Министерство общего и профессионального образования Свердловской области

Государственное автономное образовательное учреждение Свердловской области

«Нижнетагильский горно-металлургический колледж имени Е.А. и М.Е. Черепановых»

Утверждаю

Зам. директора по учебной работе

А. А. Турова

«___»_____

2018г.

МДК 02.03. Нагревательные устройства цехов ОМД

Методические рекомендации к курсовому проектированию для студентов

образовательных учреждений, обучающихся по программе подготовки

специалистов среднего звена специальности 22.02.05 Обработка металлов

давлением

Нижний Тагил

2018

Настоящие

методические

рекомендации

предназначены

для

студентов

ГАПОУ СО «НТГМК», обучающихся по очной и заочной формам обучения

по

специальности

22.02.05

«Обработка

металлов

давлением»,

при

выполнении

ими

курсового

проекта

по

МДК

02.03

«Нагревательные

устройства цехов ОМД». Рекомендации составлены в соответствии с ФГОС

специальности

и

рабочей

программой

МДК

02.03

«Нагревательные

устройства

цехов

ОМД»,

входящего

в

состав

профессионального

модуля

ПМ.02

«Оборудование

цеха

обработки

металлов

давлением,

наладка

и

контроль за его работой».

Разработано:

И.В. Прокопьевой преподавателем высшей квалификационной категории

ГАПОУ СО «НТГМК»

Согласовано:Согласовано:

Методист ГАПОУ СО «НТГМК» Председатель цикловой комиссии

Заузолкова Ю. П. ____________специальности «Обработка металлов

давлением»

«___»______________ 201__г.Любимцева П.С. _______________

Протокол № ____ от «___»________201 г.

Пояснительная записка

Методические указания составлены в соответствии с рабочей программой

междисциплинарного курса МДК 02.03. «Нагревательные устройства цехов

ОМД»,

которая

входит

в

состав

профессионального

модуля

ПМ.02

«Оборудование цеха обработки металлов давлением, наладка и контроль за

его

работой»

и

предназначены

для

реализации

Федера льного

государственного

образовательного

стандарта

по

специальности

22.02.05

«Обработка металлов давлением» (базовая подготовка).

Результатом выполнения курсового проекта по МДК 02.03 «Нагревательные

устройства

цехов

ОМД»

профессионального

модуля

является

овладение

студентом следующих компетенций:

ПК 3.1. Проверять правильность назначения технологического режима

нагрева металла;

ПК

3.3.

Выбирать

виды

топлива

для

отапливания

нагревательных

печей;

ПК

3.4.

Рассчитывать

технико-экономические

показатели

работы

нагревательных печей;

ПК

3.8.

Оформлять

техническую

документацию

технологического

процесса;

ПК 3.9. Применять типовые методики расчета горения топлива и

времени нагрева металла

ОК

1.

Понимать

сущность

и

социальную

значимость

своей

будущей

профессии, проявлять к ней устойчивый интерес;

ОК 2. Организовывать собственную деятельность, определять методы и

способы выполнения профессиональных задач, оценивать их эффективность

и качество;

ОК 3. Принимать решения в стандартных и нестандартных ситуациях и

нести за них ответственность;

ОК 4. Осуществлять поиск и использование информации, необходимой

для эффективного выполнения профессиональных задач, профессионального

и личностного развития;

ОК 5. Использовать информационно-коммуникационные технологии в

профессиональной деятельности;

ОК

6.

Работать

в

коллективе

и

команде,

эффективно

общаться

с

коллегами, руководством, потребителями;

ОК

8.

Самостоятельно

определять

задачи

профессионального

и

личностного развития, заниматься самообразованием, осознано планировать

повышение квалификации.

Студент в процессе выполнения курсового проекта должен:

Иметь практический опыт:

- производить необходимые теплотехнические расчеты

- пользоваться нормативно-справочной литературной

Уметь:

- применять типовые методики расчета горения топлива и времени нагрева

металла

- выбирать справочные данные, работать с номограммами

- рассчитывать показатели работы печи.

Знать:

- особенности технологии нагрева металла;

-конструктивные особенности нагревательных печей.

Курсовой проект по междисциплинарному курсу является одним из основных

видов учебных занятий и формой контроля учебной работы студентов.

Выполнение

студентом

курсового

проекта

осуществляется

на

заключительном этапе изучения междисциплинарного курса.

Цель

курсового

проектирования

-

выработка

навыков

самостоятельного

решения конкретных инженерных задач технологической и конструкторской

направленности.

Основные задачи курсового проектирования:

-

углубление,

закрепление

и

практическое

использование

знаний,

полученных студентами при изучении междисциплинарных курсов;

-

сбор,

изучение

и

анализ

технологической,

конструкторской,

нормативной

документации,

выработка

навыков

пользования

технической

справочной

литературой,

государственными

стандартами,

другими

проектными материалами и источниками технической информации;

-

выработка

навыков

разработки

технологического

процесса

нагрева,

выбора оборудования для нагрева металла;

-

овладение методиками теплотехнических расчетов;

-

овладение методами правильного оформления пояснительной записки и

графической части проекта в соответствии с требованиями ЕСКД;

-

развитие

творче ской

инициативы,

с амо стоятельно сти

и

организованности.

Тематика курсовых проектов

Основное

требование,

предъявляемое

к

тематике

-

максимальная

приближенность проекта к реальному производству.

Рекомендуемая тематика курсовых проектов:

1.

Расчет

и

проектирование

многозонной

методической

печи

толкательного типа.

2.

Расчет и проектирование методической печи с шагающим подом.

3.

Расчет и проектирование методической печи с шагающими балками.

4.

Расчет и проектирование кольцевой печи

5.

Расчет и проектирование секционной печи

Структура курсового проекта по МДК 02.03 «Нагревательные устройства

цехов ОМД»

Задание

на

выполнение

курсового

проекта

предусматривает

комплексное

решение взаимосвязанных задач технического и организационного характера.

Курсовой проект состоит из расчетно-пояснительной записки и графической

части.

Рекомендуется следующий порядок брошюровки пояснительной записки:

-

титульный лист ;

-

задание на выполнение курсового проекта ( приложение А);

-

заглавный лист;

-

содержание;

-

введение;

-

текст пояснительной записки;

-

заключение;

-

библиографический список;

-

приложения.

Общие требования к выполнению разделов:

В

введении

необходимо

охарактеризовать

современное

состояние

и

перспективы

развития

печного

хозяйства

прокатных

цехов,четко

сформулировать цели и задачи проекта.

Общая

часть

проекта

включает

описание

печи.

Описание

печи

должно

включать:

-рабочее пространство (форма, размеры, способ расположения металла в

печи);

- футеровка печи (методы кладки элементов печи с указанием толщины и

применяемых материалов);

- транспортирующее устройство внутри печи (шагающие балки, роликовый

под, глиссажные трубы, вращающийся под);

-

виды

применяемого

топлива

и

характеристику

топливосжигающих

устройств;

- устройства для подогрева воздуха.

Методические указания к проекту на тему: Тепловой расчет методической

печи толкательного типа.

  Содержание курсового проекта

Введение

1 ОБЩАЯ ЧАСТЬ

1.1.

Устройство и принцип работы печи;

1.2.

Характеристика огнеупорных материалов;

2

СПЕЦИАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

2.1

Расчет горения топлива;

2.2

Предварительный расчет основных размеров печи;

2.3

Расчет времени нагрева металла;

2.4 Уточнение основных размеров печи;

2.5 Тепловой баланс печи;

2.6 Технико-экономические показатели работы печи.

Заключение

ГРАФИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1.

Чертеж печи;

2.

График распределения температур.

Перечень теоретических вопросов 1.2 общей части проекта:

1.

Топливо, применяемое в металлургии

2.

Сравнительная характеристика различных видов топлива

3.

Характеристика процесса горения. Горение газообразного топлива.

4.

Устройство и принцип работы инжекционных горелок

5.

Устройство и принцип работы двухпроводных горелок.

6.

Устройство и принцип работы турбулентных горелок.

7.

Виды теплообмена, их общая характеристика

8.

Конвективный теплообмен. Свободная и вынужденная конвекция

9.

Теплообмен излучением. Особенности теплового излучения

10.

Роль процессов теплопередачи при нагреве металла в топливных печах

11.

Окисление стали при нагреве, структура окалины. Меры защиты от

окисления

12.

Обезуглероживание стали при нагреве. Защита от обезуглероживания

13.

Строительные материалы, применяемые в печестроении

14.

Металлы, применяемые в печестроении, их свойства

15.

Теплотехнические основы утилизации тепла

16.

Устройство и принцип работы металлического трубчатого рекуператора

17.

Устройство и принцип работы керамического рекуператора

18.

Устройство

и

принцип

работы

металлического

игольчатого

рекуператора

19.

Мокрая очистка газов

20.

Сухая очистка газов

21.

Электрическая очистка газов

22.

Эксплуатация нагревательных печей и уход за ними

23.

Строительные элементы печей

24.

Техника

безопасности

при

сооружении

и

эксплуатации

топливных

печей

25.

Виды планово-предупредительных ремонтов металлургических печей

26.

Охлаждение печей

2.1 Расчет горения топлива

Целью расчета горения топлива является:

- определение расхода воздуха (теоретического и действительного);

-

определение

объема

продуктов

сгорания,

образующихся

при

сжигании

единицы топлива, химического состава продуктов сгорания;

-

определение

калориметрической

температуры

горения

топлива

и

действительной температуры печного пространства.

2.2 Предварительное определение основных размеров печи

Металл в печи укладывают сплошным рядом на глиссажные трубы. С целью

рационального

использования

рабочего

пространства

металл

в

печи

располагают длиной по ширине печи. Возможно как одно - , так и двухрядное

расположение металла.

Ширина пода печи

B=I + 2·a - при однорядном расположении металла, м

B=2I + 3·a - при двухрядном расположении металла, м

где I – длина заготовки, м

а - зазор между заготовками и стенкой; а=0,25 – 0,30м

Примечание. В толкательных методических печах под печи шириной более

7 м неудобен для очистки от окалины, а поэтому нежелателен.

Ширина активного пода:

В

а

= 2·l– при двухрядном расположении металла, м;

В

а

= l – при однорядном расположении металла, м

Где l – длина заготовки, м.

Длину

активного

пода

La

определяют

исходя

из

заданной

производительности печи Р кг/ч, и напряжения активного пода Н кг/м

2

·ч.

Сначала определяют площадь активного пода, а затем его длину.

Площадь активного пола

F

а

=

P

H

, м

2

Длина активного пода:

L

a

=

F а

Ва

, м

Таблица 1 – Напряжение активного пода методической печи

Тип печи

Напряжение

активного

пода

при

толщине

металла,

кг/м

2

·ч

до 100мм

до 200мм

свыше 200мм

Методическая печь без

нижнего подогрева

600

-

-

Методическая

печь

с

нижним подогревом:

трехзонная

многозонная

(четырех-,пятизонная)

-

550

650

500

600

Примечание.

В

равных

условиях

напряжение

активного

пода

обратно

пропорционально прогреваемой толщине заготовки.

Длина активного пода печи не должна превышать 30 – 35 м во избежание

выпирания заготовок из ряда при проталкивании, перегрузки толкателей,

возникновения опасных напряжений в системе глиссажных и опорных труб.

Если L

а

получается чрезмерно большой, необходимо при невозможности

увеличения ширины печи или числа рядов заготовок, пойти на уменьшение

производительности печи, т.е. установить для обслуживания стана большее

число печей.

Высота

различных

зон

печи

принимается

на

основании

практических

данных.

Таблица 2 – высота зон печи

Н

1,

м

Н

2,

м

Н

3,

м

Н

4,

м

h

1,

м

h

2,

м

1.5 - 1.7

2.6 - 3.0

2.2 – 2.35

1.5 – 1.7

0.7 – 0.8

1.0 – 1.2

3. Расчет времени нагрева металла

Расчет

времени

нагрева

металла

необходимо

начать

спостроения

температурного графика.

Максимальная

температура

рабочего

пространства

печи

определяется

стойкостью футеровки, технологией нагрева металла и не может быть выше

действительной температуры горения топлива.

В конце методической зоны температура поверхности металла составляет

t

м

= (0.6 - 0.65)·t

пов.кон.

В

конце

первой

сварочной

зоны

температуру

поверхности

металла

принимаем на 100 - 150°С ниже температуры нагрева металла.

В конце второй сварочной зоны температура поверхности металла равна

температуре нагрева.

Температуру уходящих из печи газов (у окна загрузки) при холодном посаде

металла ориентировочно можно принять равной 800 - 900°С, температуру в

томильной

зоне

-

на

50°С

выше,

чем

температура

поверхности

нагрева

металла. Температуру в сварочной зоне принимаем на 130 - 150°С выше, чем

температура нагрева металла.

Рис. 1 Температурный график нагрева металла

I - V -температурные участки методической печи; 1 - температура печи; 2 -

температура поверхности металла; 3 – температура центра металла

2.3.1 Определение степени развития кладки (на 1м длины печи)

ω

м .з .

=

2

⋅

h

ср

+

В

l

,

где h

ср

– средняя высота по длине методической зоны, м

В – ширина пода печи, м

l– длина заготовки, м

2.3.2 Определение эффективной толщины газового слоя

S

эф

м

=

3,6

h

ср

⋅

В

2

⋅

h

ср

+

2

⋅

В

,

где h

ср

– средняя высота по длине методической зоны, м

В – ширина пода печи, м

2.3.3 Определение времени нагрева металла в методической зоне

Находим степень черноты дымовых газов при средней температуре газов по

длине методической зоны

t

г

=

0. 5

(

t

ух

+

t

кон

)

,

где

t

ух

– температура уходящих дымовых газов, ˚C

t

кон

ме

–температура газов в конце методической зоны, ˚C

Степень черноты газов зависит от температуры газа, его парциального

давления и эффективной толщины газового слоя.

ε

г

=

f

(

t , P

⋅

S

эф

)

где: S

эф

–эффективная толщина газового слоя, м

Р – парциальное давление газа, кПа.

Парциальное

давление

газа

определяется

на

основе

процентного

содержания

газа,

обладающего

излучательной

способностью,

в

составе

печной атмосферы.

Парциальное давление СО

2

и Н

2

О

Р

CO

2

=98.1·

%СО2

100

, кПа

Р

H

2

O

=98.1·

H 2 O

100

, кПа

Где %СО

2

и %Н

2

О – процентное содержание СО

2

и Н

2

О в составе продуктов

горения (расчетная таблица горения топлива).

Р

CO2

·S

эф

, кПа·м;

Р

H2O

·S

эф

, кПа·м.

Для определения степени черноты газов Ɛ

СО2

, Ɛ

Н2О

и коэффициента β

пользуются графиком [2], с.50

ε

г

м

=

ε

СО

2

+

β

⋅

ε

Н

2

О

П р и в е д е н н а я

с т е п е н ь

ч е р н о т ы

р а с с м а т р и в а е м о й

с и с т е м ы

ε

пр

=

ε

м

ω

м

+

1

−

ε

г

[

ε

м

+

ε

г

(

1

−

ε

м

)

]

⋅

1

−

ε

г

ε

г

+

ω

м

,

где

ε

м

=

0,8

- степень черноты металла

ω

м

– степень развития кладки методической зоны

Коэффициент теплоотдачи излучением

а

изл

=

С

0

ε

пр

√

[

(

Т

г

100

)

4

−(

Т

м

нач

100

)

4

]

⋅

[

(

Т

г

100

)

4

−(

Т

м

кон

100

)

4

]

√

(

Т

г

−

Т

м

нач

)(

Т

г

−

Т

м

кон

)

,

Вт/м

2

·К

где

С

0

– коэффициент лучеиспускания абсолютного черного тела, Вт/м²·К

ε

пр

– приведенная степень черноты

Т

г

– средняя температура газов, К

Т

м

нач

–температура поверхности металла при посаде его в печь, К

Т

м

кон

– конечная температура поверхности нагрева металла в зоне, К

Температурный критерий поверхности металла Θ

пов

и критерий Bi:

Θ

пов

=

t

г

−

t

ме

кон

t

г

−

t

ме

нач

,

где

t

г

– средняя температура газов по длине методической зоны, ºС

t

ме

кон

– конечная температура поверхности металла в зоне, ºС

t

ме

нач

– начальная температура поверхности металла, ºС

Bi

=

а

изл

м

S

λ

,

где

a

изл

м

– коэффициент теплоотдачи излучением, Вт/м²·К

S – расчетная толщина, м

λ – коэффициент теплопроводности стали, Вт/м·К

При двустороннем режиме нагрева металла расчетная толщина определяется

S = (0.55 – 0.6) · h, м

где h – геометрическая толщина заготовки, м

Коэффициент

теплопроводности

стали

определяется

по

приложению

при

средней по массе температуре металла:

t

м

=

0 . 5

[

0. 5

(

t

пов

нач

+

t

ц

нач

)+

0. 5

(

t

пов

кон

+

t

ц

кон

)

]

,

где

t

пов

нач

– начальная температура поверхности заготовки, ºС

t

ц

нач

– начальная температура центра заготовки, ºС

t

пов

кон

–температура поверхности заготовки в конце зоны, ºС

t

ц

кон

–температура центра заготовки в конце зоны, ºС

По

найденным

значениям

температурного

критерия

Θ

пов

и

критерия

Bi

находим временной критерий Фурье F

o

по номограмме

Тогда время нагрева металла в методической зоне печи равно

τ

м

=

F

о

⋅

S

2

a

,

где F

o

– критерий Фурье

S – расчетная толщина, м

а – коэффициент температуропроводности, м²/с (определяется при средней по

массе температуре металла).

Температура центра нагреваемого металла в конце методической зоны

t

ц

кон

=

t

г

−(

t

г

−

t

те

нач

)⋅

Θ

центр

где

t

г

– средняя температура газов в зоне, ºС

t

те

нач

– начальная температура поверхности металла, ºС

Θ

центр

– температурный критерий центра (определяется по номограмме)

2.3.4 Определение времени нагрева металла в первой сварочной зоне

Найдем степень черноты дымовых газов при температуре печи по длине

первой сварочной зоны

Р

CO2

·S

эфсв1,

кПа·м;

Р

H2O

·S

эфсв1,

кПа·м.

Для определения степени черноты газов Ɛ

СО2

, Ɛ

Н2О

и коэффициента β

пользуются графиком [2], с.50

ε

г

м

=

ε

СО

2

+

β

⋅

ε

Н

2

О

Приведенная степень черноты рассматриваемой системы

ε

пр

=

ε

м

ω

св1

+

1

−

ε

г

[

ε

м

+

ε

г

(

1

−

ε

м

)

]

⋅

1

−

ε

г

ε

г

+

ω

св 1

,

где Ɛ

м

- степень черноты металла

ω

м

– степень развития кладки первой сварочной зоны, Вт/м²К

Коэффициент теплоотдачи излучением в первой сварочной зоне

а

изл

=

С

0

ε

пр

√

[

(

Т

г

100

)

4

−(

Т

м

нач

100

)

4

]

⋅

[

(

Т

г

100

)

4

−(

Т

м

кон

100

)

4

]

√

(

Т

г

−

Т

м

нач

)(

Т

г

−

Т

м

кон

)

,

где

С

0

– коэффициент лучеиспускания абсолютного черного тела, Вт/м²·К

ε

пр

– приведенная степень черноты

Т

г

–температура газов в первой сварочной зоне, К

Т

м

нач

–температура поверхности металла в начале первой сварочной зоны, К

Т

м

кон

–

конечная

температура

поверхности

нагрева

металла

в

первой

сварочной зоне, К

Температурный критерий поверхности металла Θ

пов

и критерий Bi:

Θ

пов

=

t

г

−

t

ме

кон

t

г

−

t

ме

нач

,

где

t

г

– средняя температура газов по длине первой сварочной зоны, ºС

t

ме

кон

– конечная температура поверхности металла в зоне, ºС

t

ме

нач

– начальная температура поверхности металла в зоне, ºС

Bi

=

а

изл

м

S

λ

,

где

a

изл

м

– коэффициент теплоотдачи излучением в первой сварочной

зоне, Вт/м²·К

S – расчетная толщина, м

λ – коэффициент теплопроводности стали при средней по массе

температуре металла в зоне, Вт/м·К

По

найденным

значениям

температурного

критерия

Θ

пов

и

критерия

Bi

находим временной критерий Фурье F

o

по номограмме

Тогда время нагрева металла в первой сварочной зоне печи равно

τ

св 1

=

F

о

⋅

S

2

a

,

где F

o

– критерий Фурье

S – расчетная толщина, м

а – коэффициент температуропроводности, м²/с (определяется при

средней по массе температуре металла).

Температура центра нагреваемого металла в конце первой сварочной зоны

t

ц

кон

=

t

г

−(

t

г

−

t

те

нач

)⋅

Θ

центр

где

t

г

– средняя температура газов в зоне, ºС

t

пов

нач

– начальная температура поверхности металла в зоне, ºС

Θ

центр

– температурный критерий центра (определяется по номограмме)

2.3.5 Определение времени нагрева металла во второй сварочной зоне

Найдем степень черноты дымовых газов при температуре печи во второй

сварочной зоне ºС

Р

CO2

·S

эфсв2,

кПа·м;

Р

H2O

·S

эфсв2

, кПа·м.

Степень черноты газов Ɛ

СО2

, Ɛ

Н2О

и коэффициента β

ε

г

=

ε

СО

2

+

β

⋅

ε

Н

2

О

Приведенная степень черноты рассматриваемой системы

ε

пр

=

ε

м

ω

св2

+

1

−

ε

г

[

ε

м

+

ε

г

(

1

−

ε

м

)

]

⋅

1

−

ε

г

ε

г

+

ω

св 2

,

где Ɛ

м

- степень черноты металла

ω

м

– степень развития кладки второй сварочной зоны, Вт/м²К

Коэффициент теплоотдачи излучением во второй сварочной зоне

а

изл

=

С

0

ε

пр

√

[

(

Т

г

100

)

4

−(

Т

м

нач

100

)

4

]

⋅

[

(

Т

г

100

)

4

−(

Т

м

кон

100

)

4

]

√

(

Т

г

−

Т

м

нач

)(

Т

г

−

Т

м

кон

)

,

где

С

0

– коэффициент лучеиспускания абсолютного черного тела, Вт/м²·К

ε

пр

– приведенная степень черноты

Т

г

–температура газов во второй сварочной зоне, К

Т

м

нач

–температура поверхности металла в начале второй сварочной зоны, К

Т

м

кон

–

конечная

температура

поверхности

нагрева

металла

во

второй

сварочной зоне, К

Температурный критерий поверхности металла Θ

пов

и критерий Bi:

Θ

пов

=

t

г

−

t

ме

кон

t

г

−

t

ме

нач

,

где

t

г

– средняя температура газов по длине второй сварочной зоны, ºС

t

ме

кон

– конечная температура поверхности металла в зоне, ºС

t

ме

нач

– начальная температура поверхности металла в зоне, ºС

Bi

=

а

изл

м

S

λ

,

где

a

изл

м

– коэффициент теплоотдачи излучением в первой сварочной

зоне, Вт/м²·К

S – расчетная толщина, м

λ – коэффициент теплопроводности стали при средней по массе

температуре металла в зоне, Вт/м·К

По

найденным

значениям

температурного

критерия

Θ

пов

и

критерия

Bi

находим временной критерий Фурье F

o

по номограмме

Тогда время нагрева металла во второй сварочной зоне печи равно

τ

св 2

=

F

о

⋅

S

2

a

,

где F

o

– критерий Фурье

S – расчетная толщина, м

а – коэффициент температуропроводности, м²/с (определяется при

средней по массе температуре металла).

Температура центра нагреваемого металла в конце второй сварочной зоны

t

ц

кон

=

t

г

−(

t

г

−

t

те

нач

)⋅

Θ

центр

где

t

г

– средняя температура газов в зоне, ºС

t

пов

нач

– начальная температура поверхности металла в зоне, ºС

Θ

центр

– температурный критерий центра (определяется по номограмме)

2.3.6 Определение времени нагрева металла в томильной зоне

Перепад

температур

по

толщине

металла

в

начале

томильной

зоны

составляет

Δt

=

t

ме

кон

−

t

ц

свII

,

где – конечная температура нагрева металла, ºС

t

ц

свII

– температура центра металла в конце второй сварочной зоны, ºС

Коэффициент несимметричности

δ

выр

=

Δt

кон

Δt

нач

,

где

–перепад температур по толщине металла в конце томильной зоны,

ºС

Δt

нач

–перепад температур по толщине металла в начале томильной зоны, ºС

В зависимости от коэффициента несимметричности по графику определяем

критерий Фурье F

0

для томильной зоны

Время томления

τ

т

=

F

o

⋅

S

2

a

где S – расчетная толщина металла, м

а – коэффициент температуропроводности при средней температуре по

массе металла в томильной зоне, м

2

/с

Полное время пребывания металла в печи

τ

=

τ

м

+

τ

св1

+

τ

свII

+

τ

т

,

где

τ

м

– время нагрева металла в методической зоне, ч

τ

св 1

– время нагрева металла в первой сварочной зоне, ч

τ

свII

– время нагрева металла во второй сварочной зоне, ч

τ

т

и – время нагрева металла в томильной зоне, ч

2.4 Уточнение основных размеров печи

Для обеспечения заданной производительности в печи должно одновременно

находиться следующее количество металла

кон

t



G=P·τ, кг

Где τ – полное время нагрева металла, ч

Р - производительность печи, кг/ч

Количество заготовок, одновременно находящихся в печи

n

=

G

g

, шт

Гдеg- масса одной заготовки, кг

g = h·b·l·ρ

где h·b·l - геометрические параметры нагреваемой заготовки, м

ρ – плотность стали (для расчета можно принять 7850кг/)

При однорядном расположении заготовок общая длина печи

L=b·n, м

При двухрядном расположении заготовок общая длина печи

L=b·n/2, м

где b - ширина заготовки, м

n – количество нагреваемых заготовок, шт

Площадь пода печи

F=BL

Где В – ширина печи, м

L–общая длина печи, м

Высоту печи принимаем ту, что была принята при предварительном расчете.

Всю длину печи делим на зоны пропорционально времени нагрева металла.

Длина методической зоны

L

м

=

L

⋅

τ

м

τ

,

м

Длина I сварочной зоны:

L

св 1

=

L

⋅

τ

св1

τ

,

м

Длина II сварочной зоны:

L

св 2

=

L

⋅

τ

св 2

τ

,

м

Длина томильной зоны:

L

т

=

L

⋅

τ

т

τ

,

м

Где τ

м,

τ

св1

, τ

св2,

τ

т

– время нагрева металла соответственно в методической,

первой и второй сварочной и томильной зонах, ч

τ – общее время нагрева металла в печи, ч

Напряженность габаритного пода печи

Н

=

Р

F

, кг/м

2

·ч

Примечание. Значение должно быть близко к тому, которое задавалось при

предварительном расчете.

2.5 Тепловой баланс

При составлении теплового баланса печи опускаем некоторые статьи расхода

тепла, не превышающие 5% всего расхода.

2.5.1 Приход тепла в рабочее пространство печи

2.5.1.1 Тепло от горения топлива:

Q

хим

=

B

⋅

Q

н

р

, кВт

где В – расход топлива, м

3

/с;

Q

н

р

-теплотворная способность топлива, кДж/ м

3

2.5.1.2 Тепло, вносимое подогретым воздухом

Q

в

=

В

⋅

i

в

⋅

V

в

,кВт

где - теплосодержание воздуха при температуре подогрева, кДж/ м

3

V

в

- расход воздуха на горение 1 м

3

топлива, м

3

/м

3

2.5.1.3 Тепло экзотермических реакций:

Q

экз

=

5650

⋅

Р

⋅

а

, кВт

где 5650 – количество теплоты полученной от окисления 1 кг железа, кДж/кг;

а–доля угара металла (в толкательных методических печах угар составляет 1-

2%);

Р – производительность печи, кг/с

2.5.2 Расход тепла

2.5.2.1 Полезно затраченное тепло (на нагрев металла)

Q

мет

=

Р

⋅(

i

кон

−

i

нач

)

, кВт

где i

кон

– энтальпия металла при конечной температуре нагрева , кДж/ кг

i

нач

- энтальпия металла при начальной температуре, кДж/кг

Р – производительность печи, кг/с

2.5.2.2 Тепло, уносимое уходящими продуктами сгорания

Q

ух

=

В

⋅

∑

i

д

⋅

V

д

, кВт

где

V

д

- количество дыма, образующееся при сжигании 1 м

3

топлива, м

3

/м

3

i

Д

- теплосодержание дымовых газов при температуре уходящего дыма,

кДж/ м

3

Теплосодержание

дымовых

газов

определяют

при

температуре

дымовых

газов у окна загрузки

i

СО2

=

C О 2

100

·i

co

2

i

H2О =

H 2 O

100

·

i

H2O

i

N2

=

%N2

100

·i

N2

i

О2

=

%O2

100

·i

O2

∑ i

д

,

кДж

/ м

3

2.5.2.3 Потери тепла теплопроводностью через кладку печи

Потери тепла через кладку определяются отдельно для стен и свода.

Потери тепла через стены

Стены методической печи выкладывают в 2 слоя, первый слой из шамота

S

ш

= 0.345 м, второй слой из диатомита, толщиной S

Д

= 0.115м

При определении теплового потока через двухслойную стенку необходимо

задаться промежуточной температурой на границе слоёв t

1

и температурой

наружной

поверхности

кладки

t

к л .

н .

Принимаем

температуру

внутренней

поверхности стен равной средней по длине печи температуре газов, ˚С

Рисунок 3 — Передача тепла через двухслойную стенку

Коэффициент теплопроводности шамотного слоя

λ

ш

=

0,7

+

0 . 00064

⋅

t

cр . ш

Коэффициент теплопроводности теплоизоляционного слоя

λ

д

=

0, 116

+

0, 00015

⋅

t

cр . д

Удельный тепловой поток при передаче тепла через стенку

q

ст

=

t

кл .вн

−

t

в

S

ш

λ

ш

+

S

д

λ

д

+

1

α

конв

Вт

/

м

2

Полный тепловой поток через стены печи

Q

cт

=

q

ст

⋅

F

cт

⋅

10

−

3

кВт

где F

cт

– поверхность стен, м

2

Наружная поверхность стен равна:

F

ст н

= 2L

м

∙2h

м

+ 2L

св1

∙2h

св1

+2L

св2

∙2h

св2

+ 2L

т

∙2h

т

, м

2

Торцы печи

F

торц

=[В+2(S

ш

+S

д

)](2h

м

+h

т

), м

2

F

ст

= F

ст н

+ F

торц,

м

2

Потери через свод

Площадь

свода

принимаем

равной

площади

пода

F

св

= L·B,

м

2

.

Сводподвесного

типа

из

каолина,

толщина

свода

S

к

=

0.3м.Принимаем

температуру внутренней поверхности свода равной средней по длине печи

температуре газов, ˚С

q

св

=

t

кл . вн

−

t

в

S

1

λ

к

+

1

α

к

Вт

/

м

2

Q

св

=

q

св

⋅

F

св

⋅

10

−

3

кВт

Общие потери тепла через футеровку равны:

Q

кл

=

Q

cт

+

Q

cв

2.5.2.4 Неучтённые потери

Q

неучт .

=

0 .15

(

Q

кл

+

Q

охл

)

2.5.2.5 Потери тепла с охлаждающей водой

Q

охл

=

0,1

(

Q хим

+

Q

в

)

Уравнение теплового баланса

Q

хим

+

Q

в

+

Q

экз

=

Q

мет

+

Q

ух

+

Q

кл

+

Q

охл

+

Q

неучт

Уравнением теплового баланса определяется расход топлива на печь В, м

3

/с

Результаты расчета сводятся в таблицу

Статья прихода

кВт

(%)

Статья расхода

кВт

(%)

Тепло от горения топлива

Полезно затраченное тепло

Тепло, вносимое подогретым

воздухом

Тепло, уносимое уходящими продуктами

сгорания

Тепло экзотермических реакций

Потери тепла теплопроводностью через

кладку печи

Потери тепла с охлаждающей водой

Неучтенные потери

Итого

Итого

Расчет выполнен верно, если расхождение между приходом и расходом тепла

не превышает 0.5%

2.6 Технико-экономические показатели работы печи

2.6.1 Удельный расход тепла

Удельный расход тепла на нагрев 1 кг металла

q

=

B

⋅

Q

Н

Р

P

где B – расход топлива, м

3

/с

Q

Н

Р

– низшая теплота сгорания топлива, кДж/м

3

P – производительность печи, кг/с

2.6.2 Коэффициент полезного действия

η

=

Q

МЕ

Q

полн

⋅

100

где

Q

МЕ

- полезно затраченное тепло на нагрев металла, кВт

Q

полн

- количество тепла израсходованное в печи, кВт

2.6.3 Удельный расход условного топлива

В

усл

=

В

⋅

Q

н

р

29300

⋅

P

;

гдеВ – расход топлива на печь, м

3

/с

Р - производительность печи, кг/с

В заключении работы дается общая характеристика проектных решений и

оценивается

технико-экономическая

эффективность

разработки

технологического процесса.

Оформление расчетно-пояснительной записки и графической части

Расчетно-пояснительная

записка

должна

быть

изложена

технически

грамотно,

четко

и

сжато.

Текст

пишется

с

применением

персональных

компьютеров (ПК). Рекомендуются ПК с операционной системой Windows и

текстовым редактором Word. Текст оформляется на одной стороне листа

белой

бумаги

формата

А4

через

полтора

межстрочных

интервала

Рекомендуемые шрифты для ПК - Times new Roman, размер шрифта - 14.

Объём расчетно-пояснительной записки – 25-30с.

Графическая часть проекта должна составлять 1-2 листа формата А1.

Чертежи

выполняются

в

соответствии

с

ЕСКД

с

использованием

компьютерной

графики,

выполненной

с

применением

систем

авто-

матизированного проектирования (САПР), таких, как AutoCAD.

На чертеже должна быть основная надпись по ГОСТ 2.104-2006 (приложение

В). Основные надписи на чертеже выполняются по форме 1. 

Руководство курсовым проектированием

Руководство

курсовым

проектированием

осуществляет

преподаватель

междисциплинарного курса, он же выдает задание на выполнение курсового

проекта.

Перед началом выполнения курсового проекта проводится консультация, на

которой

излагаются

требования,

предъявляемые

к

проекту,

к

расчетно-

пояснительной записке и чертежам. Поясняется сущность выданных заданий,

выделяются главные вопросы, подлежащие разработке, определяется объем

работ

по

проекту,

рекомендуется

основная

техническая,

справочная

литература, технологическая, конструкторская, нормативная документация.

Контроль хода выполнения курсовых проектов осуществляется на основании

календарного

графика

работы.

Графиком

работы

определяются

сроки

выполнения

отдельных

этапов

проектирования

и

сдачи

готового

проекта

руководителю на проверку и подписание расчетно-пояснительной записки и

чертежей.

 

Метрологическое обеспечение курсового проектирования

Основные требования метрологического обеспечения:

1.

При изложении текста должны быть соблюдены:

-

четкость и логическая последовательность изложения;

-

убедительность аргументации;

-

краткость

и

точность

формулировок,

исключающих

возможность

неоднозначного толкования;

-

конкретность изложения результатов работы;

-

использование только общепринятой терминологии.

2.

Текст пояснительной записки к курсовому проекту оформляется по

ГОСТ 7.32-2017.

Страницы текста работы должны соответствовать формату А4 по ГОСТ 9327-

60 [3]. Текст должен быть выполнен на одной стороне листа белой бумаги с

соблюдением следующих размеров полей: правое -10 мм; верхнее, левое и

нижнее

-

20

мм.

Разрешается

использовать

компьютерные

возможности

акцентирования внимания на определенных терминах, формулах, применяя

шрифты

разной

гарнитуры.

В

тексте

не

допускается

применять

подчеркивание.

Основная надпись для чертежей выполняется по форме 1, на пояснительной

записке для первых листов - по форме 2, на последующих листах - по форме

2а.

3.

Согласно ГОСТ 2.105-95 [4] в тексте не допускается:

- применять для одного и того же понятия различные по смыслу (синонимы),

а также иностранные слова и термины при наличии равнозначных слов и

терминов в русском языке;

-

применять сокращения слов и словосочетаний, кроме установленных. В

названиях организаций и в других необходимых случаях можно применять

аббревиатуры. При первом упоминании приводят полное словосочетание, а

рядом

в

скобках-

аббревиатуру.

В

последующем

приводят

только

эту

аббревиатуру;

- применять произвольные словообразования;

-

сокращать обозначения физических величин, если они употребляются

без цифр, за исключением физических величин в заголовках и боковиках

таблиц и в расшифровках буквенных обозначении, входящих в формулы и

рисунки.

4.

При

необходимости

использования

в

тексте

слова,

образованного

сокращением

словосочетания

и

читаемого

по

алфавитному

названию

начальных

букв

(аббревиатуры),

следует

сначала

привести

полное

словосочетание, а рядом в круглых скобках поместить аббревиатуру и далее

приводить только ее.

5.

Текст основной части делят на разделы (законченные части работы),

подразделы, пункты, подпункты.

Разделы,

подразделы

должны

иметь

заголовки.

Пункты,

подпункты,

как

правило, заголовков не имеют.

Каждый раздел начинают с новой страницы. Заголовки разделов, подразделов

выполняют с прописной (заглавной) буквы с абзацного отступа без точки в

конце,

без

подчеркивания.

Продолжение

заголовка

пишут

с

абзацного

отступа. Высота букв в заголовках разделов должна быть на один шаг больше

высоты букв основного текста работы.

6.

Правила для всех заголовков:

-

переносы внутри слов в заголовках не допускаются;

-

точку в конце заголовка не ставят; если заголовок состоит из двух или

нескольких предложений, то их разделяют точкой;

-

заголовки не подчеркивают;

-

все заголовки должны быть помещены в содержание работы;

-

расстояние (интервал) между заголовками или между заголовком и

текстом должно быть в два раза больше, чем между строчками текста;

-

заголовки нельзя переносить со страницы на страницу и отрывать от

текста.

7.

При

составлении

библиографического

списка

источники

следует

располагать в порядке появления ссылок в тексте. Номер ссылки приводится

в квадратных скобках, например, [5], и т.д.

Сведения

о

книгах-монографиях,

учебниках,

учебных

пособиях,

справочниках и т.д. должны включать фамилии и инициалы авторов, название

книги, место издания, издательство и год издания.

Например:

Кривандин

В.А.

Филимонов

Ю.П.

«Теория,

конструкция

и

расчёты

металлургических печей» том 1 «Теория и конструкция металлургических

печей» - М.; Металлургия, 1986г.

Сведения о статье из периодических изданий должны включать фамилии и

инициалы авторов, название статьи, наименование журнала, год выпуска,

номер журнала, страницы, на которых опубликована статья.

Сведения о государственных, отраслевых стандартах и технических условиях

должны включать: обозначение документа, включающее его индекс (ГОСТ,

ОСТ, ТУ), номер документа, основной заголовок.

Например:

ГОСТ

12.0.003-74.

Опасные

и

вредные

производственные

факторы.

Классификация. М.: Изд-во стандартов, 1975.

Сведения

о

проектной

и

другой

технической

документации

(о

промышленных каталогах, прейскурантах и др.) должны включать заглавие,

вид

документа,

организацию,

выпустившую

документацию,

город,

год

выпуска и количество страниц.

Например:

Центробежные герметичные электронасосы типа ЦТ 6-го конструктивного

исполнения: ОКП 36 3113: Реконструкция к серийному производству / Центр,

институт НТИ и технике - экономические исследования по химическому

ма ши н о с т р о е н и ю

(Ц И Н ТИ

Х и мн е фт е ма ш).

Р а зр а б от а н о

ПО

«Молдавгидромаш». М., 1981. СССР.

 

Защита курсового проекта

Курсовой проект считается готовым к защите, если он проверен и подписан

руководителем. При защите проекта студент в течение 8-10 минут должен

изложить суть принятых проектных решений.

Преподаватель имеет право задавать вопросы, как по содержанию курсового

проекта, так и по содержанию лекционного материала, имеющем отношение

к разработанному проекту.

Основными критериями оценки качества курсовых проектов являются:

- актуальность и практическая значимость темы исследования;

- соблюдение графика выполнения курсового проекта;

- соответствие работы заявленной теме и выданному заданию;

- полнота и качество содержания;

- соответствие оформления курсового проекта установленным требованиям;

- четкость и грамотность изложения материала;

- четкость доклада при защите курсового проекта;

- глубина и правильность ответов на вопросы руководителя.

Оценка «Отлично» выставляется за курсовой проект, который имеет грамотно

изложенную

теоретическую

часть,

глубокий

анализ,

логичное,

последовательное изложение материала с соответствующими выводами и

обоснованными

предложениями,

имеющими

практическую

значимость.

Произведенные расчеты выполнены правильно и в полном объеме. Работа

выполнена

в

установленный

срок,

грамотным

языком.

Оформление

соответствует

действующим

стандартам,

сопровождается

достаточным

объемом

табличного

материала

и

графического

материала.

При

защите

курсового

проекта

студент

показывает

глубокое

знание

вопросов

темы,

свободно оперирует данными исследования, а во время доклада дает четкие и

аргументированные ответы на вопросы, заданные руководителем.

Оценка «Хорошо» выставляется за курсовой проект, который имеет грамотно

изложенную теоретическую главу, последовательное изложение материала с

соответствующими

выводами,

в

структуре

и

содержании

работы

есть

отдельные

погрешности,

не

имеющие

принципиального

характера.

При

защите курсового проекта студент показывает знание вопросов темы, во

время доклада без особых затруднений отвечает на поставленные вопросы.

Оценка

«Удовлетворительно»

выставляется

за

курсовой

проект,

который

базируется

на

практическом

материале,

однако

просматривается

непоследовательность изложения материала, документальная основа работы

представлена недостаточно, в оформлении работы имеются погрешности,

сроки выполнения работы нарушены. При защите курсового проекта студент

показывает слабое знание вопросов темы, не всегда дает исчерпывающие

аргументированные ответы на заданные вопросы.

Оценка «Неудовлетворительно» выставляется за курсовой проект, который не

соответствует

заявленной

теме,

не

отвечает

требованиям,

изложенным

в

методических указаниях. При защите курсового проекта студент затрудняется

отвечать на поставленные вопросы по теме, не знает теории вопроса, при

ответе допускает существенные ошибки.

 

Библиографический список

1.

ГОСТ

2.111-2013.

Единая

система

конструкторской

документации.

Нормоконтроль. - М.: Стандартинформ, 2014.

2.

ГОСТ 7.32-2001. Система стандартов по информации, библиотечному и

издательскому делу. Отчет о научно- исследовательской работе. Структура и

правила оформления. - М.: ИПК. Издательство стандартов, 2001.

3.

ГОСТ

9327-60.

Бумага

и

изделия

из

бумаги.

Потребительские

форматы.- Переизд. Февр.1987 с изм. 2-4. - М.; Издательство стандартов,

1987.

4.

ГОСТ 2.105-95. Единая система конструкторской документации. Общие

требования к текстовым документам. - М.: Издательство стандартов, 1995.

Поправка

1

ГОСТ

2.105-95

//

ИУС.

№

12.

-

М.:

ИПК.

Издательство

стандартов, 2001.

5.

ГОСТ

2.109-73.

Единая

система

конструкторской

документации.

Основные требования к чертежам. - Переизд. Сент., 1988 с изм. 1-8. - М.:

Издательство стандартов, 1988.

6.

ГОСТ 2.119-2013. Единая система конструкторской документации. - М.:

Стандартинформ, 2015.

7.

Кривандин

В.А.

Филимонов

Ю.П.

«Теория,

конструкция

и

расчёты

металлургических печей» том 1 «Теория и конструкция металлургических

печей» - М.; Металлургия, 1986г.

8. Мастрюков Б.С. «Теория, конструкции и расчёты металлургических печей»

- М.; Металлургия, 1986г.

9.

Современные

горелочные

устройства

(конструкции

и

технические

характеристики):

Справочник

/

А.А.

Винтовкин,

М.Г.

Ладыгичев,

В.Л.

Гусовский, А.Б. Усачев. - М.: Теплотехник, 2013.

10

Китаев

Б.И.

Зобнин

Б.Ф.

и

другие:

«Теплотехнические

расчёты

металлургических

печей

под

общей

редакцией

Телегина

А.С.»

-М.;

Металлургия, 1970г

Приложение А

Министерство общего и профессионального образования Свердловской

области государственное автономное профессиональное образовательное учреждение

Свердловской области «Нижнетагильский горно-металлургический колледж имени

Е.А.И М.Е. Черепановых»

ЗАДАНИЕ

ПО КУРСОВОМУ ПРОЕКТУ

По МДК Нагревательные устройства цехов ОМД

Фамилия И.О. студента ______________________________________________________

Курс, группа, специальность 3курс, 671, 22.02.05 «Обработка металлов давлением» _

Тема курсового проекта

_____________________________________________________________________________

Исходные данные (или условия): ___________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

Требуется представить:

ОБЩАЯ ЧАСТЬ

1.1

2 СПЕЦИАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

2.1

2.2

2.3

Графические работы 1. Чертеж печи 2. График распределения температур

Задание выдано__25.09.18 ____

Срок окончания и сдачи___

Руководитель:

Председатель цикловой комиссии:

Основная надпись для последующих листов спецификаций

и пояснительной записки. Форма 2а. ГОСТ 2.104-2006