Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждении среднего профессионального образования

Кулебакский металлургический колледж

УТВЕРЖДАЮ

Зам.директора по учебной работе

__________________Е.В. Ушакова

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к выполнению курсового проекта по предмету «Топливо и печи»

(специальность 1107)

Разработал преподаватель: Шиманова В.А.

Рассмотрено на заседании Председатель цикловой комиссии

цикловой комиссии _____________Шиманова В.А.

Протокол № 6 от 3 декабря 2008 г.

Кулебаки 2008 г.

Содержание

Введение

1. Назначение печи, преимущества и недостатки.

2. Характеристика материала изделия.

3. Расчет массы изделия.

4. Расчет времени нагрева изделия.

   0. 4.1. Определение рабочей температуры печи.

   1. 4.2. Расчеты времени нагрева металла.

   2. 4.3. Определение величины единовременной садки, емкости печи.

5. Определение размеров печи.

   0. Определение количества деталей, единовременно находящихся в печи.

   1. Расчет габаритных размеров печи и толщины кладки.

6. Расчет горения топлива.

7. Расчет теплового баланса пламенной печи.

7.1. ТЭП работы печи.

8. Электрические печи. Порядок расчета теплового баланса.

8.1. ТЭП работы печи.

9. Расчет и выбор горелок.

10. Расчет электронагревателя.

11. Охрана труда.

Введение

Курсовой проект является самостоятельной работой студентов; ставит своей задачей систематизировать, обобщить и проверить усвоение программного материала по предмету «Топливо и печи».

Самостоятельная работа над курсовым проектом позволяет учащимся проявить умение работать с учебной, технической и справочной литературой и подготовиться к выполнению технического проекта.

Курсовой проект должен состоять из пояснительной записки графической части. Объем пояснительной записки составляет 20-25 листов формата А-4 (210*297 мм). Текст пояснительной записки иллюстрируется диаграммами, графиками, схемами и т.д. Каждый рисунок должен быть пронумерован. Каждая страница должна иметь рамку и основную надпись, расположенную в правом нижнем углу формата согласно Гост 2.104-68: на первом листе – 185*40 мм, на всех последующих – 185*15 мм. Графическое оформление записки выполняется простым карандашом или черной тушью.

1. Назначение печи, преимущества и недостатки

На базе анализа научно-технической литературы и производственных данных проектант выбирает наиболее оптимальный вариант – прототип печи, полученной в задании. Прорабатывается подетально вся конструкция, технология обслуживания, рекомендуемые составы футеровки, топлива, типа электронагревателей и т.д. На этом этапе рекомендуется выполнить эскиз печи для дальнейшей работы.

В пояснительной записке приводится область применения выбранной конструкции печи и краткое описание основы конструирования с обоснованием принятых технических решений.

2. Характеристика материала изделия

Должна содержать: назначение, марки стали, химический состав, физико-механические свойства и структурные превращения при заданном режиме.

3. Расчет массы изделия

4. Расчет времени нагрева изделия

   0. 4.1. Определение рабочей температуры печи

Температура печи зависит от режима термообработки и находится по справочникам [9], [10], [11]. Например, по справочнику [10] сталь 40 нагревается под закалку на 830-860°С, тогда для расчетов температуру следует брать максимальную, т.е. 860°С. В последующем тексте она обозначается М _к – конечная температура нагрева металла. Температуру термических печей следует принимать на 10-30°С выше конечной температуры металла

t_n = t_м.к. + (10  30°С)

Определение конечной температуры металла в зависимости от критических точек.

Для доэвтектоидных сталей под отжиг, нормализацию, закалку:

Т_м.к. = А_С3 + (30  50°С) + 273К

Для эвтектоидных и заэвтектоидных:

Т_м.к. = А_С1 + (30  50°С) + 273К

Для отдельных марок сталей mА_С1 и А_С3 неизвестны и неуказанны в справочниках, тогда Т_м.к. принимается по рекомендации ГОСТов и ОСТов.

Температура печи определяется по следующим формулам:

Т_n= Т_м.к. + (10 30°С) – для электрических печей;

Т_n= Т_м.к. + (30  60°С) – для пламенных печей;

Т_n= Т_м.к. + (100  150°С) – для печей, имеющих муфель.

Рабочая температура печей (или их зон) должна соответствовать одному из следующих значений: 100, 200, 350, 500, 700, 800, 900, 1000, 1100, 1150, 1120, 1200, 1250, 1300, 1350, 1400, 1450.

0. 4.2. Расчеты времени нагрева металла

В процессе нагрева различают период нагрева и выдержки. За время нагрева температура изделия достигает заданного значения. Во время выдержки происходит выравнивание температур по сечению и завершение требуемых диффузионных процессов.

График нагрева для среды с постоянной температурой представлен в виде кривых на рис.1.

0. где t_n – время нагрева изделия,

1. t_b - время выдержки.

Рис.1. График нагрева для среды с постоянной температурой

Общее время процесса нагрева:

τ_n = τ_н + τ_b

4.2.1. Камерные и шахтные печи

При решении вопроса о времени нагрева металла сначала необходимо определить критерий БИО:

Формула подробно разработана в контрольных заданиях по курсу «Топливо и печи».

Согласно вычисленному критерию БИО, нагреваемое изделие относят либо к «тонким», либо к «массивным» телам. Если критерий B_i ≤ 0,25, тела относят к «тонким», если же B_i ≥ 0,25 – к «массивным».

Время нагрева «тонких» тел рассчитывается по аналитической формуле:

Формула обязательна для расчета времени нагрева изделий толщиной менее 5 мм при нагреве в печах (проволока, лента).

Для определения времени нагрева «массивных» тел (0,4 ≤ B_i ≥ 0,25) можно использовать эту же формулу с поправочным коэффициентом, зависящим от массивности тел и их формы [2, стр.121] или же применять графоаналитический метод графики Будрина [1], [2], [5], [6], [7]. Формула приобретает следующий вид:

, с

Поправочный коэффициент равен для пластины I +I/3, цилиндра I +I/4, шара I +I/5.

Дополнительно необходимо отметить следующее:

G – масса изделия, кг; можно принимать массу всей садки (или емкость печи);

C_M – средняя теплоемкость металла, Дж (кг·°);

α – суммарный коэффициент теплоотдачи, Вт (м²·°);

F – активная поверхность тела, воспринимающая тепло,м².

Если берется G – масса одной детали, то F – тоже для одной детали, а если G – масса всей садки, то F – брать активную поверхность для всей садки.

Для круглой заготовки, уложенной в печи вплотную, за активную поверхность можно приближенно принять проекцию садки на под печи. За F можно принимать и полную поверхность деталей, но тогда полученные результаты по времени нагрева следует умножить на коэффициент расположения К_Р, который дан в приложении:

, с

Время выдержки для «тонких» тел приближенно принимается как от времени нагрева, но не менее 1,5 – 2 мин. Следовательно,

τ_n = (1,2  1,25) · τ_н

Более точно по указанным ниже учебникам [1], [2], [5], [6], [7]. Для массивных тел масса выдержки рассчитывается по литературе [1], [2]. Аналитический метод расчета обязателен для изделий толщиной менее 5 мм. Есть и другие методы расчета.

Расчет времени нагрева по методу Смольникова:

, где

τ_н – время нагрева, мин.;

V – объем нагреваемого тела, см³;

F – активная поверхность тела, см²;

К – коэффициент, зависящий от условий нагрева, мин./см.

Значения коэффициента К приведены в таблице 1.

Таблица 1