Расчёт несущих элементов нагревательных устройств.

⇐ ПредыдущаяСтр 3 из 8Следующая ⇒

Несущие элементы нагревательных печей воспринимают нагрузки от веса кладки, свода, нагреваемых заготовок и нагрузки, возникающие от теплового расширения при нагреве. К основным несущим элементам можно отнести: фундамент и каркас печей.

Фундамент

Фундаменты воспринимают и равномерно распределяют нагрузку от печей на грунт. В пределах цеха грунт, как правило, насыпной. Он выдерживает нагрузку до 6—7 Н/см².

Фундамент может быть спроектирован в виде плиты с габаритными размерами, которые немного больше наружных габаритных размеров печи в плане. Для нагревательных печей с площадью пода до 10—15 м² толщина бетонной фундаментной плиты принимаается равной 200—300 мм, а для печей с площадью пода более 15 м² - 500 мм.

В фундаменте при заделке в него нижних концов стоек металлического каркаса печи, помимо усилий от массы печи возникают горизонтальные разрывающие усилия. В этом случае толщина фундамента должна быть больше: 400—500 мм при ширине печей до 3 м.

Печи с площадью пода до 2—4 м² устанавливают непосредственно на бетонный пол цеха, толщиной 100—200 мм.

Фундаменты печей заливают бетоном марки 50, 70, 90 и 110 или выкладывают камнем. Швы между камнями заливают бетоном. В этом случае фундамент называют бутобетонным. Для крупных печей с большой массой кладки и садки металла фундамент может быть комбинированным: низ из бутобетона, а верх из бетона.

Каркас печи

Огнеупорная кладка нагревательных печей недостаточно прочна, вследствие чего из-за температурных расширений и под действием силы тяжести может разрушаться. Для повышения ее прочности применяют металлические каркасы двух типов: жесткие и каркасы-кожухи. Каркас печи используют также для монтажа рам окон, механизмов подъема заслонок, горелок или форсунок, механизмов для перемещения изделий.

На рис.3 показаны основные элементы жесткого каркаса. Вертикальные стойки 1и 3 внизу заделывают в клюзы, а вверху их соединяют продольными и поперечными связями 2 и 4. Распорное усилие свода передается на пятовую балку 5, а затем и на стойки. Распорное усилие возникает в результате воздействия силы тяжести и температурного расширения свода. Для изготовления элементов каркаса применяют стандартные стальные профили. Продольные и поперечные связи рекомендуется изготавливать из стальных уголков или полос. Вертикальные стойки каркасов – из уголков, одиночных или спаренных двутавров и швеллеров, в зависимости от величины распорного усилия. В отдельных случаях для придания каркасу дополнительной жесткости боковые стойки по длине печи скрепляют швеллерами.

Рисунок 3. Схема каркаса

1,3 – вертикальные стойки, 2- продольная связь, 4- поперечная связь, 5- пятовая балка

Стойки передних стенок кузнечных печей, расположенных между рабочими окнами, подвержены сильному нагреву и быстро выходят из строя. Применение литых или кованых стоек взамен стоек из профильного проката увеличивает в несколько раз срок их службы.

а) б) в)

Рисунок 4. Схемы пятовых балок

Пятовые балки для малых печей с небольшой шириной рабочего пространства рекомендуется изготавливать из одного уголка (рис. 2, а), для печей с большей шириной рабочего пространства — из двух уголков (рис. 2, б) или из двух швеллеров (рис 2, в).

Каркасы-кожухи — это жесткие каркасы, обшитые листовым металлом, прикрывающим наружную сторону кладки. Их рекомендуется использовать для шахтных печей и печей, работающих с контролируемыми атмосферами, а также для ванн при нагреве заготовок в жидких средах.

При проектировании каркаса печи (см. рис.5) по моментам сопротивления определяют поперечные сечения пятовых балок, связей и стоек.

Рисунок 5. Расчётная схема каркаса

Исходной величиной для определения моментов сопротивлений является распорное усилие θ в Н:

(9)

где α – угол раскрытия свода; р _ш —плотность шамота,

p= 1900 кг/м³; l —расстояние между поперечными стойками, Sпр- толщина свода, м., R_пр – приведенный радиус свода, м.

где S _ш — толщина шамотного кирпича, из которого выложен свод печи, м; R — внутренний радиус свода, м; S_из — толщина изоляции свода, м.

Момент сопротивления пятовой балки в см:

(10)

где 1,33—коэффициент, учитывающий вероятность выхода из строя какой-либо тяги; 1 — расстояние между стойками, см; 16 000 — допускаемое напряжение, Н/см²

Сечение связи см²:

где h, —расстояние от уровня заделки стойки в клюз до пятовой балки, м; h₂ — расстояние от пятовой балки
до верхней связи, м. (см. рис 3.)

Момент сопротивления W стойки в см³:

Кирпичная кладка

Кирпичная кладка печи состоит из нескольких элементов: боковой кладки, пода печи и свода печи. Во избежание перегрева фундамента нижнюю часть пода выкладывают из теплоизоляционного кирпича, среднюю часть из огнеупорного кирпича с малой огнеупорностью. Только верхний слой подины толщиной в полкирпича в зависимости от температуры печи выкладывают из материала необходимой огнеупорности. В нагревательных и термических печах толщина пода редко бывает более 460 мм.

Толщину печных стенок принимают исходя из требований к строительной прочности и в зависимости от температуры в рабочем пространстве печи. Механическая прочность стенок зависит от их высоты и ширины пролета, перекрываемого излучающим сводом, от кривизны свода, характеризуемой центральным углом раскрытия свода и радиусом кривизны (рис.5). Рекомендуемая толщина кладки нагревательных печей приведена в табл.1.3. Целесообразно применять двухслойную и трехслойную кладку боковых стенок. Наружные слои выкладывают из теплоизоляционных кирпичей, внутренние из огнеупорных.. При выкладке каждого слоя высотой более 1,5 м возможно его выпучивание и расслоение кладки, что ускоряет ее износ. Поэтому кладку всегда выполняют способом кладки кирпичей «вперевязку» (рис. 4а).

В зависимости от температуры внутренней поверхности кладки стенки нагревательных печей могут быть выложены из различных по химическому составу материалов. При температуре до 1000° С внутреннюю поверхность свода выкладывают из шамотного кирпича классов В и Б, при более высоких температурах — из шамотного кирпича класса А или из динасового кирпича[ ].

Теплоизоляционные слои стенок выкладывают из диатомового кирпича, сводов — из диатомовой засыпки или гранулированного котельного шлака теплопроводностью 0,2—0,3 Вт/(м-°С).

Таблица 1.3 Рекомендуемая толщина кладки нагревательных печей

Элемент кладки	Температура внутренней	Толщина кладки. мм
	поверхности кладки, °С
	°С	Огнеупор-ной	Изоляцион-ной
Стена высотой м:
до 1	До 1000	116	116—232
	1000—1200	232	232
	Свыше 1200	232	348
1—2	До 1200	232	232
	Свыше 1200	232—348	348
До 3	1000—1200	348	232
Своды лучковые с центральным уг-
лом 60° и пролетом, м:
до 1	До 1200	116	65—230
	Свыше 1200	232	65—230
до 3,5	До 1200	232	65—230
	Свыше 1200	300	65—230
более 5	До 1200	300	65—230
	Свыше 1200

При нагревании из-за теплового расширения кладки её размеры увеличиваются. Для предотвращения разрушения от термического расширения в кладке через каждые 2—3 м проектируют температурные швы. В кладке из шамота толщина температурных швов 15—20 мм, а в кладке из хромомагнезита и динаса 30—60 мм.

Рисунок 6. Кладка свода; а - вперевязку б - кольцами

Для уменьшения газообмена рабочего пространства с окружающей средой температурные швы заполняют увлажнённой огнеупорной массой, в которую добавляют 25—30% асбеста. Температурные швы свода перекрывают кирпичом. Зазор между кладкой и кожухом шахтных печей заполняют теплоизоляционной засыпкой.

Своды печей - наиболее ответственные части кладки, имеющие дугообразную форму. Их выкладывают из клиновых и прямых кирпичей. При этом возможны два способа выкладки свода, «вперевязку» и «кольцами» (рис. 6).Газоплотность и механическая прочность кладки «вперевязку» больше, чем у кладки «кольцами». Однако ремонт свода «вперевязку» труднее, чем свода, выложенного «кольцами».

Своды выкладывают по опалубке, начиная от пят, в направлении к продольной оси печи. Последний «замковый» кирпич забивают в верхней части кольца. В некоторых случаях своды выполняют из нескольких рядов кирпича (окатов).

Таблица 1.4. Категории кладки нагревательных печей.

Категория	Вид кладки	Раствор	Толщина шва, мм	Область применения
I	Особо тщательная	Жидкий	1,0	Для печей безокислительного нагрева
II	Тщательная	»	1…2	Для печей скоростного нагрева
III	Обыкновен-ная огнеу-порная	Полугус-той	3	Для обычных нагревательных печей
IV	Простая огнеупорная	»	4	Для кладки неответственных частей печей
V, VI	Простая огнеупорная	Густой	5…10	Для кладки наруж-ных изоляцион- ных слоев

В зависимости от толщины швов между кирпичами кладку нагревательных и термических печей подразделяют на шесть категорий: I—VI (табл.1.4). Огнеупорную кладку горелочных амбразур, а также стен и сводов печей безокислительного нагрева относят к категории I, толщина швов в ней должна быть не более 1 мм. Толщина швов кладки категории II не более 2 мм. Ее используют при выкладке стен, в которых устанавливают горелки, и арочных сводов при температуре печи свыше 1400° С. Толщина швов кладки категории III должна быть не более 3 мм. С такими швами выполняют кладку стен и пода из шамотного, каолинового, динасового и полукислого кирпича при температуре печи до 1200° С. Толщина швов категории IV 4 мм. Толщина швов кладки категорий V – VI 5 – 10 мм, применяется для кладки наружных изоляционных слоев.

Дата добавления: 2019-02-12; просмотров: 264; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 1 234 5 6 7 8 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!