Кольцевая печь с вращающимся подом

Министерство образования и  науки РФ

«Уральский государственный технический университет – УПИ 
им. первого Президента России Б.Н.Ельцина»

Кафедра «Обработка металлов давлением»

 

 

Оценка проекта

 Члены комиссии

 

 

 

 

 

Кольцевая печь с вращающимся подом

Пояснительная записка

150106.37980.117.906 ПЗ

 

 

 

 

 

Преподаватель Г.М. Дружинин

 

Н. контр.  А.А. Богатов

д.т.н., проф.

 

Студент  И.Н. Бажуков

Гр. Мт-54084

 

2010

 

 

РЕФЕРАТ

В данной работе представлен  проект кольцевой печи с вращающимся  подом, предназначенной для нагрева трубных заготовок перед прошивкой.

В ходе работы были произведены  теплотехнические расчеты,  расчет горения топлива, составлен тепловой баланс, рассчитана компоновка рабочего пространства печи.

          1 кн.;  46 стр.;  библ. 4 наим.

ВВЕДЕНИЕ

При производстве труб на ТПА с трехвалковым раскатным станом в цехе 5 ОАО «ПНТЗ» нагрев трубной заготовки перед прошивкой осуществляется в кольцевой нагревательной печи.

Кольцевая печь является автоматизированным агрегатом, обеспечивающим равномерный нагрев трубной или  другой заготовки до заданной температуры.

Усовершенствование отдельных конструктивных узлов кольцевых печей, исходя из опыта их работы, продолжается и в наши дни.

Продолжается работа и над дальнейшим усовершенствованием  автоматического регулирования  подачи газов в кольцевую печь.

Применение печей с  вращающимся подом, с несколькими зонами нагрева, автоматической регулировкой горения по зонам, автоматической загрузкой и механизированной выдачей заготовки значительно улучшает качество нагрева, уменьшает угар металла, освобождает большое количество обслуживающего персонала, облегчает условия работы и обслуживания печи.

Кольцевые печи обладают всеми данными для широкого использования  при нагреве круглой заготовки, а также слитков на металлургических, трубопрокатных и машиностроительных предприятиях.

 

 

1. КОНСТРУКЦИЯ И РАБОТА КОЛЬЦЕВОЙ ПЕЧИ

Кольцевая печь предназначена  для нагрева трубных заготовок, диаметром 80-200 мм, и длиной 1100-3000 мм, перед прошивкой их в толстостенную гильзу на прошивном стане. Температура нагрева металла в кольцевой печи составляет 1110-1250⁰С.

Кольцевая печь представляет собой металлический каркас, футерованный изнутри огнеупорами и теплоизоляционными материалами.

Район кольцевой печи состоит из  отдельных групп  оборудования:

-установки кольцевой  печи;

-установки для вращения  подины кольцевой печи;

-загрузочного устройства холодных заготовок к окну кольцевой печи;

-установки загрузочной  и разгрузочной машин с их  эстакадами;

-приемного устройства  из печи горячих заготовок;

-желоба с карманом  для уборки горячих заготовок.

Печь состоит из неподвижной  части, представляющей собой кольцевой канал, перекрытый сводом и разделенный по длине на несколько автоматически регулирующихся по тепловому режиму участков, что позволяет создать наиболее эффективное для нагрева металла распределение температур в печи, и кольцевого вращающегося пода.

Загрузка и выгрузка нагреваемой заготовки производится через загрузочные и разгрузочные окна, расположенные в наружной кольцевой  стене печи.

Шаржир-машина задает заготовку  в окно загрузки, где она укладывается на вращающийся под с определенным расстоянием от предыдущей заготовки.

Загружаемые в печь заготовки  размещают радиально на поду печи по одной (или 2). После загрузки очередной заготовки под поворачивают на некоторый угол, величина которого зависит от диаметра заготовки и производительности печи и останавливают, когда подлежащая выдаче нагретая заготовка занимает положение против окна выгрузки. Загрузка и выгрузка заготовок из печи производится одновременно.

Вращающийся под переносит  неподвижно лежащую заготовку из зоны подогрева в зону высоких температур, а затем в зону выдержки. После выравнивания температуры по сечению заготовки при дальнейшем вращении подины, заготовка подается к окну выгрузки и через рольганг подается на прошивной стан.

Внутренние и наружные зазоры между кольцевым вращающимся подом и неподвижной частью печи перекрывают песочными затворами.

Расположение горелок  является наиболее важной характеристикой  печи. При широком кольцевом пространстве горелки устанавливаются с обеих  сторон печи (как с наружной, так  и с внутренней). Для автоматического контроля температуры в рабочее пространство печи на глубину 200 мм через кладку свода вводятся заделанные в фарфоровые трубки термопары. Контроль за тепловым режимом осуществляется по зонам, в зависимости от показания термопары или пирометра, устанавливаемых в каждой из зон. Регулирование температуры осуществляется при помощи регуляторов температуры, которые изменяют подачу топлива с помощью исполнительных механизмов. Это обстоятельство придает большую гибкость при настройке и регулировании режима нагрева, особенно при нагреве заготовок широкого сортамента и различных размеров.

Отбор продуктов сгорания производится через дымоотводы, расположенные  у окна загрузки. Такая конструкция  отбора дымовых газов позволяет  вести методический или камерный нагрев.

Дымовые борова оборудованы регулировочными  шиберами, выполненными из жаростойкой  стали.

Для уменьшения потерь тепла печь имеет 2 перегородки (у окон закгузки и выгрузки).

Одна перегородка устанавливается между окнами загрузки и выгрузки для устранения охлаждающего влияния атмосферы загрузочного участка печи на участок, где находятся нагретые заготовки, подлежащие выдаче, и для облегчения условий работы загрузочной машины.

Для предупреждения сильного выбивания пламени и, следовательно, потерь тепла через открытое окно выдачи, а также для предотвращения подстуживания подлежащих выдаче из печи заготовок, в зоне выдержки, перед окном, также установлена перегородка так, что под ней остается зазор, обеспечивающий свободное перемещение пода с лежащей на нем заготовкой максимального диаметра.

Печи с кольцевым  подом отапливаются газом, причем их конструкция обеспечивает легко  управляемое автоматическое позонное отопление. Благодаря этому возможно вести нагрев заготовок в кольцевой  печи по любому заданному температурному режиму.

Горелки для отопления печи устанавливаются  как в наружной, так и во внутренних стенках, ограничивающих кольцевое  рабочее пространство, причем по длине  нагревательной зоны устанавливаются  более мощные горелки, чем в зоне выдержки.

Оптимальной высотой для установки  горелок, во избежание оплавления торцов заготовки следует считать высоту 400-500 мм над поверхностью нагреваемой максимального диаметра заготовки в условиях работы данной печи. Применение позонного режима отопления кольцевых печей облегчает создание положительного давления на поду.

Тепловой режим работы кольцевых  печей проектируется таким, чтобы  при минимальной температуре  печных газов и максимальной производительности печи можно было получить равномерный  по сечению прогрев заготовок, т.е. такой подогрев, при котором разность температур между поверхностью и центром заготовки была бы невелика.

Позонная подача топлива для  отопления печей с кольцевым  вращающимся подом позволяет  осуществить интенсивный нагрев металла по всей длине кольцевого пода, при некотором снижении рабочей температуры печи в конечной стадии нагрева.

Основное количество продуктов  сгорания топлива, сжигаемого в нагревательной зоне печи, имеет направление навстречу  нагреваемому металлу. При этом продукты сгорания отводятся через дымоотвод, расположенный у загрузочного окна.

Для использования тепла отходящих  газов и для обеспечения необходимых  рабочих температур в печах, устанавливают рекуператоры, расположенные вне образуемого печью кольца.

Воздух поступающий на горелки 2, 3 и 4 зон регулирования нагреваются в петлевых рекуператорах. Продукты сгорания эвакуируются из рабочего пространства кольцевой печи по двум газоотводным каналам, проходят через рекуператоры, и через дымовую трубу попадают в атмосферу.

Рекуператоры оборудуются  аппаратурой для замера и регистрации  температур. Измеряется также давление по пути движения продуктов сгорания и нагреваемой средой.

Свод печи выполняется  подвесным, и состоит из отдельных  секторов, набираемых из подвесных  кирпичей с ребристыми гранями.

Чтобы предупредить подсос холодного воздуха в рабочее  пространство снизу, через кольцевые  щели между подиной и стенами  печи, устроены водяные затворы. Водяной  затвор состоит из корыта, заполненного водой, и ножа, прикрепленного к отливкам, обрамляющего стены печи. Нож водяного затвора входит в желоб и тем самым отдаленный от воздействия высокой температуры. Ножи отливают из хромистого чугуна, а сам желоб изготавливают из обычной стали.

Зазоры между вращающимися подом и стенками печи приняты минимальными, но не создающими помех для беспрепятственного вращения подины печи. Так как при нагреве вращающейся подины может произойти увеличение ее диаметра, то зазор между подиной и внутренней стенкой печи выполняется соответственно меньшим, чем зазор между подиной и наружной стенкой печи.

Стены рабочего пространства печи возводятся на металлических опорных  кольцах, прикрепленных к стойкам  каркаса печи.   При удлинении  стоек каркаса кольцевых печей  до дна приямка, обеспечивается свободный  проход под печь, и создаются условия для хорошей естественной вентиляции ее внутреннего кольца.

Подина печи представляет собой клепанную металлоконструкцию, лежащую на  опорных роликах.

Кольцевой под печи вращается  вокруг центральной оси, опираясь на расположенные  на железобетонных стенках вертикальные ролики, уложенные в три ряда.

Центрирование кольцевых  подин печей большого диаметра успешно  осуществляется горизонтальными опорными роликами, расположенными радиально  по периметру несущей металлической  рамы подины и снабженными пружинами.

Вращение пода осуществляется посредством двух приводов, расположенных  вокруг печи на равных расстояниях  друг от друга. Приводы соединены  через коническую шестерню с зубчатой кольцевой рейкой, прикрепленной  снизу по окружности к металлической раме пода. Один из приводов снабжен сельсином и коробкой переключения скоростей для изменения угла поворота подины за 1 мин. Величина поворота пода устанавливается в зависимости от диаметра заготовки и регулируется установленным на приводе команд-аппаратом, предусматривающим возможность остановки пода после вращения на угол, кратный 10΄-12΄.

Загрузка трубных заготовок в печь и выдача их из печи выполняются через рядом расположенные окна загрузки и выгрузки специальными подвесными машинами, имеющими хоботы и оборудованными клещами для захвата заготовок.

Продольные перемещения  тележки загрузочной машины при  подаче заготовки рольганга на под  печи и обратно осуществляется при  помощи электропривода.

После загрузки очередной  заготовки подина поворачивается на некоторый угол, величина которого зависит от диаметра заготовки и производительности печи, и останавливается, когда подлежащая выдаче нагретая заготовка занимает положение против окна выгрузки. Загрузка и выгрузка заготовок из печи проводится одновременно.

Окно выгрузки должно быть оборудовано управляемой заслонкой, которая открывается и закрывается  автоматически, в зависимости от ритма выдачи заготовок, если выдача совершается не чаще одного раза в  минуту. При более быстром темпе  работы заслонка остается все время открытой.

У пульта управления машиной  и приводами вращения пода устанавливается  диск, вращающийся в раме с угловой  скоростью пода и показывающий положение  каждой партии заготовок на поду печи. Пуск и остановка приводов вращения пода производится дистанционно с пульта управления загрузочной или разгрузочной машины, или автоматически (синхронно с работой загрузочной и выгрузочной машины). Отдельные операции последних, также осуществляются либо автоматически, либо путем дистанционного управления с пульта управления.

 

2. ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ПЕЧИ

2.1 Расчет горения топлива

Исходные данные:

Назначение печи –  нагрев трубных заготовок перед  прошивкой;

Размеры нагреваемых  заготовок, м: диаметр d=0,15 (r =0,075), 
длина l=1,1;

Качество металла – низколегированная сталь;

Начальная температура  металла  ;

Конечная температура  поверхности металла  ;

Допустимый конечный перепад температур по сечению металла ;

Нагрев – без ограничений;

Производительность стана  на такой заготовке  ;

Топливо – сероводород  с теплотой сгорания ;

Температура подогрева  воздуха  ;

 

Содержание влаги в сухом газе g = 15 гр/м3; температура подогрева воздуха - 320С; коэффициент расхода воздуха α= 1,1; величина химического недожога gх.н / QНР=4 %.

Таблица 5.1

химические соединения	H2Sc	CO2c	CH4c	C2H6c	C3H8c	C4 H10c	C5H12c	N2c	Итого:
содер-жание, %	0,4	-	94,8	2,5	0,5	-	-	1.8	100