close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Записка (5)

код для вставкиСкачать
МГТУ им. Баумана
Кафедра Материаловедение
Факультет МТ Кафедра МТ 8 РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
К КУРСОВОМУ ПРОЕКТУ НА ТЕМУ:
Спроектировать электрическую печь сопротивления СШЗ-15.15/9
Студент: _______(Хабарова О.В.) Группа_______
Руководитель проекта: _________(Ксенофонтов А.Г.)
Москва, 2003. 1. Вступление
Тема курсового проекта - спроектировать электрическую печь сопротивления СШЗ-15.15/9. В техническом задании предлагается спроектировать печь для нормализации заготовок из стали 15Х, с коэффициентом заполнения садки К=0.65. СШЗ-15.15/9 - печь сопротивления шахтная с защитной атмосферой.
Диаметр садки 15дм=1.5 м=1500мм
Высота садки 15дм=1.5м=1500мм
Максимальная температура нагрева печи t0=9000C
Сталь 15Х
Назначение: втулки, пальцы, шестерни, валики, толкатели и другие цементируемые детали, к которым предъявляется требование высокой поверхностной твердости при невысокой прочности сердцевины, детали, работающие в условиях износа при трении.
Температура критических точек
Критическая точка°СAc1766Ac3838Ar3799Ar1702
Технологические свойства
Температура 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
Физические свойства стали 15Х, как то: модуль нормальной упругости, Модуль упругости при сдвиге кручением, Плотность, Коэффициент теплопроводности , Коэффициент линейного расширения и удельная теплоемкость, даны в приложении.
2. Определение теплотехнических характеристик и тепловой массивности садки
1.1. Теплотехнические характеристики
Данные по теплотехническим характеристикам стали 15Х, представленные в приложении, взяты из [1].
Средняя температура нагрева садки Значения плотности r, коэффициента теплопроводности l и удельной теплоемкости c стали и садки при средней температуре Обозначение
Для стали 15Хдля садки (К=0,65)
r, кг/м376604979l, Вт/(м(0С)3824,7c, Дж/(кг(0С)550550
1.2. Тепловая массивность садки
Расчет ведем по критерию Био S=0.5(d=0.5(1.5=0.75 м Значение суммарного коэффициента теплоотдачи берем из [2]. При средней температуре он будет равен Таким образом, критерий Био равен Садка является теплотехнически массивным телом.
3. Расчет продолжительности нагрева
При нагреве массивных изделий в печах периодического действия период нагрева можно разбить на два этапа: t1 - период нагрева при постоянном тепловом потоке и
t2 - период нагрева при постоянной температуре печи.
Первый период, в свою очередь, следует разделить на две части. t' - начальный период нагрева (период прогрева), к концу которого в изделии устанавливается
t'' - регулярный режим нагрева, характеризующийся постоянным перепадом температур Dt=tпов-tц
Садка имеет форму цилиндра. Поэтому ведем расчет как для бесконечного цилиндра радиусом R=S=0,75 м
Длительность начального периода нагрева t'= Где , м2/с
В нашем случае мы учитываем конвекцию при расчете теплового потока, поэтому
Перепад температур между поверхностью и центром по окончании t'
Температуры на поверхности и в центре садки по окончании t'
Температура поверхности садки по окончании периода t''
. При такой массивности садки мы данные формулы не годятся. Расчет tцикла ведем по графикам Будрина, взятых из источника [3]. Для этого рассчитываем относительную температуру нагрева Из графиков Будрина получаем => τвспом принимаем 23 минуты или 0,38 ч
τцикла= τ+ τвспом=32,5 ч
Вес садки Gc=k·ρ·V=0.65·7660·π·0.752·15=13198 кг
Производительность печи g=Gc/τцикла=13198/32.5=406 кг/ч
4.Тепловой баланс электрической печи
Qрасх=Qприх
Qрасх=Qпол+Qвспом+Qкл+Qакк+ Qотв+Qнеучт
1.Расчет Qкл.
1) Расчет теплового потока через под печи. Под печи выполняем однослойным из шамота-ультралегковеса.
Толщина - d=0.325 м
l=0.093+1.63(10-4(tср
Выбираем температуры
На внутренней поверхности футеровки t1=8950C
На внешней поверхности футеровки t2=400C
tср=467,50C
l=0.093+1.63(10-4(467,5=0,1692 Dвн=1,9 м
Dнар=1,9+2d=1,9+2(0,325=2,55 м
Fвн=p((0.5Dвн)2=p((1.9/2)2=2.835м2 Fвн=2.835м2
Fнар=p((0.5Dнар)2=p((2.55/2)2=5.107м2 Fнар=5.107м2
Проверка слева
t(1=900-1746.619(0.003713=893.5 0C
t(2=900-1746.619((0.003713+0.4838)=48 0C
Проверка справа
t"2=20+1746.619(0.016317=48 0C
t"1=20+1746.619((0.016317+0.4838)=893.5 0C
Исходя из проверки, выбираем новые температуры
На внутренней поверхности футеровки t1=8940C
На внешней поверхности футеровки t2=500C
tср=4720C
l=0.093+1.63(10-4(472=0,1699 Проверка слева
t(1=900-1753.582(0.003713=893.5 0C
t(2=900-1753.582((0.003713+0.4818)=48.6 0C
Проверка справа
t"2=20+1753.582(0.003713=48.6 0C
t"1=20+1753.582((0.003713+0.4818)=893.5 0C
при t1=8940C и t2=500C
2) Расчет теплового потока через боковую поверхность печи.
Для боковой поверхности берем 2 слоя 1. шамот-легковес d1=0.18 м 2. минеральная вата d2=0.19 м
l1=0.1+1.45(10-4(t1ср
l2=0.044+1.67(10-4(t2ср
Выбираем температуры
На внутренней поверхности футеровки t1=8950C
На границе первого и второго слоев t2=5800C
На внешней поверхности футеровки t3=300C
tср1=737,50C
tср2=3050C
l1=0.1+1.45(10-4(737,5=0,2069 l2=0.044+1.67(10-4(305=0,0949 Fвн=p(Dвн(lвн =p(1.9(1.92=11.46м2 Fвн=11.46м2
F12=p(D12(l12 =p((1.9+2(0.18)((1.92+2(0.18)=16.188м2 F12=16.188м2 Fнар= F12+p(2(d2((1.9+2(d1+2(d2)=
=16.188+p(2(0.19((1.9+2(0.18+2(0.19)=19.34 м2 F12=19.34м2 Проверка слева
t(1=900-4865.95(0.0009185=895.5 0C
t(2=900-4865.95((0.0009185+0.06293)=589.32 0C
t(3=900-4865.95((0.0009185+0.06293+0.1127)=40.92 0C
Проверка справа
t"3=20+4865.95(0.0043=40.92 0C
t"2=20+4865.95((0.0043+0.1127)=589.32 0C
t"1=20+4865.95((0.0043+0.1127+0.06293)=895.5 0C
Исходя из проверки, выбираем новые температуры
На внутренней поверхности футеровки t1=8950C
На границе первого и второго слоев t2=5900C
На внешней поверхности футеровки t3=410C
tср1=742,50C
tср2=315.50C
l1=0.1+1.45(10-4(742,5=0,2077 l2=0.044+1.67(10-4(315.5=0,0967 Проверка слева
t(1=900-4931.39(0.0009185=895.47 0C
t(2=900-4931.39((0.0009185+0.06262)=586.66 0C
t(3=900-4931.39((0.0009185+0.06262+0.11061)=41.2 0C
Проверка справа
t"3=20+4931.39(0.0043=41.2 0C
t"2=20+4931.39((0.0043+0.11061)=586.66 0C
t"1=20+4931.39((0.0043+0.11061+0.06262)=895.47 0C
Окончательно принимаем при t1=8950C , t2=5870C и t3=410C 3) Расчет теплового потока через свод печи. Под печи выполняем однослойным из шамота-легковеса.
Толщина - d=0.325 м
l=0.1+1.45(10-4(tср
Выбираем температуры
На внутренней поверхности футеровки t1=8950C
На внешней поверхности футеровки t2=400C
tср=467,50C
l=0.1+1.45(10-4(467,5=0,1677 Dвн=1,9 м
Dотв=1,7 м
Dнар=1,9+2d=1,9+2(0,325=2,55 м
Fвн=p((0.5Dвн)2-p((0.5Dотв) 2=p((1.9/2)2-p((1,7/2)2 =2.262м2 Fвн=0.565м2
Fнар=p((0.5Dнар)2-p((0.5Dотв)2=p((2.55/2)2-p((1,7/2)2=2.837м2 Fнар=2.837м2
Проверка слева
t(1=900-740.746(0.0186=886.2 0C
t(2=900-740.746((0.0186+1.13999)=41.77 0C
Проверка справа
t"2=20+740.746(0.00294=41.77 0C
t"1=20+740.746((0.0294+1.13999)=886.2 0C
Исходя из проверки, выбираем новые температуры
На внутренней поверхности футеровки t1=886,20C
На внешней поверхности футеровки t2=41,770C
tср=463,9850C
l=0.093+1.63(10-4(463,985=0,1686 Проверка слева
t(1=900-744.56(0.0186=886.15 0C
t(2=900-744.56((0.0186+1.1339)=41.89 0C
Проверка справа
t"2=20+744.56(0.00294=41.89 0C
t"1=20+744.56((0.0294+1.1339)=886.15 0C
Окончательно принимаем при t1=8860C и t2=41,890C
4) Расчет теплового потока через крышку.
Для крышки выбираем 2 слоя 1. шамот-ултралегковес d1=0.13 м 2. минеральная вата d2=0.18 м
l1=0.093+1.63(10-4(t1ср
l2=0.044+1.67(10-4(t2ср
Выбираем температуры
На внутренней поверхности крышки t1=8950C
На границе первого и второго слоев t2=5800C
На внешней поверхности крышки t3=400C
tср1=737,50C
tср2=3100C
l1=0.093+1.63(10-4(737,5=0,2132 l2=0.044+1.67(10-4(310=0,09577 Fвн=F12=Fнар=p((0.5Dвн)2=p((1.7/2)2=2.27 м2 Fвн=2.27м2
Проверка слева
t(1=900-773,397(0.004637=896.42 0C
t(2=900-773,397((0.004637+0.2686)=688,68 0C
t(3=900-773,397((0.004637+0.2686+0.8279)=48,39 0C
Проверка справа
t"3=20+773,397(0.0367=48,39 0C
t"2=20+773,397((0.0367+0.8279)=688.68 0C
t"1=20+773,397((0.0367+0.8279+0.2686)=896.42 0C
Выбираем новые температуры
На внутренней поверхности футеровки t1=8960C
На границе первого и второго слоев t2=6880C
На внешней поверхности футеровки t3=480C
tср1=7920C
tср2=3680C
l1=0.1+1.45(10-4(742,5=0,222 l2=0.044+1.67(10-4(315.5=0,1055 Проверка слева
t(1=900-837.43(0.004637=896.11 0C
t(2=900-837.43((0.004637+0.2579)=680,14 0C
t(3=900-837.43((0.004637+0.2579+0.7516)=50,73 0C
Проверка справа
t"3=20+837.43(0.0367=50,73 0C
t"2=20+837.43((0.0367+0.7516)=680.14 0C
t"1=20+837.43((0.0367+0.7516+0.2579)=896.11 0C
Окончательно принимаем при t1=896,110C , t2=6800C и t3=510C 2. Расчет Qпол. Qпол.=g(c((Tk-Tн)=406(550((880-20)=192038000 Дж
Qпол.=53344Вт
3. Расчет Qотв. Qотв.= Qизл+ Qконв.
-соответствует квадратному сечению 1,506х1,506 м2
Y=0.62 e=0.85 e0=5.67
Qотв.= Qизл+ Qконв=111827+1942878.57=2054705,57 Вт
τзакр= τнагр+τвыд=32,12 ч
τоткр= τц-τзакр=32,5-32,12=0,38 ч
4. Расчет Qвспом.
Qвспом=Qтары+Qатм
Qтары=(10..15%)*Qпол=0,13*53343,88=6934,7 Вт
Qатм=Vгаза*CVгаза(Tк-Tн)газа
Vгаза=3*( Vвнутр.простр -Vраб. простр.)=3*(p*0.952*1.92-p*0.752*1.5)=8.379 м3
Qатм=8,379*0,291*(900-20)=2145,69 Вт
Qвспом=6934,7+2145,69=9080,39 Вт
Qвспом=9080,39 Вт
5. Расчет Qакк
Qакк=238054885+231988301+1957999997+110520687=2538563870 Дж
Qакк на 1 неделю (168 часов)
6. Расчет Qнеучт
Qнеучт=10% (Qкл+ Qдв. период+ Qакк)=0,1*(8266,96+24852+4197,36)= 3731,632 Вт
Qрасх=Qпол+Qвспом+Qкл+Qакк+ Qотв+Qнеучт=
=53344+9080,39+8266,96+4197,36+24852+3731,632=103472,342 Вт
КПД печи: P=k1(Qпол+Qвспом)+k2(Qрасх-Qпол-Qвспом)=(k1-k2)(Qпол+Qвспом)+Qрасхk2=
=(1,2-1,3)(53344+9080)+103472,342*1,3=142,665 кВт
Принимаем P=150 кВт
Удельный расход теплоэнергии A=Pуст/g=150/406=0,369 кВт*ч/кг
4.Расчет нагревателей
Нагреватели размещаем на боковой поверхности печи. Установленная мощность зоны Руст=150 кВт
Температура нагрева изделия в печи tпт=9000С
Площадь нагреваемого изделия Fизд=10,603 м2
Поверхность стен зоны печи, занятая нагревателями Fст=11,46 м2
Срок службы нагревателей не менее 10000 ч
Электропитание зоны трехфазным током без трансформатора
Выбираем конструкцию электронагревателей - проволочный зигзаг с относительным витковым расстоянием l/d=2,75
Удельная мощность, которую надо расположить на 1 м2 стенки зоны печи
Wид=1,8 Вт/см2 и соответствующая tн=9500С
Выбираем материал Х20Н80 и d=2,4 мм
Допустимая удельная поверхностная мощность
W=Wидaэфaгaрaс=1.80.6811.3=1.5912 Вт/см2
Берем 12 нагревателей, каждый мощностью P1=150/12=12.5 кВт
Удельное сопротивление сплава Х20Н80 при температуре 9500С rг=1,1155 Оммм2/м
Напряжение одного нагревателя Принимаем стандартное напряжение U1=380 В. Схема соединения нагревателей - звезда. Исходя из принятой величины напряжения, рассчитываем
принимаем d=3,2 мм
Сопротивление нагревателя Длина одного нагревателя Действительная температура нагревателя tн=9750С
Размещение нагревателя в печи
Т.к. e/d=2.75, то emin=2,75*d=2.75*3,2=8.8 мм
Выбираем е=11 мм. Внутренний радиус изгиба нагревателя Боковая поверхностьРазвернутый нагревательОбщая длина5,969 м73,2 мt=2e17,6 ммХ ммДлина боковой поверхности печи pD=p*1.9=5.969 м
расстояние между нагревателями Длина выводов нагревателей l=dфут+80 мм=450 мм
мт
5.Расчет механизма подъема крышки
Выбор двигателя
Определяем массу крышки.
mкрышки=mм.в.+mш/у/л+mкожух
mш/у/л=ρш/у/л*Fш/у/л*δш/у/л=0.4*2.27*0.13=0.118 кг
mм.в =ρм.в*Fм.в*δм.в=0.2*2.27*0.18=0.08172 кг
Объем кожуха
Vкожух=p*10022*2+
+(p*10022-p*8522)*2+p*2002*2*200+2*p*1702*110=0.0117 м3
mкож =ρкож*Vкож=0,0117*7,8=0,09126 т= 91.26 кг
mкрышки=mм.в.+mш/у/л+mкожух=199,76+91.26=291.02 кг
Вес крышки P=mкрышки*g=291*9.8=2852 H
Скорость подъема v=2 м/мин
Высота подъема H=200 мм= 0,2 м Выбираем полиспаст с кратностью а=2, числом ветвей m=1, числом отклоняющих блоков t=0. КПД полиспаста:
Выбираем двигатель 4АС80А8У3 с мощностью Pдв=0,4 кВт и частотой n=660 мин-1
Выбор Каната
Наибольшая сила натяжения в канате
Разрушающая нагрузка должна удовлетворять условию Выбираем канат двойной свивки типа ЛК-Р конструкции 6Х19 (1+6+6/6) +1 о.с. по ГОСТ 2688-80 для которого dк=6.9 мм, Sпр=18.05 мм2, Fразр=26 кН
Расчет барабана
Диаметр барабана по дну канавки
Принимаем Крутящий момент на барабане
Частота вращения барабана
Необходимое передаточное отношение привода
Фактическая скорость подъема
Шаг нарезки барабана p=1.2*dк=8 мм
Число витков Длина барабана 8*(2+6)=64 мм
Выбор редуктора
Наибольший момент на тихоходном валу
Эквивалентный момент на выходном валу
Выбираем редуктор Ч-63, iР=63, THlim=120 Н*м
Выбор муфты
Выбираем упругую муфту с пальцами
Т=63 Н*м, d=22мм по ГОСT 21424-75
7.Расчет ориентировочной стоимости печи
Для определения ориентировочной себестоимости печи будет достаточно найти стоимость материалов для изготовления печи, стоимость работ основных рабочих, а также определить размер цеховых и заводских расходов
Таблица 1. Стоимость основных материалов
№НаименованиеКоличествоОптовая цена, р/тСумма, руб.1Шамот-легковес2,888 т10000288802Шамот-ультралегковес0.634 т1200076083Минеральная вата0,757 т16000121124Двойной нихром Х20Н800,000495 т2100010,45Металлоизделия2,48500204206Термопара1 шт250 р/шт250Суммарная стоимость материалов печи69280,4
Таблица 2. Зарплата основных рабочих
№профессияОбъем работыразрядРасценки, руб/160 чнормазарплата1Слесарь20 ч41870233,752Сварщик50 ч52040637,53Огнеупорщик8,2 м3418701,2 м3/ч79,924электрик3 ч3170031,88Суммарная зарплата рабочих983,05
Таблица 3. Заводская себестоимость
№затратаСумма, руб1Материалы69280,42Зарплата рабочих983,053Цеховые расходы31464Заводские расходы786,44Заводская себестоимость печи74195,89
Заводская себестоимость печи З.с.=74196 руб
Плановая себестоимость печи П.с.= З.с.+0,03*З.с.=74196+0,03*74196=76422 руб
Плановая цена П.ц.=1,03*П.с.=78715 руб
8.Таблица технико-экономических показателей
№ Нимвнование Единица измеренияВеличинаПримечание1 Назначение печи Печь для нормализации2 Размеры рабочего пространства: Диаметр Высота мм
мм
1900 17203 Габаритные размеры: Диаметр Высота мм
мм
2640
23904 Стоимость руб787155 Масса т6,686 Максимальная температура 0С9007 Температура выдачи металла 0С8808 Время нагрева печи до заданной температуры час4,339 Время нагрева и выдержки деталей час32,1210 Производительность печи кг/час40611 Установленная мощность кВт15012 Число регулируемых зон 113 Напряжение на клеммах В38014 Число фаз 315 КПД %5216 Удельный расход энергии кВт час/кг0,369
8,Список использованной литературы
1. http://steels.h1.ru/ (использован Марочник сталей и сплавов. Под ред. В.Г.Сорокина, М.: Машиностроение, 1989 г.)
2. Лаб. раб.
3. Ксенофонтов А.Г., Нагрев металла. Методические указания к лабораторным работам по курсу "Расчет и конструирование нагревательных устройств" под редакцией Д.А. Прокошкина, М.: МГТУ, 1985.
4. Рустем С.Л. Оборудование и проектирование термических цехов. М. Машгиз, 1962
Приложение
Температура испытания, 0С20 100 200 300 400 500 600 700 800 900 Модуль нормальной упругости, (Е, Гпа)215 212 194 191 179 170 162 142 132 Модуль упругости при сдвиге кручением (G, Гпа)83 82 76 74 71 67 63 55 50 Плотность (r, кг/м3)7830 7810 7780 7710 7640 Коэффициент
теплопроводности (Вт/(м ·0С))44 44 43 41 39 36 33 32 32 Температура испытания, 0С20- 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)10.2 11.5 12.4 13.0 13.5 14.0 Удельная теплоемкость (С, Дж/(кг · 0С))496 508 525 538 567 588 626 706 2
Документ
Категория
Рефераты
Просмотров
15
Размер файла
488 Кб
Теги
записка
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа