Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Печи с роликовым подом

Содержание

Лист

Введение 5

1 Теоретическая часть

1.1 Характеристика печного рольганга 6 6

2 Проектная часть

2.1 Расчет горения топлива 10 2.2 Компоновка рабочего пространства 15

2.3 Расчет времени нагрева и длины печи 17

2.4 Расчет теплового баланса 19

2.5 Выбор радиационных труб 23

3 Охрана труда и промышленная экология

3.1 Техника безопасности при пуске и эксплуатации печей 25

3.2 Очистка сточных вод в прокатных цехах 27

Список использованных источников 30

Введение

Печи с роликовым подом представляют собой весьма совершенную и перспективную конструкцию проходных печей с механизированным подом. Они удачно компонуются в линиях поточного производства, поскольку роликовый под может быть продолжением цехового рольганга. Печи с роликовым подом широко применяют при термической обработке металла. Использование таких печей для высокотемпературного нагрева перед прокаткой несколько сдерживается недостаточной стойкостью роликов (особенно при необходимом увеличении ширины печей) и большими потерями тепла с охлаждающей водой.

Однако печи с шагающим подом сравнительно дороги: капитальные затраты на их сооружение на 40-45% выше, чем для толкательной печи аналогичной производительности. Сравнивая их с роликовыми печами, надо отметить, что масса оборудования печей с шагающими балками на 1м² площади пода на 40% больше, чем роликовых печей. Затворы, применяемые на этих печах, не обеспечивают, полной герметизации и в печь снизу попадает воздух.

В печах с роликовым подом, широко применяемых для нагрева листов, сорта, рельсов, бунтов проволоки,- металл прямо с рольганга поступает на ролики печи, вращающиеся по несколько штук от одного привода или от индивидуальных приводов. Скорость вращения роликов может быть различной. Ролики обычно выполняют из жаропрочной стали (например, содержащей 20-30% Ni и 20-25% Cr).

1 Теоретическая часть

1.1 Характеристика печного рольганга

Печи с роликовым подом получили наибольшее распространение, так как, обладают рядом преимуществ перед другими видами печей:

1) практически неограниченная длина печи, позволяющая

2) высокая удельная производительность проектировать печи большой производительности; в результате двухстороннего нагрева металла;

3) минимальный угар металла;

4) высокая степень механизации транспортировки обрабатываемого металла;

5) возможность автоматизации процесса;

6) простота обслуживания.

Особенно эффективными проходные печи оказались в условиях прокатного производства, где роликовый под является продолжением рольгангопечного рольганга, который является основной и наиболее дорогостоящей частью печи.

Печной рольганг состоит из роликов, их подшипниковых опор, привода вращения и системы охлаждения. В настоящее время в печах с роликовым подом нашли применение следующие конструкции роликов:

1) с охлаждаемыми цапфами; 2) с водоохлаждаемым залом; 3) с водоохлаждаемой бочкой.

Ролики с водоохлаждаемыми цапфами применяют в печах с температурой рабочего пространства до 1050 °С. Простота конструкции и низкие потери тепла у таких роликов обусловили их широкое распространение в промышленности.

Ролики рольганга с водоохлаждаемым валом применяют основном

при температуре в печи 1050-1250 °С. Нагрузка от веса нагреваемых

изделий, лежащих на бочке, передается на несущий водоохлаждаемый

вал через опорные втулки. Полость между бочкой ролика и водоохлаждаемым валом заполняют термоизоляцией. Одну из опорных втулок выполняют подвижной относительно вала. Если термоизоляция засыпная, то во время эксплуатации через зазор между втулкой и валом она высыпается и потери тепла через роликтемпературе атмосферы в печи свыше 1250 °С. Охлаждающую воду подают в кольцевой зазор между бочкой и центральной трубой. Ролик изготавливают целиком из углеродистой стали, теплопроводность которой выше, чем у жаропрочной стали. Потери тепла через такой ролик чрезвычайно велики, что является его основным недостатком и причиной достаточно редкого применения

на практике.

Наиболее распространенными являются первые два типа роликов. В качестве материалов для бочек таких роликов используют жаропрочные стали аустенитного класса или сплав. Содержание углерода в этих сталях колеблется в пределах 0,15—0,4%. Цапфы изготовляют литыми или коваными из теплостойких сталей.

Ролики рольгангов нельзя останавливать более, чем на 3— 5 мин при рабочей температуре, так как при этом может произойти необратимая деформация их бочек — прогиб.

Поэтому рольганги работают в одном из трех режимов: 1) непрерывном (или на проход); 2) реверсивном (или покачивания); 3) периодическом с кратковременными остановками.

При работе рольганга в непрерывном режиме все ролики печи вращаются в одном направлении с постоянной скоростью.

В режиме покачивания (или реверсивном) ролики поворачивают на 1,5; 2,5 оборота или другой угол в одну сторону, а затем после остановки в обратную сторону на такой же угол.

При периодическом режиме работы ролики периодически

поворачивают на 0,25 оборота в направлении движения садки с остановками в течение 1-120 с. в зависимости от режима работы рольгангов, шага роликов, размеров обрабатываемых изделий и других факторов применяют различные схемы приводов.

Анализ конструкций печных роликов зарубежных фирм, а также расчеты прочности роликов показывают, что наиболее оптимальной толщиной бочки 1 с точки зрения долговечности является толщина 25-30 мм при ее изготовлении по современным технологиям центробежного литья.

Предлагаемая конструкция печного ролика приведена на рис. 1, ее масса составляет 1504 кг. Головка цапфы 3 печного ролика выполнена из того же материала, как и бочка (40Х25Н19С2Л), что снимает ряд вопросов по их сварке с бочкой 1. Конструкция сборной цапфы (головка 3 и хвостовик 4), опирающейся на люнет позволяет исключить ее водяное охлаждение, что снижает эксплуатационные затраты и существенно уменьшает вероятность разрушения сварных швов.» (Г Применение тонкостенной конструкции головки цапфы 3, а также наличие в ее полости огнеупорных материалов 5 существенно снижает теплоотвод из печи (энергосбережение).

Рисунок 1 - Схема конструкции печного ролика

Конструкция роликов зависит от назначения и температуры рабочего пространства печи. В печах для термообработки тонкого листа иногда применяют ролики с дисками. Диски, располагаемые в шахматном порядке, заходят друг за друга и препятствуют попаданию листа под

ролики. Печи для толстого листа (рельсов, сорта) с рабочей температурой 800-1000˚С оборудуют роликами с неводоохлаждаемой бочкой. Для температуры печи 1000-1200˚С ролик выполняют с водоохлаждаемым несущим валом и укрепленной на нем жаропрочной бочки. Пространство между бочкой и валом заполняют теплоизоляцией (шамотным или диатомитовым порошком).

Роликовые печи в зависимости от их назначения делают различной ширины.

Правильный выбор ширины роликовой печи очень важен, так как, чем шире печь, тем большую нагрузку испытывают ролики. В работающей печи нельзя останавливать вращение роликов во избежание их прогиба. Поэтому длина роликовых печей всегда больше суммарной длины листов загружаемых в печью. В этом случае в процессе нагрева необходимо непрерывное вращение роликов, осуществляемое перемещение листов то немного вперед, то немного назад.

2 Проектная часть

2.1 Расчет горения топлива

Исходные данные:

n=1.05;

Таблица 1- Состав сухих газов,%

CH₄	C₂H₆	C₃H₈	C₄H₁₀	C₅H₁₂	CO₂	N₂	∑
94	1.8	0.4	0.1	0.1	0.1	3.5	100

Перерасчет с сухого газа на влажный осуществляется по формулам:

	(1)
	(2)

где W_г – влажность газа,

Таблица 2 – состав влажных газов, %

CH₄	C₂H₆	C₃H₈	C₄H₁₀	C₅H₁₂	CO₂	N₂	H₂O	∑
91,18	1,746	0,388	0,097	0,097	0,097	3,395	3	100

	(3)

Полный расчет на горение топлива ведем на 100 м³ газа в табличной форме (см. табл. 3), откуда

- расход воздуха

- объем продуктов сгорания при сжигании 1м³

Материальный баланс

Поступило:

Топливо – 100м³, в т.ч в кг:

CH₄=91,1816=1458,88	C₅H₁₂=0,09772=6,984
C₂H₆=1,74630=52,38	CO₂=0,09744=4,268
C₃H₈=0,38844=17,072	N₂=3,39528=95,06
C₄H₁₀=0,09758=5,626	H₂O=3,018=54

Воздух:

Итого:кг

Получено:

Продукты сгорания 1060,709м³, в т.ч. в кг:

Итого:

Определение калориметрической температуры

(4)

Где Q_физ=vвсвtв,;

св=1,333 , К – теплоемкость воздуха при tв=420⁰С, прил. I [т.2]

Примем tк^/=2200⁰С, прил. II [т.2]

Т.к. i₂₂₀₀<i₀, применяем tк^//=2300⁰С

(5)

Плотность продуктов сгорания:

2.2 Компоновка рабочего пространства.

Размеры заготовки: бвl= (412002200)мм³=(0,0041,22,2)

Начальная температура металла ;

конечная температура металла ;

38ХС – материал заготовки;

Ширина печи:

(6)

Где в – ширина заготовки, м;

а – зазор, равный 0,2м;

По таблице 24 [т.2] выбираем U-образную трубу типа ТРУ с горелкой

ВНИИМТ длиной Lт=1984мм при ширине рабочего пространства В=1508мм;

толщина кладки В=348мм для трубы d=180мм.

Поскольку В < В^/, оставляем ширину печи равной В^/=1,6м.

Высоту свода печи над металлом примем равной Н=0,8м. Учитывая, что

относительный шаг между ветвями одной трубы равен 1,5-2,2, а между

ветвями соседних труб 3,0-3,5 (табл.24 [т.2]), найдем:

Среднее расстояние между ветвями труб:

И относительный шаг:

2.3 Расчет времени нагрева и длины печи

Принемается температура поверхности трубы:

Из прил. VI[т.2] степень черноты нагреваемой стали Е_м=0,45.

По графику (рис 10 [т.2]) приведенная степень черноты Епр_1-2=0,305;

Данное значение относится к 1м² поверхности радиационной трубы.

Приведенная степень черноты на 1м² поверхности нагреваемого металла

определяется по формуле:

(7)

Так как нагреваемый металл, толщина которого б=0,004м, то расчет ведем по

методике «тонкого» тепла.

(8)

Где S=µб, м

Где µ - коэффициент несимметричности нагрева, табл. 12 [т.2].

S - расчетная толщина прогреваемого листа, м

Р – плотность металла,

(9)

где с, Мн, Si – среднее содержание данных элементов в заданной марке

стали;

Теплоемкость металла:

Значения функции находится по графику(рис 17 [т.2])

Минимально возможная длина печи, если листы лежат без зазора:

(10)

Где g – масса нагреваемого металла на 1м длины печи, кг

2.4 Расчет теплового баланса

Согласно таблице 24 [1], температура продуктов сгорания перед

рекуператором, равна , температура подогрева воздуха в рекуператоре

Для сжигания природного газа с заданной теплотой сгорания при п=1,1 требуется V_В=9,59м³; V=10,61 м³ продуктов сгорания следующего состава: CO₂=9,1%; H₂O=18,2%; O₂=0,9%; N₂=71,8%

Приход тепла

1) Тепло сгорания топлива

(11)

где В-расход природного газа на печь, м/с.

2) Тепло, вносимое подогретым воздухом

(12)

кВт (см. расчет 2.1)

Расход тепла

Тепло, затраченное на нагрев металла

(13)

Где и – энтальпия металла, прил. IX [т.2]

Тепло, уносимое продуктами сгорания

(14)

3)Потеря тепла теплопроводностью через кладку.

Принимается, что стены и свод выложены из шамота-легковеса с плотностью кг/м³ толщиной

Учитывая толщину кладки, находим наружную поверхность стен печи

72,982м²

Температуру наружной поверхности стен примем равной 100˚С. Тогда средняя по толщине температура кладки равна

Коэффициент теплопроводности шамота-легковеса равен

	(15)
	(16)

Принимая температуру окружающей среды t_ok=20˚С найдем потери

Где

Поскольку полученное значение близко к принятому, пересчет производить не следует

4)При нагреве металла до температуры ниже 950˚С применяют ролики с водоохлажденными цапфами. Для охлаждения цапф одного ролика обычно необходимо расход воды 1м³/ч.

Согласно принятой практике при температуре нагрева ниже 1000˚С и толщине металла . Тогда число роликов в проектируемой печи равно:

Расход воды на охлаждение цапф всех роликов

м³/с

Принимая, что вода, поступающая на охлаждение роликов с нагревается до , найдем количество тепла, уносимое водой:

(18)

При более высоких температурах нагрева металла бочка ролика охлаждается водой, и потери тепла с охлаждающих водой следует рассчитывать, используя таблицу 39[1].

5)Неучтенные потери принимая равным 10% от потерь тепла с уходящими газами, т.е

(19)

м³/с

Таблица 3-Сводная таблица результатов расчета

Приход	Вт(%)	Приход	Вт(%)
Тепло сгорания топлива	996,6	Тепло, затраченное на нагрев металла	516
Тепло вносимое подогретым воздухом	145,7	Тепло, уносимое продуктами сгорания	470,3
Тепло вносимое подогретым воздухом	145,7	Тепло, теряемое теплопроводностью через кладку	108,487
Тепло экзометрических реакций	251,425	Тепло, уносимое охлаждающей водой	1,13
Тепло экзометрических реакций	251,425	Неучетные потери	47,03
Итого:	1142,3	Итого:	1142,9

Удельный расход тепла:

(20)

2.5 Выбор радиационных труб

Количество тепла, выделяемое всеми радиационными трубами:

Плотность теплового потока от радиационных труб на металл:

(21)

Где Е_пр=0,305

В начале нагрева:

В конце нагрева:

Средняя по длине печи:

(22)

Необходимая площадь поверхности радиационных труб:

(23)

Излучающая поверхность одной ветви трубы имеет площадь:

Требуемое число ветвей радиационных труб:

Т.е. в печи должно быть установлено 17 радиационных труб.

Расход газа на одну трубу:

Необходимая пропускная способность радиационных труб по воздуху:

По графику (рис. 42 [т.2]), данный расход газа может быть обеспечен при давлении его перед трубой P_г=0,8кПа, а давление воздуха Р_в=0,6кПа

Уточнение размеров печи

Реальная длина печи:

(24)

Где n^/ - число ветвей радиационных труб

Масса одного листа равна:

В печи должно находиться:

Т.е. листы лежат с зазором:

Скорость движения листов через печь:

что следовательно можно использовать непрерывный метод движения.

3 Охрана труда и промышленная экология

3.1 Техника безопасности при пуске и эксплуатации печей

Техника безопасности на печах должна соблюдаться при пуске и эксплуатации печей. Во избежание хлопков и взрывов при розжиге печей необходимо придерживаться соответствующих правил и определенной последовательностей операций. Начинать надо с проверки надежности от истечения печи от цеховых газов сети, т.е тщательно отсеченных устройств. Если газопроводы длительное время были без газа или разбирались для ремонта, то их следует испытать на плотность, а затем продуть газ. После окончания продувки необходимо проверить топки печей и приступить к зажиганию.

При эксплуатации печей требования техники безопасности имеют конкретный характер и определяются конструкцией и назначением печи.

Необходимо внимательно следить за состоянием свода с тем, чтобы исключить возможность обвала свода во время эксплуатации печи. Для осмотра и ремонта главного свода и головок печи необходимо пользоваться площадками с перилами. Становится непосредственно на свод недопустимо.

Чтобы избежать прорыва металла через подину, надо тщательно следит за ее состоянием и своевременно проводить ее подвалку и заправку. При эксплуатации мартеновских печей, отапливаемых газообразным топливом, необходимо уделять внимание газоплотности перекидных устройств. Низкая газоплотность перекидных устройств может явится причиной просачивания газов, отравления и взрывов.

В конверторах с продувкой кислородом сверху, которые находят наибольшее распространение, кислородную фурму необходимо надежно защищать от попадания на нее масла. Чистку кислородных фурм от

настылей шлака проводят в перерывах между плавками, находясь на специальной площадке с перилами. Во избежание ожогов при продувке

плавки пребывание рабочих в близи конвертора и под рабочей площадкой

недопустимо. Для защиты от теплового излучения при измерении температуры металла термопарами погружения нужно применять защитные экраны. При сливе шлака надо внимательно следить за тем, чтобы в шлаковые ковши не попала вода. Шлак следует сливать спокойной струей, избегая ее разбрызгивания.

В связи с большими тепловыделениями необходимо уделять внимание аэрации цеха, для чего в первую очередь надо обеспечит доступ свежего воздуха на рабочую площадку. На ряду с аэрацией

здания нагревательных колодцев необходимо также обеспечивать хорошее проветривание шлакового туннеля.

Обслуживающий персонал нагревательных печей прокатных станов должен остерегаться падения слитков и заготовок при транспортировке к печам, движущихся частей подъемных столов, толкателей и выталкивателей, отравления газом, а так же ушибов и ожогов нагретым металлом при выдаче его печей, ручной кантовкой или подваркой нагреваемого металла. Нагревательный печи выделяют большое количество тепла в помещении цеха, поэтому их расположение в печах должно обеспечивать достойный приток воздуха каждой печи. Для устранения отравления газом следует неуклонно выполнять все требования по уплотнению газопроводов и соответствующей арматурой.

3.2 Очистка сточных вод в прокатных цехах

В связи с необходимостью выполнения постоянно ужесточаемых требований по защите водного бассейна от загрязнений, а также повышения экономической эффективности систем очистки в условиях роста объема производства и применяемых новых технологических процессов большое внимание уделяют очистке и регенерации сточных вод.

В качестве вторичных очистных сооружений в системе применены отстойники со встроенными камерами хлопьеобразования гидроциклонного типа в отличие широко использовавшихся до настоящего времени горизонтальных отстойников, поскольку увеличение скорости прокатки на широкополосных станах привело к уменьшению размера частиц окалины, попадавших в воду и значительному снижению эффективности осветлению воды в горизонтальных отстойниках. В обратном цикле предусмотрена обработка загрязненной воды реагентами, вводимыми непосредственно перед отстойниками. Изучение коагулирующего действия известкового молока, раствор сернокислотного аммония, сернокислотного железа, хлорного железа и ППА показало, что наиболее интенсивный процесс укрупнения механических примесей в сточных водах цехов горячей прокатки при совместном использовании ПАА и хлорного железа.

Промышленный отстойник имеет диаметр 30м со встроенной камерой хлопьеобразования гидроциклонного типа в котором использованы узлы серийно изготовляемого сгустителя П-30. Камера хлопьеобразования выполнена в виде цилиндра, подвешенного к вращающемуся мосту скребковой фермы. В камере хлопьеобразования происходит вращательно-восходящее движения потока в результате тангенциального выхода воды из патрубков распределительного устройства.

Таким образом, способ распределения воды в отстойнике, доочистка

переливов воды и схема гидросмыва окалины не обеспечивают нормальную эксплуатацию системы водоснабжения заготовочного стана. Для гидросмыва окалины целеобразна установка в багорной и насосной станции самостоятельного насосного агрегата. Щелевые трубы для распределения воды в отстойнике на практике оказались не эффективными. В конкретных условиях завода целесообразно распределять воду с помощью лотков. Нецелесообразно также применение сетчатого фильтра для доочистки переливов воды. Для этой цели рекомендуется применять фильтры с зернистой загрузкой.

Для окончательной очистки сточной воды из вторичных отстойников поступают в радиальные отстойники с выносной камерой флокуляции. В камеру флокуляции, оборудованной мешалкой, коагулянты вводят

сверху при помощи автоматического дозатора. В качестве коагуляторов применяют известь и сульфат железа. После 20 минут пребывания в камере флокуляции вода самотеком поступает в отстойник. Радиальный отстойник диаметром 50м с периферийной чаще глубиной 5-6м оборудован скребковой фермой и успокоительным кольцом в центральной части. Сборные лотки расположены по периферии отстойника и имеют двойной слив. Для увеличения фронта слива в лотке прорезаны сливные окна. Гидравлическая нагрузка на отстойник составляет 1,2 м³/м². Каждый отстойник оборудован двумя шнековыми насосами для уборки шлака, размещенные в помещении под

отстойником. Шлам из отстойников направляют на вакуум-фильтры с влажностью около 35% и вывозят в отвал.

С учетом значительных концентраций загрязняющих веществ в оборотной воде, а также требований к очищенной воде необходимой степени очистки достигает сочетанием последовательной очистки в горизонтальных отстойниках и в установке напорной флотации с последующей доочисткой

на бумажных полосовых фильтрах-автоматах. Обработанную воду подают в горизонтальные отстойники.

Всплывающие масла удаляют с поверхности отстойников специальным скребковым транспортером. Выпавшие в отстойниках механические примеси гидравлическим путем периодически направляют в шламовый приямок, осветленная вода из отстойников поступает в приемный резервуар, откуда насосами перекачивается через напорный бак во флотарах. Во всасывающий трубопровод насосов эжектором подает воздух в количестве 3-5% расхода воды. Частички масел и других мелкодисперсных загрязнений, флотируемые пузырьки воздуха, которым насыщена вода в напорном баке, образуют на поверхности флотатора пену, удаляемые скребковым устройством в подогревавший лоток. После флотаторов вода самотеком поступает в приемный резервуар и подается на доочистку на полосовые бумажные фильтры-автоматы. Затем очищенную воду через приемный резервуар направляют в охлажденную систему для повторного использования.