплопроводности футеровки.
Поскольку при выборе граничных температур очень велика вероятность ошибки, необходима проверка правильности назначенных температур. -проверка слева: -проверка справа:
Результаты расчета показывают, является ли заданная толщина футеровки оптимальной.
Разброс температур (, и не превышает 5°С.
Расчеты футеровки для передней и задней стенок, а также для пода и свода печи представлены в приложении.
МатериалQ, Втδ, мt1, 0Сt2, 0Сt3, 0Сt4, 0СШ + ш/л + м/в661,960,481090103072040
5. Расчет теплового баланса.
5.1. Расходные статьи.
Qрасх. = Qпол. + Qвспом.+ Qкл. + Qакк. + Qотв. + Qт.к.з. + Qохл.в + Qн.п. , где
1) Qпол. - полезно затраченное тепло,
Qпол. = g · сс · (tк - tн) , где
g - производительность печи,
сс - теплоемкость садки,
tн - температура металла при загрузке в печь,
tк - температура нагрева металла.
Qпол. = 381,2 · 550 · (880 - 20) = 180 · 106 Дж/час = 50085,4 Вт
2) Qвспом.= Qтары+ Qатм.
Qтары - расход тепла на нагрев тары.
Qтары = (10÷15%) Qпол. = 0,12 ·50085,4 =6010 Вт
Qатм.=
Qатм.=
Qвспом.=6010+124= 6134 Вт.
3) Qкл. - потери тепла через кладку печи.
Qкл.= (Дж/c) 4) Qакк. - потери на аккумуляцию тепла печью. Эта статья имеет большое значение для периодически действующих печей. Период работы нашей печи Qакк.= (Вт)
Расчет далее в пп. 5.1.2
5) Qотв. - потери тепла через отверстие.
Qотв.= (Вт)
(Вт)
Расчет далее в пп. 5.1.3
6) Qт.к.з. - потери на тепловые короткие замыкания.
Qт.к.з.=0, т.к нет металлических элементов, проходящих сквозь футеровку.
7) Qохл.в - потери тепла с охлаждающей водой
Qохл.в=0, т.к эта печь не требует охлаждения каких-либо ее элементов водой.
8)Qн.п. - неучтенные потери.
Qн.п. = (10÷12%) (Qвсп. + Qкл. + Qакк. + Qотв. + Qт.к.з.)
Расчет далее в пп. 5.1.4 5.1.2 Потери тепла на аккумуляцию кладки
Qакк.=
1) , шамот-легковес
2) , шамот-ультралегковес
1) , шамот-ультралегковес
2) , минеральная вата
1) , шамот
2) , шамот - легковес
3) , минеральная вата
1) , шамот-ультралегковес
2) , минеральная вата
1) , шамот
2) , шамот - легковес
3) , минеральная вата
= Дж
на 24 часа.
с - коэффициенты теплоемкости, ρ-плотность, m-масса, -разница между средней температурой соответствующей части футеровки и температурой окружающей среды, - средняя площадь соответствующей части футеровки.
5.1.3 Потери тепла сквозь периодически открывающиеся двери.
;
где-степень черноты излучающего тела,
F-площадь отверстия (двери),
- коэффициент диафрагмирования ,
- абсолютная температура излучающего тела, - абсолютная температура воздуха вокруг печи.
где H - высота отверстия,
S - ширина отверстия, 5.1.4 Неучтенные потери
Qн.п. = (10÷12%) (..)=
=
Общий расход тепла:
Qрасх. = Qпол. + Qвспом.+ Qкл. + Qакк. + + Qн.п.=
=50085,4+6134+3916,12+10600+4528,37+2517,85=77781,74 Вт
Коэффициент полезного действия печи:
Установленная мощность печи:
,
где k1 = (1,1 ÷ 1,3) - коэффициент запаса, учитывающий возможные колебания напряжения в сети,
k2 = (1,2 ÷ 1,4) - коэффициент запаса, учитывающий старение печи.
Время разогрева печи:
=10647с=177мин=3ч;
Удельный расход энергии:
Уравнение теплового баланса для печи имеет следующий вид:
6.Расчет и размещение нагревателей.
1. Расчет металлических нагревателей.
Нагреватели размещаем на поде своде и боковых стенках печи. Нагреватель на поде
Установленная мощность, Руст== 33 кВт
Температура нагрева изделия в печи, tтп=11000С
Поверхность пода печи, занятая нагревателями,
Fст=1,08 м2
Удельная мощность Wид ≈ 5 Вт/см2 и соответствующая tн=11500С
Нагреватель на своде
Установленная мощность, Руст== 33 кВт
Температура нагрева изделия в печи, tтп=11000С
Поверхность свода печи, занятая нагревателями,
Fст=1,08 м2
Удельная мощность Wид ≈ 5 Вт/см2 и соответствующая tн=11500С
Нагреватели на боковых стенках
Установленная мощность, Руст== 16,5 кВт
Температура нагрева изделия в печи, tтп=11000С
Поверхность стен зоны печи, занятая нагревателями,
Fст=0,6 м2
Удельная мощность Wид ≈ 4 Вт/см2 и соответствующая tн=11000С
Так как наиболее худшие условия работы нагревателей будут в поду печи, то проведем расчет для этой зоны.
Рис.1. Значения Wид и удельных мощностей p, размещаемых на 1м2 футеровки, в зависимости от температур тепловоспринимающей поверхности tт.п.. и нагревателя tн.
Срок службы нагревателей не менее 10000 ч
Выбираем конструкцию электронагревателей - проволочный зигзаг с относительным витковым расстоянием l/d=2,75
Выбираем материал Х20Н80 Для проволочного зигзагообразного нагревателя и заданных условий его работы рассчитывается допустимая удельная поверхностная мощность:
W = Wид*αэф*αг*αс*αр
αэф =0,68 - коэффициент эффективности излучения нагревателя;
г=1 ( l/d=2.75) (рис.2);
αp=0.7, т.к. (рис.3) αс= 1.1, т.к Спр= ,(рис.4)
W = Wид*αэф*αг*αс*αр= Рис.2. Рис.3.
Значения коэффициента . Значения коэффициента размера . Рис.4.
Значения коэффициента в зависимости от величины приведенного коэффициента излучения.
Определение реальных размеров нагревателей
Принимаем напряжение на каждом нагревателе: Мощность одного нагревателя
Рн = кВт
n = 2 - число параллельных нагревателей.
Диаметр нагревателя:
d=
Принимаем d=4,7 мм
Сопротивление нагревателя:
R1=
Длина одного нагревателя: l= Проверка 1. условие выполняется, т.е. оставляем d=4,7мм.
Проверка 2 по температуре.
Площадь поверхности нагревателей:
16,5= 5.144∙
tн = 1100°С < tн = 1150°С условие выполняется.
Так как температура нагревателя получилась меньше максимально допустимой, и условия всех проверок выполняются, следовательно, нагреватель пригоден к эксплуатации в данных условиях.
Назначаем шаг зигзага: t ≥ 5.5 · d = 5.5 · 4,7 = 25,85 мм принимаем t = 26 мм.
Назначаем высоту зигзага из анализа свободного пространства пода :
Н = 150 мм.
Длина нагревателя в свернутом виде.
r= Длина одного шагового витка:
Количество зигзагов:
Длина нагревателя в свернутом виде:
Расчет выводов нагревателя.
Диаметр вывода нагревателя выбираем из соотношения площадей поперечных сечений проволоки и нагревателя:
Расчёт массы нагревателя.
Плотность Х20Н80: ρ = 8,4 г/см3.
кг.
2. Расчет неметаллических нагревателей.
В качестве неметаллических электронагревателей будем использовать карборундовые (силитовые), т.к. невысокая температура печи.
Выбираем нагреватели по габаритным размерам. Необходимо, чтобы длина рабочей поверхности помещалась во внутреннем пространстве печи, а общая длина была чуть больше соответствующего размера футеровки для удобного закрепления выводов.
Нагреватели располагаем вертикально по боковым стенкам. Выбираем нагреватель КНС-25/540.
Длина рабочей части 400 мм
Общая длина 1220 мм
Диаметр рабочей части 25 мм
Диаметр выводов 25 мм
Площадь поверхности рабочей части 314 см2
Полное сопротивление в нагретом состоянии 1,2-1,8 Ом
Допустимая температура нагревателя tH= 1150 0C (по графику рис.1)
Идеальная удельная поверхностная мощность нагревателя Wид ≈ 5 Вт/см2
Удельная поверхностная мощность выбранного нагревателя
W = Wид*αэф*αг*αс*αр
αэф =0,68 - коэффициент эффективности излучения нагревателя;
г=1 αp=0.63, т.к. (рис. 3)
αс= 0,98, т.к Спр= , (рис. 4)
W = Wид*αэф*αг*αс*αр= Мощность одного нагревателя
Р = Напряжение нагревателя
Количество нагревателей
Необходимо разместить 25 нагревателей на стенке, длиной 1200 мм
Шаг размещения Допустимый шаг мм
Невозможно разместить 25 нагревателей на стенке, длиной 1200 мм с шагом 50 мм.
Расчет механизма подъема дверцы печи.
Вес дверцы Определение усилия подъема
Коэффициент трения дверцы о переднюю стенку f= 0.45
Угол наклона передней стенки Коэффициент запаса Cтаскивающая сила Усилие подъема Усилие подъема с противовесом Ход дверцы Н=350 мм
Диаметр ведомой звездочки не менее принимаем D2=150 мм по нормальному ряду размеров Ra10
Выбор электродвигателя
Рекомендуемая скорость V=3...5(м/мин). Мощность на выходе КПД механизма подъема
червячный редуктор ηч=0,7 муфта ηм=0,98
цепная передача ηц=0,94
опоры ηоп=0,99
Общий КПД привода
Требуемая мощность
Частота вращения ведомой звездочки
Выбираем двигатель 4АС71В8У3
Рн=0,3 кВт при ПВ25% мощность электродвигателя
nc= 750 мин-1 синхронная частота вращения
nн= 670 мин-1 номинальная частота вращения
ηдв = 0,5 КПД двигателя
mд=2,0 кратность максимального момента двигателя
Ig= 0,0019 кг∙м2 момент инерции ротора
Номинальный момент двигателя
Коэффициент загрузки двигателя по мощности
Выбор редуктора
Общее передаточное число привода
Принимаем значение передаточного числа цепной передачи uцп= 3
Тогда передаточное число редуктора
Частота вращения тихоходного вала редуктора
Вращающий момент на ведомой звездочке
Н∙м
Момент на тихоходном валу редуктора
Н∙м
Выбираем червячный редуктор Ч-63
Тн= 106 Н∙м
nб= 750 мин-1
uч= 80
ηред= 0,44
Расчет цепной предачи
25
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
70
Размер файла
2 366 Кб
Теги
анин
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа