УМКДП 050709 Оборудование термических цехов

Министерство образования и науки Республики Казахстан Карагандинский государственный технический университет     Утверждаю Первый проректор ___________   Исагулов А.З. «____» _________ 2007г.           УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ДИСЦИПЛИНЫ  ПРЕПОДАВАТЕЛЯ   по дисциплине «Оборудование термических цехов»                     для студентов специальности 050709     «Металлургия»   Факультет        машиностроительный   Кафедра    МЛП и КМ 2007

Учебно-методический комплекс дисциплины преподавателя разработал: Альжанов Марат Кайдарович, доцент кафедры МЛП и КМ, к.т.н.       Обсужден на заседании кафедры МЛП и КМ Протокол № _______ от «____»______________2007г. Зав. кафедрой ____________ Шарая О.А.        «____»____________2007 г.       Одобрен методическим бюро факультета машиностроительный Протокол № ________ от «_____»_____________2007 г. Председатель _____________ Турсунбаева А.К.       «____»________2007 г.

1 Рабочая учебная программа

 

Альжанов Марат Кайдарович — доцент, к.т.н. кафедры МЛП и КМ

 

Кафедра  МЛП и КМ находится в главном корпусе КарГТУ, аудитория  313, контактный телефон  56-75-96 доб. 124

1.2 Трудоемкость дисциплины

 

Семестр	Количество кредитов	Вид занятий					Количество часов СРС	Общее количество часов	Форма контроля
		количество контактных часов			количество часов СРСП	всего часов
		лекции	практические занятия	лабораторные занятия
7	4	30	15	15	60	180	60	180	Курсовой проект, экзамен

 

1.3 Характеристика дисциплины

Дисциплина «Оборудование термических цехов» является вузовской компонентой_цикла профильных дисциплин. Большинство современных технологий  производства металлоизделий  подразумевают процессы термической обработки в аппаратах и агрегатах различной конструкции. Следовательно, для грамотного ведения технологического процесса, разработки режимов, обеспечивающих требуемые свойства и качество изделия, необходимо иметь представление: о принципе работы, конструкции основных видов термических печей; методике их расчета и выбора основных конструктивных параметров; оснащения термических печей вспомогательным оборудованием; размещения основного вспомогательного оборудования на производственной площадке в соответствии с выполняемым технологическим процессом. Дисциплина позволяет получить знания, необходимые при выполнении выпускной работы.

 

1.4 Цель дисциплины

Целью изучения данной дисциплины является: приобретение навыков анализа работы и конструкции различных нагревательных устройств и печей, расчет конструктивных параметров, оптимальных режимов нагрева с целью экономии энергоресурсов и получения изделий с заданным уровнем качества.

 

1.5 Задачи дисциплины

Задачи дисциплины следующие:

выбор и расчет конструктивных параметров и режимов нагрева, выбор схемы загрузки, перемещения и выгрузки обрабатываемых изделий в печном пространстве в зависимости от поставленных задач.

В результате изучения данной дисциплины студенты должны:

иметь представление о:

конструкции и принципах работы различных термических печей и нагревательных устройств, видах топлива, огнеупорных и строительных материалах, используемых в нагревательных устройствах.

знать:

основные законы теплообмена, методики расчета конструктивных элементов печей;

уметь:

анализировать явления и процессы, протекающие_в нагревательных устройствах, обрабатывать экспериментальные данные с использованием методов теории подобия и соответствующих диаграмм.

приобрести практические навыки:

расчета режимов; основных технологических и конструктивных параметров термических печей и нагревательных  устройств.

 

1.6 Пререквизиты

Для изучения данной дисциплины необходимо усвоение следующих дисциплин (с указанием разделов (тем)):

 

 

 

1.7 Постреквизиты

Знания, полученные при изучении дисциплины, используются при выполнении выпускной работы.

 

1.8 Содержание дисциплины

 

1.8.1 Содержание дисциплины по видам занятий и их трудоемкость

 

1.8.2 Тематика курсовых проектов

Расчет и обоснование параметров, выбор и разработка конструкции печи для термической обработки изделия (в соответствии с индивидуальными заданиями).

 

1.9 Список основной литературы

1. Гусовский А.С. Термические печи и нагревательные устройства. Справочник, М., 2001.

2. Соколов К.П. Технология термообработки и проектирование термических цехов, М., 1988.

3. Вишняков Д.Я. Оборудование, механизация и автоматизация в термических цехах.М. 1964.

4. Рустем С.Л. Оборудование термических цехов. М. 1971.

5. Кривандин В.А., Арутюнюв В.А. Металлургические печи. М. Металлургия.1977.

6. Кривандин В.А., Арутюнов В.А. и др. «Металлургическая теплотехника» т. 1,2. М.,1986

7.Тымчак В.М. Методические печи. М. Металлургия. 1970.

8. Сатановский Л.Г. Нагревательные и термические печи в машиностроении. М. Машиностроение. 1971.

9. Тайц Н.Ю. Методические и нагревательные печи. М Металлургия. 1964.

10. Аверин С.И. Расчеты нагревательных печей. Киев. 1969.

11.Ерохин А.П., Самохин И.П. Механизация и автоматизация в термических цехах. М. Металлургия. 1953. 4. Китаев Б.И. и др. Металлургические печи. М.,1970.

12. Николаев Е.Н. Термическая обработка и оборудование термических цехов, М., 1980.

 

1.10 Список дополнительной литературы

13. Авдеев В.А. Основы проектирования металлургических заводов. Справочник., М. 2002

14.Соломенцев Ю.М. Промышленные роботы в машиностроении. М. 1987.

15. Спыну Г.А. Промышленные роботы. Конструирование и применение. Киев, 1991.

16.Солодихин А.Г. Технология, организация и проектирование термических цехов. М.,1987.

17..Ладыгичев М.Г. Огнеупоры для нагревательных и термических печей. Справочник. М. теплотехника. 2004.

18.Квон Св.С. Теплотехника. Учебное пособие, КарГТУ, 2003

19.Альжанов М.К. Расчеты термодинамических процессов. Учебное пособие, КарГТУ, 2003.

 

1.11 Критерии оценки знаний студентов

Экзаменационная оценка по дисциплине определяется как сумма максимальных показателей успеваемости по рубежным контролям (до 60%) и итоговой аттестации (экзамену) (до 40%) и составляет значение до 100% в соответствии с таблицей.

 

 

Рубежный контроль проводится на 5-й, 10-й и 15-й неделях обучения и складывается исходя из следующих видов контроля:

 

 

 

 

1.12 Политика и процедуры.

При изучении дисциплины «Оборудование термических цехов» прошу соблюдать следующие правила:

1. Не опаздывать на занятия.

2. Не пропускать занятия без уважительной причины, в случае болезни прошу представлять справку, в других случаях – объяснительную записку.

3. Активно участвовать в учебном процессе.

4. Быть терпимыми, открытыми, откровенными и доброжелательными к сокурсникам и преподавателям.

 

1.13 Учебно-методическая обеспеченность дисциплины.

 

Ф.И.О автора	Наименование учебно-методической литературы	Издательство, год издания	Количество экземпляров
			в библиотеке	на кафедре
Основная литература
Гусовский А.С.	Термические печи и нагревательные устройства.	М. металлургия. 2001	15	1
Вишняков Д.Я.	Оборудование, механизация и автоматизация в термических цехах.	М. 1964.	5	1
Рустем С.Л.	Оборудование термических цехов	М.1971	5	1
Кривандин В.А., Арутюнюв В.А.	Металлургические печи	М. Металлургия, 1977	20	1
Сатановский Л.Г	Нагревательные и термические печи в машиностроении.	Машиностроение, 1971	5	1
Тайц Н.Ю	Методические и нагревательные печи	М Металлургия. 1964.	5	1
Аверин С.И.	Расчеты нагревательных печей	Киев. 1969..	5	1
Николаев Е.Н.	Термическая обработка и оборудование термических цехов	М., 1980	5	1
Дополнительная литература
Солодихин А.Г.	Технология, организация и проектирование термических цехов	Машиностроение, 1980	4	1
Гусовский А.С.	Термические печи и нагревательные устройства.	Металлургия, 2001.	1	—
Соколов К.П.	Технология термообработки и проектирование термических цехов	Машиностроение,1988	2	1
Авдеев В.А.	Основы проектирования металлургических заводов. Справочник	М. 2002	5	1
Соломенцев Ю.М.	Промышленные роботы в машиностроении	М. 1987.	5	1
Спыну Г.А.	Промышленные роботы. Конструирование и применение	Киев, 1991	10
Квон Св.С.	Теплотехника. Учебное пособие	, КарГТУ, 2003	20	20
Альжанов М.К.	Расчеты термодинамических процессов	, КарГТУ, 2003.	20	30

 

2. График выполнения и сдачи заданий по дисциплине

Вид контроля	Цель и содержание задания	Рекомендуемая литература	Продолжительность выполнения	Форма контроля	Срок сдачи
Отчет по СРС (тема 1)	Углубить знания по устройствам для сжигания топлива	[1-3,6]	2 недели	текущий	2 –я неделя
Практическое занятие 1	Освоить методику расчета орсунок и горелок	[1-3,6]	2 недели	текущий	2 –я неделя
Лабораторное занятие 1	Изучить устройство форсунок и горелок	[1-3,6]	2 недели	текущий	3 –я неделя
Практическое занятие 2	Освоить методику расчета теплогенераторов	[1-3,6]	2 недели	текущий	4 –я неделя
Отчет по СРС (тема 2)	Углубить знания по данной теме	[1-3,6]	2 недели	текущий	5 –я неделя
Лабораторное занятие 2	Изучить работу рекуператоров и регенераторов	[1-3,6]	2 недели	текущий	6 –я неделя
Контрольная работа 1	Контроль знаний по устройству, методике расчета и работе форсунок, горелок, рекуператоров и регенераторов	[1-3,6], конспект лекций		рубежный	5-ая неделя
Отчет по СРС (тема 3)	Углубить знания по устройству и работе печей периодического типа	[1-3,6]	2 недели	текущий	7 –я неделя
Практическое занятие 3	Ознакомиться с принципом конструирования камерных печей	[1-3,6]	2 недели	текущий	8 –я неделя
Лабораторное занятие 3	Изучить конструкцию и работу электрических камерных печей	[1-3,6]	2 недели	текущий	9 –я неделя
Практическое занятие 4	Освоить методику расчета камерных печей	[1-3,6]	2 недели	текущий	10 –я неделя
Контрольная работа 2	Контроль знаний по устройству и работе печей периодического типа	[1-3,6], конспект лекций		рубежный	10 –я неделя
Отчет по СРС (тема 4)	Углубить знания по печам непрерывного действия	[1-3,6]	2 недели	текущий	11 –я неделя
Практическое занятие 5	Освоить принцип расчета и выбора печей непрерывного действия	[1-3,6]	2 недели	текущий	12 –я неделя
Лабораторное занятие 4	Изучить конструкцию и работу печей непрерывного действия	[1-3,6]	2 недели	текущий	13 –я неделя
Лабораторное занятие 5	Изучить конструкцию вспомогательных устройств печей непрерывного действия	[1-3,6]	2 недели	текущий	12 –я неделя
Отчет по СРС (тема 5)	Углубить знания по  оборудованию специального назначения	[1-3,6]	2 недели	текущий	14 –я неделя
Практическое занятие 6	Освоить принципы выбора установок ТВЧ-нагрева,  оборудования для обработки холодом	[1-3,6]	2 недели	текущий	14 –я неделя
Защита курсов-ых проектов	Контроль знаний по курсу	вся рекомендуемая литература, конспект лекций		итоговый	15-ая неделя
экзамен	Контроль знаний по курсу	вся рекомендуемая литература, конспект лекций		итоговый	Экзаме-национная сессия

 

3. Конспект лекций.

 

Лекция № 1. Топливосжигающие устройства (4 часа)

 

План лекции:

1. Строение факела

2. Топочные камеры

3. Газовые горелки

4. Устройство и работа форсунок.

 

Краткое содержание лекции:

Сжигание топлива с помощью горелок или форсунок в термических печах  сопровождается образованием факела строение и размеры которого во-многом определяют  температурный режим печи и расход топлива. Более того строение факела отражается на составе продуктов горения, условиях подготовки к сжиганию, газодинамической обстановке в печном пространстве. Наиболее сложное строение факел имеет при сжигании жидкого топлива, содержащего тяжелые углеводороды. При использовании газообразного топлива строение факела несколько проще. Тем не менее независимо от вида топлива следует выделить следующие зоны в строении факела:

1) зона испарения составляющих компонентов топлива,

2) зона разложения тяжелых углеводородов на легкие компоненты,

3) зона горения продуктов разложения,

4) зона образования продуктов горения,

5) зона не вовлеченного в процесс горения воздуха.

Поскольку температура образовавщегося при горении топлива факела достаточна высока, а состав продуктов горения в нем подвержен колебаниям сжигание топлива в рабочем пространстве печи не допускается. Для сжигания топлива используют топочные камеры в которых происходит ряд процессов, способствующих созданию в печном пространстве наиболее благоприятных для реализации технологического процесса условий. Используются три типа топочных камеры:

— цилиндрическая,

— коническая,

— топочная камера с порогом.

От формы топочной камеры зависят условия сжигания топлива и нагрева изделий в печи. Подача и подготовка к процессу сжигания топлива осуществляется газовыми горелками и форсунками. Различают высоконапорные и низконапорные топливосжигающие устройства различной конструкции. Форма каналов для подачи топлива и воздуха может быть цилиндрической ли щелевой. Трубы для подачи топлива и воздуха могут располагать коаксильно (труба в трубе) или перпендикулярно смесительной трубе ( односторонние или двухсторонние). С целью увеличения степени смешивания воздуха с топливом форма и конструкция смесительной камеры могут иметь весьма сложную конфигурацию (завихрители, распылители). Основным рассчитываемым параметром форсунок и горелок является диаметр носика сопла.

 

Рекомендуемая литература:

[3] , стр. 41-65.

[4], стр.73-89.

[6], стр. 123-175.

 

Контрольные задания для СРС:

1. Изучить конструкцию инжекционной горелки.
2. Изучить конструкцию низконапорной форсунки.
3. Изучить методику расчета индукционной горелки.
4. Изучить особенности работы топочных камер различной конструкции.

Лекция №2. Теплоаккумулирующие устройства (4 часа)

 

План лекции:

1. Задачи аккумуляции тепла в термических цехах;

2. Основные схемы теплоаккумулирующих устройств;

3. Принцип действия и конструктивное исполнение рекуператоров;

4. Принцип действия и конструктивное исполнение регенераторов.

5. Основы расчета рекуператоров и регенераторов.

 

Краткое содержание лекции:

 

Задачи аккумуляции тепла в термических цехах связаны: 1) с необходимостью максимально возможного использования физического тепла отходящих из термических печей отработанных дымовых газов; 2) с целью сокращения расхода топлива за счет использования в процессе сжигания  нагретого в теплообменнике воздуха.

К основным разновидностям теплоаккумулирующих устройств относятся рекуператоры и регенераторы. Сущность работы рекуператора сводится  к одновременному пропусканию через смежные каналы различающихся по своей температуре  газовых потоков ( горячий дым, отходящий из печи и холодный воздух). Передача тепла от горячей среды к холодной осуществляется через промежуточную стенку. Соответственно одним из лимитирующих процесс теплопередачи параметров является материал стенки, его конструктивные особенности. Сущность работы регенератора заключается в попеременном пропускании через одни и те же каналы  горячего и холодного потоков газа. Основным рабочим элементом регенератора является теплоаккумулирующая насадка которая при прохождении горячих дымовых газов нагревается (аккумулирует тепло) затем при протекании холодного воздуха отдает ему аккумулированное ранее тепло. Соответственно материал насадки, его масса, форма и размеры каналов регенератора являются основными параметрами, характеризующими его работу.

Различают следующие схемы протекания потоков в рекуператоре: противоточная; прямоточная или спутная; перпендикулярная; комбинированная. Конструктивное исполнение рекуператоров, показатели его работы, принцип расчета основываются на выборе схемы протекания взаимодействующих потоков.

При расчете рекуператоров и регенераторов производят определение допустимой скорости потоков, задаются температурой на входе и выходе и на этой основе производят определение основных геометрических размеров, количество блоков и труб, другие параметры.

 

Рекомендуемая литература:

[1] , стр. 73-84.

[2], стр.114-163.

[3], стр. 143-165.

[5], стр. 66-95.

 

Контрольные задания для СРС:

1.Изучить схемы движения потоков в рекуператоре и регенераторе.

2.Изучить принцип работы и  конструкцию рекуператора.

3.Изучить принцип работы и  конструкцию регенератора.

4.Изучить методику расчета рекуператора.

5.Изучить особенности работы топочных камер различной конструкции.

 

 

Лекция №3. Печи периодического режима работы (8 часов)

 

План лекции:

1. Основные требования к печам периодического действия.

2. Основные разновидности печей периодического действия и сферы их использования.

3. Конструктивное исполнение печей периодического типа.

4. Пламенные камерные печи.

5. Электрические камерные печи.

6. Шахтные печи.

7. Колпаковые печи.

8. Контейнерные печи.

9. Основы расчета печей периодического режима действия.

 

Краткое содержание лекции:

Термические печи, относящиеся к этой группе, являются наиболее распространенными в металлургической и машиностроительной отрасли. Они предназначены для термической обработки различных изделий из сплавов черных и цветных металлов, для нагрева заготовок перед обработкой их давлением, для  устранения дефектов, возникших при кристаллизации расплава. Масса садки (производительность) печей этой группы находится в интервале от нескольких килограмм до  нескольких сот тонн. Соответственно конструктивное исполнение печей весьма различно. Но   принцип их действия одинаков. По типу нагрева камерные печи подразделяют на топливные и электрические. Топливные печи в конструктивном отношении сложнее, что вызывает существенные проблемы при их эксплуатации. В частности топливные печи рассчитывают на большую производительность. В рабочем пространстве топочных камерных печей сложно поддерживать необходимую для технологического процесса температуру, требуется наличие специальных топочных камер, устройств для смешивания и утилизации отработанных дымовых газов. Электрические камерные печи отличаются лучшими эксплуатационными характеристиками по сравнению с топочными камерными печами. Температурный режим управляется надежно и достаточно плавно, конструктивно печь проще топливных печей. Однако существенным недостатком электрических камерных печей является ограничение по температуре нагрева, связанное с использованием типа электронагревателя. Различают однокамерные и многокамерные печи. Основными элементами камерных печей являются: рабочая камера, выполненная из огнеупорного материала; механизма открывания печи; механизма загрузки изделий; источников тепла.

Разновидностями камерных печей являются колпаковые печи, контейнерные печи применение которых носит ограниченный характер. В ряде случаев камерные печи оснащаются дополнительным элементом – муфелем. Назначение муфеля защита нагреваемых изделий от воздействия окружающей среды, создание защитной атмосферы.

 

 

Рекомендуемая литература:

[1] , стр. 53-64.

[3], стр.84-97.

[4], стр. 44-65.

[6], стр. 96-135.

[7], стр. 66-95.

 

Контрольные задания для СРС:

1.Изучить схемы нагрева металла в камерных печах, схемы размещения изделий в печном пространстве.

2.Изучить принцип работы и  конструкцию камерной печи.

3.Изучить принцип работы и  конструкцию электрической камерной печи.

4.Изучить методику расчета камерной печи.

5.Изучить особенности работы топочных камер различной конструкции.

 

Лекция №4. Печи непрерывного режима работы (8 часов)

 

План лекции:

 

1.Толкательные печи.

2.Конвейерные печи.

3.Методические печи.

4.Туннельные печи.

5.Элеваторные печи.

6.Карусельные печи.

 

Краткое содержание лекции:

 

Отличительной особенностью печей непрерывного действия является продолжительность времени их эксплуатации от момента включения печи до полной ее остановки. Основным конструктивным элементом печей непрерывного действия следует считать наличие специального механизма, обеспечивающего перемещение нагреваемых изделий в печном пространстве во время процесса  их нагрева.  Транспортирующее устройство может быть выполнено в виде конвейера на котором размещаются нагреваемые изделия. Конвейер может быть напольным или подвесным. Скорость перемещения конвейера, его длина взаимосвязаны с временем термообработки. Поскольку для конвейера необходимо использование механизма привода конструкция конвейерных печей, установленная мощность привода  достаточно велики, что отражается на повышении затрат на процесс термообработки.

В ряде случаев вместо конвейерных печей используются печи рольгангового типа в которых транспортирующим устройством  являются ролики, установленные на поду печи. Конструкция роликов, их количество, тип их привода весьма разнообразны. Тем не менее, принцип действия печей рольгангового типа одинаков. Основными параметрами, определяющими работу  рольганговых печей являются скорость вращения отдельных роликов (об/мин), их диаметр и длина. Часть роликов оснащается приводом, размещенным с боковой стороны печи. Основное количество роликов не имеет привода. Вращение их производится при перемещении по их поверхности нагреваемых изделий. Для предотвращения перегрева роликов используется охлаждение водой, что несколько усложняет их конструкцию.

Толкательные печи являются разновидностью конвейерных печей, применяемых для нагрева массивных изделий правильной геометрической формы. Принцип действия их основан на перемещении изделий по поду печи при помощи толкающего механизма, размещенного за пределами печного пространства. В пределах рабочего пространства печи нагреваемые изделия взаимно толкают друг друга. Основным условием для работы печей этого типа является расположение нагреваемых изделий в непосредственном контакте с соседними.

 

Рекомендуемая литература:

[1] , стр. 76-98.

[3], стр.93-153.

[4], стр. 79-142.

[6], стр. 152-172.

[7], стр. 74-127.

 

Контрольные задания для СРС:

1.Изучить схемы нагрева металла в конвейерных печах, схемы размещения изделий в печном пространстве.

2.Изучить принцип работы и  конструкцию толкательной печи.

3.Изучить принцип работы и  конструкцию рольганговой печи.

4.Изучить методику расчета конвейерной печи.

5.Изучить особенности работы конвейерных печей различной конструкции.

 

Лекция №5.Оборудование специальных видов нагрева (2 часа)

 

План лекции:

 

1.ТВЧ-нагрев.

2.Плазменная обработка поверхности металла.

3.Цементационные печи.

4.Установки для азотирования.

5.Муфеля.

 

Краткое содержание лекции:

 

Термические печи принцип действия которых основан на нагреве изделий, размещенных в рабочем или печном пространстве имеют ряд существенных недостатков. В отдельных технологических процессах недостатки присущие термическим печам являются причиной поиска новых схем нагрева металла и, соответственно, разработки новых типов (специальных видов) оборудования. К таким недостаткам относится необходимость нагрева всей массы изделия, что приводит к увеличению времени нагрева, увеличению затрат тепловой энергии, снижению эксплуатационных характеристик металлоизделия, сложностью достижения поверхностной обработки металла.