Конструирование ограждений печи
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
«МИСиС»
Институт Экотехнологий и Инжиниринг
КАФЕДРА ТЕПЛОФИЗИКИ И ЭКОЛОГИИ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА
КУРСОВАЯ РАБОТА
ПО ДИСЦИПЛИНЕ «ТЕПЛОТЕХНИКА»
ТЕМА: РАСЧЁТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ КОПИЛЬНИКА РАСПЛАВА
Вариант 21
Работу выполнил: Пулатов Ж.Х.
студент группыМЦМ – 07-3
Работу принял: Сборщиков Г.С.
МОСКВА 2010
Содержание
1. Задание……………………………………………………………….……3
2. Конструирование ограждений печи……………………………….……4
Расчет вертикальной стены над уровнем расплава……………...….…4
Расчет вертикальной стены под уровнем расплава……………….…...7
Расчет свода………………………………………………………………9
Расчет подины………………………………………………………...…10
3. Расчет процесса сжигания топлива……………………………………...13
4. Расчет теплового баланса ………………………………………………..15
5. Расчет сожигательного устройства……………………………………...17
6. Заключение ……………………………………………………………….19
7. Список литературы……………………………………………………….21
8. Приложения
Задание № 37
Копильник расплава заданного состава имеет площадь сечения A 
B и высоту в свету H. Высота уровня расплава h.
Для поддержания заданного уровня температуры расплава в рабочем пространстве копильника сжигается органическое топливо заданного состава.
Режим работы копильника – непрерывный.
Расчетная часть.
1. Разработать конструкцию ограждений печи.
2. Рассчитать процесс сжигания топлива при заданных температурных условиях печи.
3.
4. Выбрать и рассчитать сожигательные устройства.
Графическая часть.
1. Чертеж узла установки горелочного устройства на печи.
2. Чертеж узла стыковки свода печи со стеной.
3. Чертеж элемента подины печи.
4. Чертеж элемента кладки вертикальной стены.
Ширина копильника А = 6968 мм
Длина копильника В = 20865 мм
Высота копильника Н = 2900 мм
Высота уровня расплава h = 934 мм
Свод печи – распорно-подвесной
Температура продуктов сгорания 
= 1521 
Температура отходящих газов 
= 1278
Температура расплава на поверхности – 
= 1125
Основность расплава О = 3,3
Падение температуры расплава по глубине 
=105 град./м
Температура наружной стенки под уровнем расплава tст.1= 70
Температура наружной стенки над уровнем расплава tст.2 = 90
Температура наружной поверхности свода tсв.= 250
Температура наружной поверхности подины tпод.= 110
Температура окружающей среды tо.с.= 20
Газовая среда внутри копильника кислая
Газообразное топливо состава
| Компонент | CO | H2 | CH4 | C2H6 | H2S | CO2 | O2 | N2 |
| Содержание, % об. | 29,0 | 14,6 | 0,8 | 0,1 | 0,2 | 5.0 | 0.2 | 50.1 |
Конструирование ограждений печи.
2.1. Расчет вертикальной стены над уровнем расплава
Определяем материал и толщину рабочего слоя ограждения: согласно исходным данным рабочий слой в этой зоне имеет температуру внутренней поверхности 
, (по таблице 2.1[1] принимаем коэффициент расхода воздуха n=1,15), работает без теплосмен. По данным таблицы 3.7[1] выбираем форстеритовый огнеупор и определяем его рабочие свойства: коэффициент теплопроводности λ1=3,5 – 186*10-5T, Вт/(м*К) и предельную рабочую температуру Tпр=1700оС. H – h = 2.9 – 0.934 = 1.966 м. По таблице 3.14[1] определяем толщину рабочего слоя δ1=0,230, м.
По таблице 3.13[1] определяем плотность теплового потока от наружной поверхности верхней части стен в окружающую среду при Tст1=90оС: qос=984Вт/м2.
Определяем температуру наружной поверхности рабочего слоя T1, приняв температуру его внутренней поверхности .
Для определения λ1 задаёмся предварительно значением:
Тогда:
Определяем уточнённое значение 
:
ºС;
Относительная погрешность расчёта:
Так как относительная погрешность расчета больше допустимой (5%), то проводим новую итерацию, положив 
:
Сопоставляем расчетное значение 
с принятым значением :
Окончательно принимаем:
Приступаем к конструированию теплоизоляции ограждения, принимая предварительное решение выполнить ее двухслойной, предусмотрев в качестве материала второго слоя огнеупор-легковес и третьего слоя – теплоизоляционный материал. По приложению 14 [1] с учетом таблицы 3.10 [1], принимаем к установке во втором слое шамотный легковес ШЛА–1,3 со следующими рабочими свойствами: 
В качестве теплоизоляционного материала для третьего слоя по приложению 14 [1] выбираем шамотный ультралегковес ШЛ-0,4 со следующими рабочими свойствами:
Принимаем температуру на внешней границе второго слоя 
:
Толщина второго слоя δ2 легковеса:
Выбираем толщину второго слоя: 
. Уточняем температуру на внешней границе второго слоя:
Окончательно получаем:
Определяем толщину третьего слоя
Принимаем толщину третьего слоя 
и находим температуру на его наружной поверхности:
По принятой толщине третьего слоя уточняем значения 
и 
:
Определяем относительную погрешность расчета:
Так как относительная погрешность расчета больше допустимой (5%), то проводим новую итерацию, положив 
:
Определяем относительную погрешность расчета:
Так как относительная погрешность расчета больше допустимой (5%), то проводим новую итерацию, положив 
:
Определяем относительную погрешность расчета:
Окончательно получаем:
Для обеспечения заданной температуры наружной поверхности стен 
необходимо выложить четвертый слой ограждения. По приложению 15[1] воспользуемся асбузурит мастичный со следующими рабочими свойствами:
По формуле определяем толщину четвертого слоя:
Проверяем правильность расчета, определяя значение плотности теплового потока, переносимого через сконструированную многослойную стенку в окружающую среду:
;
Проверяем степень расхождения с принятым в расчетах значением q:
Суммарная толщина вертикальной стены над уровнем расплава:
2.2. Расчет вертикальной стены под уровнем расплава
Определяем материал и толщину рабочего слоя ограждения с учетом заданной основности расплава О = 3.3. Согласно табл. 3.8[1] расплав является ультраосновным. Температура внутренней поверхности рабочего слоя равна температуре расплава 
, высота стены 2,9м. По данным табл. 3.7[1] выбираем из табл. 8.3[2] форстеритовый огнеупор со следующими рабочими свойствами:
Толщина рабочего слоя 
по данным табл. 3.14[1] равна 0,345м.
По табл. 3.14[1] определяем плотность теплового потока от наружной поверхности нижней части стен в окружающую среду при tcт1=70ºС:
Определяем температуру наружной поверхности рабочего слоя.
Задаемся приближенным значением 
. Тогда
Уточняем значение 
:
Сопоставляем расчетное значение с принятым значением 
:
Так как относительная погрешность расчета больше допустимой (5%), то проводим новую итерацию, положив :
Сопоставляем последующее приближение с предыдущим :
Окончательно принимаем:
Перед выбором материала второго слоя, учитываем, что суммарная толщина нижней части стены не может быть меньше суммарной толщины ее верхней части. По приложению 14 [1], принимаем к установке во втором слое шамотный легковес ШКЛ-1.0 со следующими рабочими свойствами: 
Принимаем температуру на внешней границе второго слоя :
Толщина второго слоя δ2 легковеса:
Выбираем толщину второго слоя: 
. Уточняем температуру на внешней границе второго слоя:
Так как относительная погрешность расчета больше допустимой (5%), то проводим новую итерацию, положив :
Окончательно принимаем:
В качестве теплоизоляционного материала для третьего слоя по приложению 14 [1] выбираем шамотный ультралегковес ШЛ-0,4 со следующими рабочими свойствами:
Определяем толщину третьего слоя 
Принимаем толщину третьего слоя 
и находим температуру на его наружной поверхности:
По принятой толщине третьего слоя уточняем значения 
и 
:
Определяем относительную погрешность расчета:
Так как относительная погрешность расчета больше допустимой (5%), то проводим новую итерацию, положив :
Так как относительная погрешность расчета больше допустимой (5%), то проводим новую итерацию, положив :
Окончательно получим:
В качестве материала четвертого слоя по приложению 15 [1] принимаем к установке асбазурит мастичный со следующими свойствами:
, 
Определяем толщину слоя:
Проверяем правильность расчета, определяя значение плотности теплового потока, переносимого через сконструированную многослойную стенку в окружающую среду:
;
Проверяем степень расхождения с принятым в расчетах значением q:
Суммарная толщина вертикальной стены под уровнем расплава:
2.3. Расчет свода
Так как свод копильника – распорно-подвесной и внутренняя поверхность рабочего слоя свода контактирует с кислой (n = 1,15) газовой средой, по приложению 13[1] и табл. 3.7[1] целесообразно выбрать хромитопериклазовый огнеупор и по приложению 13[1] определяем его рабочие свойства: коэффициент теплопроводности λ1=2,04 – 38,4*10-5T, Вт/(м*К) и предельную рабочую температуру Tпр=1700оС. Из конструктивных соображений принимаем .
По табл. 3.13[1] определяем плотность теплового потока от наружной поверхности свода в окружающую среду при 
:
=5380 Вт/м2
Находим температуру наружной поверхности рабочего слоя Т1, приняв 
. Тогда
Определяем уточненное значение
= 
=703,7 ºС
Сопоставляем расчетное значение с принятым значением :
Так как относительная погрешность расчета очень большой, проводим новую итерацию, положив :
Сопоставляем последующее приближение с предыдущим :
Так как относительная погрешность расчета больше допустимой (5%), то проводим новую итерацию, положив 
Сопоставляем последующее приближение 
с предыдущим 
:
Окончательно принимаем:
По таблице 9.2.[2] выбираю в качестве теплоизоляционного слоя каолиновую вату 2…8 мкм со следующими рабочими свойствами:
=1100ºС
Определяем толщину слоя теплоизоляции:
=0,013 м
Проверяем правильность расчета, определяя значение плотности теплового потока, переносимого через сконструированный двухслойный свод в окружающую среду:
;
Проверяем степень расхождения с принятым в расчетах значением q:
Суммарная толщина свода:
2.4. Расчет подины
Внутренняя поверхность рабочего слоя подины копильника контактирует с основным расплавом. При высоте расплава 0,934 м и падении его температуры по глубине 105 град./м находим температуру расплава на поверхности рабочего слоя подины:
По табл. 8.3[2] и табл. 3.7. [1] выбираем в качестве рабочего форстеритовыйогнеупорсо следующими свойствами:
Толщину рабочего слоя принимаем равной 0,345 м.
Поскольку 
=110 ºС, по таблице 3.13.[1] определяем плотность теплового потока от наружной поверхности подины к слою огнеупорного бетона фундамента:
Вт/м2
Определяем температуру наружной поверхности рабочего слоя 
, приняв = 
=821,54ºС
Вт/(м·К)
Определяем уточненное значение :
= 
=854,91 ºС
Сопоставляем расчетное значение с принятым значением :
Окончательно принимаем:
Для обеспечения механической прочности и герметичности подины в качестве материала второго слоя по приложению 13 [1] выбираем шамотный огнеупор ШВ со следующими рабочими свойствами:
=1250…1400 ºС
Принимаем толщину слоя шамота 
=0,345 м (5 кирпичей на плашку) и определяем температуру наружной поверхности слоя шамота Т2. Для этого задаем 
и определяем значение 
:
Вт/(м·К)
Уточняем значение Т2:
= 482,209 ºС
Сопоставляем расчетное значение 
с принятым значением 
:
Окончательно принимаем:
Для обеспечения заданной температуры наружной поверхности подины tпод=110ºС между наружной поверхностью второго слоя подины и поверхностью огнеупорного бетона фундамента необходимо положить дополнительный теплоизоляционный слой. Для этого по приложению 15[1] принимаем диатомитовую обожженную крошкув засыпке со следующими рабочими свойствами:
= 900 ºС
Определяем толщину слоя теплоизоляции:
=0,064 Вт/(м·К)
Проверяем правильность расчета, определяя значение плотности теплового потока, переносимого через сконструированную многослойную подину:
;
Проверяем степень расхождения с принятым в расчетах значением q:
Суммарная толщина подины:
