Введение
Задачей данной курсовой работы является подбор и расчет оборудования для термической обработки продукции стана холодной прокатки. Объектом будет служить стан 2030 бесконечной холодной прокатки Новолипецкого металлургического комбината.
Готовая продукция этого стана - холоднокатаная лента, толщиной от 0,4 до 3,0 мм, которая в дальнейшем будет подвергаться штамповке (производства автолиста). Материал - малоуглеродистая качественная сталь 08Ю.
После холодной прокатки и очистки (обезжиривания) полосы из углеродистой стали необходимо выполнить термическую обработку - рекристаллизационный (светлый) отжиг при температуре 720-750 ºC /1/, чтобы снять наклеп и получить крупнозернистую структуру металла, обеспечивающую требуемые механические (предел текучести, относительное удлинение) и технологические (штампуемость) свойства.
Так как после отжига полоса не подвергается вторичному травлению, образование окалины на ее поверхности недопустимо. Поэтому отжиг проводят в защитной атмосфере, состоящей из 95% азота и 5% водорода /1/. Для светлого отжига применяют колпаковые и непрерывные печи.
Непрерывные агрегаты, безусловно, выигрывают в качестве нагрева (нагрев равномерный по длине рулона) и в производительности (в непрерывном агрегате продолжительность операции 2-3 минуты, в колпаковых печах - десятки часов).
Основным достоинствам колпаковых печей является простота конструкции и относительно небольшие габариты.
Колпаковая печь состоит из колпака и нескольких стендов. Это связано с длительностью технологического цикла. В процессе нагрева стопы под колпаком, на других стендах осуществляются операции загрузки - разгрузки и охлаждения рулонов. Производительность одного колпака 1,2-2,0 тонны полосы в час /2/.
Колпак отапливают коксодоменным газом при помощи инжекционных горелок. Нагрев металла осуществляется за счет конвективного и лучистого видов теплообмена между муфелем и рулоном. Для интенсификации конвективного теплообмена создают циркуляцию защитного газа при помощи вентиляторов с крыльчаткой центробежного типа, расположенного в основании стенда.
Исходные и справочные данные
муфель колпаковый печь баланс
Годовая производительность печного пролета (P) - 1500 тыс. тонн/год.
Размеры печи, м:
D=2,85;
h=2,1.
Характеристики рулона:
наружный диаметр рулона (Dр) - 2,00 м;
внутренний диаметр рулона (dр) - 0,60 м;
высота рулона (hр) - 1,50 м;
количество рулонов в стопе (nр) - 1;
коэффициент заполнения рулона (η) - 0,97.
Характеристики металла:
теплоемкость (cм) - 0,67 кДж/(кг·К);
плотность (ρ) - 7850 кг/м³;
коэффициент теплопроводности (λм) - 34,2 Вт/(м²·К);
коэффициент эквивалентной теплопроводности в радиальном направлении (λr) - 7 Вт/(м²·К);
конечная температура - 720 ºC;
допустимый перепад температур - 50 ºC;
начальная температура - 60 ºC.
Коэффициент излучения абсолютно черного тела (cs) - 5,77 Вт/(м²·К4).
Степень черноты муфеля (εм) - 0,7.
Степень черноты рулона (εр) - 0,3.
Низшая теплота сгорания коксодоменного газа (Qнр) - 11,75 МДж/м³.
Коэффициент использования печи (kи) - 0,9.
Коэффициент заполнения (kз) - 0,8.
Кладка:
Внутренний слой 100 мм - шамотный легковес ШЛ-1
Наружный слой 80 мм - диатомит Д-500
Расчет колпаковой печи
Расчет проводим по методике /3/.
Расчет теплообмена под муфелем при нагреве
Температуру муфеля, ºС принимают постоянной для всего процесса нагрева
tмуф=tкон+ 10=720+10=730ºС
Диаметр муфеля
Dм=Dр+ 0,35=2,00+0,35=2,35 м
Высота муфеля
м
Приведенный коэффициент теплоотдачи излучением
Вт/(м²·К4)
Средняя температура наружной боковой поверхности рулона
ºС
Расчетная температура газа
ºС
Коэффициент теплоотдачи излучением от муфеля к наружной боковой поверхности рулона
Вт/(м²·К)
Площади поверхностей, м²:
боковой
;
торцевой
;
внутренней
;
поверхности муфеля
.
Действительные скорости защитного газа, м/с:
в конвекторных кольцах нижнего рулона
во внутренней полости рулона
Коэффициенты теплоотдачи конвекцией определяем по графикам α=f(ω), /3/, с учетом шероховатости поверхности, Вт/(м²·К):
αт= 24,75
αв= 25,25
Коэффициент привидения
,
где k - коэффициент
Средние приведенные коэффициенты теплоотдачи, Вт/(м²·К):
