Расчёт печи для термической обработки для детали бесшовной трубы общего назначения из стали 12Х1МФ

Содержание

Введение

Глава 1. Теоретические аспекты производства и термической обработки трубных сталей перлитного класса

1.1. Характеристика стали 12Х1МФ в контексте отечественной энергетики и требования ГОСТ к бесшовным трубам

Глава 2. Анализ технологического процесса и оборудования для термической обработки труб

2.1. Оценка работы термического участка и выбор конструктивной схемы печи для обработки трубного проката

Глава 3. Проектирование печи и оптимизация термических режимов

3.1. Расчет параметров рабочего пространства печи и теплофизическое обоснование режимов нагрева

3.2. Разработка технологической карты термической обработки стали 12Х1МФ для обеспечения длительной прочности

3.3. Расчёт теплового баланса

Заключение

Список использованной литературы

КУРСОВАЯ РАБОТА

Расчет печи для термической обработки для детали бесшовной трубы общего назначения из стали 12Х1МФ

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы курсовой работы обусловлена стратегической важностью развития отечественного энергетического машиностроения и реализацией государственной программы импортозамещения в области производства высокотемпературного оборудования для тепловых электростанций. Сталь 12Х1МФ относится к классу теплоустойчивых низколегированных сталей перлитного класса и занимает ведущее место в номенклатуре материалов для изготовления паропроводов, коллекторов и трубных систем энергоблоков с параметрами пара до 560°С и давлением до 25 МПа. Обеспечение длительной прочности и сопротивления ползучести бесшовных труб из стали 12Х1МФ в условиях эксплуатации требует строгого соблюдения технологических параметров термической обработки, что достигается применением специализированного печного оборудования с точным регулированием температурно-временных режимов нагрева, выдержки и охлаждения.

Степень разработанности проблемы в отечественной научно-технической литературе характеризуется наличием фундаментальных исследований ФГБОУ ВО «НИТУ МИСиС», ФГУП «ЦНИИчермет им. И.П. Бардина», ИМЕТ РАН в области металловедения теплоустойчивых сталей и оптимизации режимов их термической обработки. Вместе с тем, задачи проектирования и расчета специализированного оборудования для термообработки трубного проката с учетом современных требований энергоэффективности и автоматизации производства требуют дальнейшего развития инженерных методик и технологических решений.

Цель курсовой работы — разработка технологически обоснованного проекта печи для термической обработки бесшовных труб общего назначения из стали 12Х1МФ с расчетом параметров рабочего пространства и теплового баланса.

Задачи курсовой работы:

• изучить характеристики стали 12Х1МФ и требования нормативной документации к термической обработке бесшовных труб для энергетического оборудования;
• проанализировать технологические процессы и конструктивные схемы печного оборудования для термообработки трубного проката на предприятиях отрасли;
• выполнить расчет геометрических параметров рабочего пространства печи и обосновать теплофизические режимы нагрева;
• разработать технологическую карту термической обработки стали 12Х1МФ для обеспечения требуемого комплекса механических свойств и длительной прочности;
• произвести расчет теплового баланса печи с определением расхода топлива и коэффициента полезного действия.

Объект исследования — участок термической обработки бесшовных труб трубопрокатного цеха АО «Первоуральский новотрубный завод» (АО «ПНТЗ»), входящего в структуру ПАО «Трубная металлургическая компания».

предмет исследования — технологические параметры процесса термической обработки и конструктивно-тепловые характеристики печного оборудования для обработки труб из стали 12Х1МФ.

Методологическая база исследования включает теоретические основы металловедения и термической обработки сталей, методы теплотехнического расчета промышленных печей, положения действующих стандартов ГОСТ 550-75, ГОСТ 9941-81, ГОСТ 4543-2016, руководящих документов Ростехнадзора и технологических инструкций предприятий трубной промышленности.

Научная новизна работы состоит в комплексном подходе к проектированию печи с учетом специфики геометрии трубного проката и требований обеспечения равномерности прогрева по длине и сечению изделий.

Теоретическая значимость заключается в систематизации данных о влиянии параметров термической обработки на структуру и свойства стали 12Х1МФ. Практическая значимость определяется возможностью использования результатов расчета при модернизации существующего и проектировании нового термического оборудования на предприятиях трубной отрасли.

Структура работы: курсовая работа состоит из введения, трех глав, заключения и списка использованной литературы. В первой главе рассмотрены теоретические аспекты производства и термической обработки трубных сталей перлитного класса. Во второй главе выполнен анализ технологического процесса и оборудования для термической обработки труб. В третьей главе представлены результаты проектирования печи и оптимизации термических режимов.

ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПРОИЗВОДСТВА И ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ТРУБНЫХ СТАЛЕЙ ПЕРЛИТНОГО КЛАССА

1.1. Характеристика стали 12Х1МФ в контексте отечественной энергетики и требования ГОСТ к бесшовным трубам

Сталь 12Х1МФ представляет собой низколегированную теплоустойчивую сталь перлитного класса, разработанную специально для работы в условиях длительного воздействия высоких температур и давлений в энергетическом оборудовании. Химический состав стали регламентируется ГОСТ 20072-74 и характеризуется содержанием углерода в пределах 0,09-0,15%, хрома 0,9-1,2%, молибдена 0,25-0,35% и ванадия 0,15-0,30%, что обеспечивает оптимальное сочетание прочностных характеристик, пластичности и сопротивления ползучести при температурах эксплуатации до 585°С [1, c. 45]. Развитие отечественной теплоэнергетики в рамках реализации Энергетической стратегии Российской Федерации на период до 2035 года предусматривает модернизацию действующих и строительство новых энергоблоков с повышенными параметрами пара, что определяет устойчивый спрос на трубную продукцию из теплоустойчивых сталей [2, c. 12].

Металловедческие исследования, проведенные в ФГУП «ЦНИИчермет им. И.П. Бардина» и ИМЕТ РАН, показали, что структурная стабильность стали 12Х1МФ при длительной эксплуатации обеспечивается формированием дисперсных карбидных фаз типа M₂₃C₆ и специальных карбидов ванадия VC, препятствующих развитию процессов разупрочнения и рекристаллизации [3, c. 78]. Легирование молибденом повышает температуру рекристаллизации и замедляет диффузионные процессы коагуляции карбидов, что критически важно для сохранения предела длительной прочности на базе 100000 часов при температуре 550°С на уровне не менее 88 МПа согласно требованиям ГОСТ 550-75 [4, c. 156].

…