Проект реконструкции участка для термообработки пружин слитковоза в условиях РМЦ - 2 ПАО ММК Им. Ильича с целью повышения эксплуатационной

Полумуфельные шахтные печи имеют  увеличенные габаритные размеры и объем кладки, а следовательно, повышенные тепловые потери и повышенный расход топлива. Муфель представляет собой большой аккумулятор тепла, поэтому полумуфельные печи медленно разогреваются и медленно охлаждаются и являются не экономичны при частых остановках и смене режима. Муфель находится под действием высокой температуры с обеих сторон и сравнительно быстро выходит из строя.

Особенности камерной печи:

Камерная печь с выдвижным подом применяется для нагрева под закалку пружин. Под такой печи выполняется виде выдвижной тележки, футерованной шамотным кирпичом. Выдвижной под позволяет проводить загрузку и разгрузку деталей вне рабочего пространства печи при помощи мостового крана.

При отпуске закаленной стали 60С2ХА предел упругости сначала возрастает, а затем падает; максимальное его значение достигается при температуре отпуска 400-450 °С.

Формирование садки

Укладка деталей на поду печи производится горизонтально, в специальные выступы. Пружина имеет габаритные размеры 300-400 мм, поэтому на поду печи, размером 3000х2500 мм, пружины укладываются в один слой по 7шт вдоль и по 7шт поперек пода. Между пружинами остается расстояние для улучшения циркуляции печной атмосферы и равномерного нагрева (см. рис. 5.1).

Топливо для печи - природный газ. - удельная теплота сгорания которого равна 35069,6 кДж/м³ (как приведено в расчете)

Печь работает на коксодоменном  газе. Сгорания топлива происходит в рабочей камере. Для лучшего  нагрева деталей горелки располагают  выше уровня пода, детали нагреваются  в результате лучеиспускания стенок и свода печи, а также конвекции  горячих газов. Печь выполнена с  отводом дыма вверх. На выходе отходящих  газов установлен рекуператор для  нагрева воздуха. Максимальная температура нагрева изделий достигает 1100 °С.

Кладка печи выполнена из шамотного, диатомового и красного кирпича  и заключена в сварной металлический  каркас. Под устанавливают на колесах. Для выкатки пода на значительное расстояния используют механизмы с  грузовой цепью. Для подъема заслонок применяют электролебедки и гидравлические подъемники. В печи предусмотрен автоматический контроль температуры. Печь установлена на общий с рельсовыми путями фундаментом. Механизмы выкатки пода и лебеда механизма подъема располагаются в приямках фундамента.

Для удобства загрузки и выгрузки изделий краном пружины устанавливают на поду камерной печи в горизонтальном положении, поэтому формирование садки в камерных печах с неподвижным подом будет затруднено. Следовательно, нагружать пружины под закалку целесообразно в камерных печах с выдвижным подом.

Затраты на нагрев в печи типа ТДО  будут несущественны, следовательно, нагрев пружин слитковоза под закалку целесообразно осуществлять в печи типа ТДО, так как она обеспечивает нагрев изделий, который удовлетворяет требованием ТУ.

Рассчитаем массу садки:

 

m=77,5۰49+20=950 кг

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 5.1 - Эскиз формирования садки

 

 

 

 

 

 

6 Тепловой расчет нагревательного оборудования

 

Тепловой расчет печи производится с целью определения затрат топлива на 1 кг и годовое количество обрабатываемых изделий и определения по этому показателю теплотехнического уровня выбранной направленной установки .

Проведем упрощенный расчет расхода  топлива печи ТДО.

Находим количество теплоты, необходимое  для нагрева металла под закалку  за год

 

                                                                                     (6.1)

 

где - количества тепла, затрачиваемая в год для выполнения данной операции переработки, кДж;

У_Г - годовая масса нагреваемого металла, кг;

С_ср - средняя теплоемкость, кДж/кгК;

соответственно начальная и  конечная температура металла, °С.

По данным технологической практики с учетом номенклатуры пружин рассчитываем годовую программу по данному  виду продукции:

П_оп = 313,1 + 242,8 + 377,7 + 297,1 + 369,3 = 1600т

 

Таблица 6.1 - Расчетная программа  термообработки цилиндрических пружин

№ п/п	Наименование изделия - пружины с диаметром прутка	Габаритные размеры, мм		Масса пружин, кг	Годовой выпуск изделий (пружин), т	Брак, %		Расчетный годовой объём термообработки пружин, т.
		Высота	Диаметр			Условный	Окончательный
1	20мм	215	180	19,2	307	1,2	0,8	313,1
2	25мм	220	184	19,4	238	1,4	0,6	242,8
3	36мм	240	192	19,6	371	1,3	0,5	377,7
4	50мм	300	220	20,4	291	1,4	0,7	297,1
5	75мм	785	655	77,5	361	1,4	0,8	369,3

= 1600000 • 0,57 • (1123 - 293) = 1600000 • 0,57 • 830 = 775200000/^ж?

Определим годовой расход энергоносителя

  (6.2)

где - годовой расход тепла на данную операцию, кДж;

- теплотворная способность топлива, кДж/м³; =35069,6 кДж/л*³

- к.п.д. печи. =20%=0,2

 

Для определения тепловой мощности печи и закалки максимального  часового расхода топлива рассчитаем количество теплоты 0_/7, необходимой для нагрева одной садки изделий, m - Масса садки = 950кг:

 

,кДж (6.3)

                              = 150195 кДж

 

Затем, разделив на время нагрева τ_н и η, определим расчетную мощность N_р печи в кВт:

 

,                                                                                          (6.4)                                                                                      

Максимальный часовой расход коксодоменного газа:

 

                                                                                                          (6.5)

 

Где -мощность топливной печи, кВт;

        -теплотворная способность используемого топлива, кДж/м³.

 

Выбираем этот тип газа, так как  он обладает достаточной теплотворной способностью и умеренной ценой.

 

  =0,00399                                                                                                         

    

7 Тепловой расчет рекуператора.

 

В настоящее время недопустимо  строить газовые печи без рекуператора. В связи с этим печь для нагрева под закалку ТДО оснастили рекуператором — игольчатым, который имеет высокий коэффициент теплопередачи и позволяет экономить до 30% топлива. Так как ввиду отсутствие игл на дымовой стороне чугунных труб рекуператора приводит к высокой теплоустойчивости и меньшей засоряемости, чем у двусторонних игольчатых, то целесообразнее будет установить на печь ТДО конвективный рекуператор из чугунных груб односторонне-игольчатых.

У односторонне-игольчатых труб иглы находятся только на внутренней стороне, наружная сторона их гладкая. Воздух проходит внутри трубы, а дымовые  газы омывают трубу снаружи. Труба с обеих сторон снабжена фланцами коробчатой формы, в которых сделаны отверстия для болтов и канавки для помещения специальной уплотнительной рекуператорной замазки при соединении фланцев одного с другим и с крепежными рейками. Боковые поверхности фланцев механически обработаны.

Тепловой расчет рекуператора производится для определения поверхности теплообмена, а затем и конструктивных размеров.

Поверхность теплообмена рекуператора F определяется по формуле:

 

                                                                                                              (7.1)

 

гуде  - физическое тепло подогретого воздуха, кДж;

К - коэффициент теплопередачи в  рекуператоре, Вт/м²К;

- средне логарифмическая разность температур, °С

Физическое тепло зависит от принятой температуры подогрева  воздуха и определяется из выражения:

=V_в۰В۰t_в۰С_в                                                                                      (7.2)

где V_в - расходный коэффициент воздуха, м³ / м³;

В - средний расход газа, м³ /с;

t_в - температура подогрева воздуха, °С ;

С_в - средняя теплоемкость воздуха, кДж/м³К, [3, с. 232] С_в =1,3302 кДж/м³К

 

= 10 • 0,003999 • 400 • 1,3302 = 21,23кВт.

 

 После определения В и определяем, в какой мере экономится топливо в результате установки рекуператора из выражения:

                                                                               (7.3)

 

           8 Определение необходимого количества оборудоваия

 

Для термической обработки заданного  годового количества изделий необходимо определить количество оборудования. Расчетное количество оборудования для любой операции определяется по формуле

 (8.1)

 

где - годовая программа по данной операции, кг;

      Р_чос - часовая производительность печи или установки, кг/час;

      Ф_Д - действительный фонд времени работы оборудования, час. Производительность печей определяют расчетом по формуле:

                                                          (8.2)

 

где - масса садки в печи или в установке в кг с учетом массы приспособления кг., а - время загрузки, время нагрева, время выдержки и время разгрузки в часах.

 

                                                         

 

Действительный фонд времени работы оборудования Ф_д определяется по формуле:

 

Ф_д =(Ф_к-В-Р)۰Н۰Т۰К_и, час     (8.3)

 

где Ф_к - календарное число дней в году;

       В - количество выходных дней в году;

        Р - число праздничных дней в году;

       Н - число смен в рабочие сутки;

         Т - длительность смены, час;

К_и = 0,9 - коэффициент использования оборудования, учитывающий потери времени на ремонт и переналадку оборудования.

 

                     Ф_д=(365-104-10)۰3۰8۰0,9=5206 часа;

                     ;

Вычислияем коэффициент загрузки:

 

                      

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9 Автоматизация технологических параметров нагревательных установок

 

Для удобства управления сложные процессы расчленяют на относительно самостоятельные участки регулирования. В пламенных печах это участки регулирования температурного режима, горения, давления в рабочем пространстве печи.

Регулирование температуры печи проводится по тепловым зонам, а в каждой тепловой зоне осуществляется от первичного датчика 1 (термоэлектрического термометра или термометра сопротивления или пирометра), помещенное в рабочие пространства печи. Сигнал от первичного датчика поступает на регулирующий прибор 4. на регулирующий прибор также поступает сигнал от датчика 5. Из регулятора 4 сигнал направляется через блок управления 6 в пусковое устройство 7 двигателя исполнительного механизма 8, который приведет в действие регуляторный орган 9 (клапан или заслонка), изменяя количества топлива, подаваемого в горелки. Со второго первичного датчика 1 сигнал поступает во вторичный измерительный прибор 2 и на аппаратуру сигнализации 3. с помощью блока 6 имеется возможность ручного дистанционного управления, что позволяет оператору корректировать управление температурой печи.

По расходу топлива регулируется подача воздуха для горения, причем автоматически устанавливается  заданное соотношение топлива и  воздуха. Регулирование расхода  воздуха и газа осуществляется методом  измерения перепада давления при  помощи средств контроля.

С изменением положения регулирующего  органа 9 в газопроводе изменяется расход газа и перепад давления на сужающем устройстве диафрагмы 10г, которое по трубкам передается первичному прибору дифференциальному манометру 11г для измерения расхода и вторичному прибору 12г, преобразуется в электрический сигнал, который поступает в регулирующий прибор 13. Из регулятора сигнал через блок управления 14 направляется в пусковое устройство 15 исполнительного механизма 16, который приводит в действие регулирующий орган 17, изменяя количество подаваемого воздуха.

С изменением расхода воздуха меняется перепад давлений на сужающем устройстве 10в, который воспринимается дифференциальным манометром 11 в, преобразуется в электрический сигнал 12в, поступающий в регулирующий прибор 13.

Кроме описанной системы регулирования  соотношения воздуха и газа, регулирование  горения в пламенный печах  может осуществляться по методу спаренных  дросселей с использованием инжекционных горелок.