КАТЕГОРИИ: Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748) |
Лекция № 2. Расчет и конструирование печей
По технологическому назначению металлургические печи делят на две основные группы: нагревательные и плавильные. В нагревательных печах металл или другие материалы нагревают с целью: 1. Изменения механических свойств металла (главным образом пластичности) перед обработкой давлением: прокаткой, ковкой, штамповкой, волочением; 2. Изменения структуры металла; 3. Обжига материалов (известняка, доломита, магнезита, руды, огнеупорных материалов); 4. Удаления влаги из материалов (сушка литейных материалов и форм, руды, угля). В таких печах основной продукт нагрева не меняет своего агрегатного состояния, хотя в процессе нагрева могут существенно измениться его свойства. Плавильные печи применяют с целью: 1. Получения металла из руд или концентратов; 2. Переплавки металла; 3. Удаления примесей из металлических материалов (шихты) и получения металла необходимого состава. В плавильных печах после нагрева до температуры плавления материал переводится в другое агрегатное состояние (из твердого в жидкое). Таким образом, печи — это тепловые устройства, предназначенные для осуществления технологических процессов таких видов, которые требуют разогревания материалов до той или иной температуры, и поэтому рабочим видом энергии в таких устройствах является тепло. Тепло, которое необходимо для осуществления процессов технологии, может возникнуть в самом материале, подвергаемом тепловой обработке. Тепловые устройства, действие которых основано на этом принципе, будем в дальнейшем называть печами-теплогенераторами. Примером печи-теплогенератора является конвертер для продувки жидкого чугуна (рисунок 1). Тепло, необходимое для перегрева металла в конвертере, получается за счет химической энергии жидкого чугуна, заливаемого в конвертер (окисление Si, Mn, Р, С).
В тепловых устройствах другого типа тепло, необходимое для осуществления процессов технологии, подводится к материалу, подвергаемому тепловой обработке, извне. Поэтому в подобных устройствах осуществляется два главных теплотехнических процесса: 1) получение тепла из энергии другого вида (химической энергии топлива, электрической, солнечной и т. п.); 2) передача тепла материалу, подвергаемому тепловой обработке. Первый из этих процессов для печей данного типа является вспомогательным и совершается при помощи топочных устройств (топок, горелок, форсунок) или преобразователей электрической энергии в тепловую (сопротивление и т. д.), объединяемых общим названием «теплогенераторы».
Дутье Рисунок 1 – Конвертер для продувки жидкого чугуна
Второй процесс — теплопередача — является для данных тепловых устройств главным, определяющим. Поэтому подобные тепловые устройства в дальнейшем будем условно называть печами — тепловыми аппаратами — теплообменниками. Большинство печей, применимых в черной металлургии, относится к этому типу. С технологической точки зрения печи классифицируют в зависимости от происходящих в них процессов. Отсюда возникновение названий — печи для обжига руд, печи для сушки, печи для нормализации металла, чугуноплавильные, сталеплавильные печи и т. д. С теплотехнической точки зрения целесообразно классифицировать печи-теплообменники по признаку теплообменных процессов на радиационные, конвективные и слоевые. В первых тепло сообщается поверхности нагреваемого материала в основном радиацией; во вторых — конвекцией, в третьих процессы теплообмена развиваются в слое кусковых, зернистых или пылевидных материалов, причем процессы теплоотдачи радиацией и конвекцией в этих печах настолько переплетены, что разделить их очень трудно. Вследствие этого режим теплообмена в слое на данной стадии развития теории печей целесообразно выделить в особую группу. На рисунке 2 показаны схемы печей, работающих по радиационному режиму. Одна из печей (рисунок 2, а) служит для нагрева стальных слитков перед прокаткой. Слитки поступают через отверстие 1 и выгружаются через отверстие 2. Пламя движется во встречном направлении, как показано стрелками. Другая изображена на рисунке 2, б. Она служит для нагрева слитков в вертикальном положении и называется нагревательным колодцем. На рисунке 3 а приведена схема плавильной печи, работающей по радиационному режиму. После расплавления жидкий металл собирается на поду, выполненном в виде чаши.
Рисунок 3 - Схемы: а - ванны плавильной печи; б – печи для сушки литейных форм
На рисунке 3 б показана схема печи для сушки литейных форм, работающей по конвективному режиму, на рисунке 4 а схема шахтной (доменной) печи. Через ее верхнюю часть, называемую колошником, поступают сырые материалы в виде кусков (руда, флюсы, кокс). Нагретый воздух, подается в нижнюю часть печи — горн. Раскаленные газы движутся снизу вверх, отдавая тепло сырым материалам. В этой печи происходит слоевой режим теплообмена. На рисунке 4 б приведена схема печи для тепловой обработки, например, обжита, зернистых материалов, располагаемых в виде слоя толщиной 1,0—1,5м в нижней части печи.
Рисунок 2 – Схемы: а - методической печи; б- нагревательных колодцов для слитков
При продувании через слой воздуха с определенной скоростью плотная структура слоя нарушается, благодаря чему зернистый материал начинает энергично перемешиваться подобно тому, как это происходит в жидкости. Такая тепловая обработка называется процессом в псевдоожиженном, или кипящем слое. Над кипящим слоем находится взвешенный слой пылевидного материала, где также происходят процессы тепловой обработки. С теплотехнической точки зрения очень важно, работают ли печи периодическим или непрерывным процессом. При периодическом процессе материалы загружаются в печь и подвергаются тепловой обработке. После разгрузки печи загружается новая партия материала и процесс тепловой обработки повторяется. Так работают нагревательные колодцы для слитков (рисунок 2 б), камерные плавильные печи (рисунок 3 а) и др.
При непрерывном процессе изделия или материалы загружаются с одного конца печи; проходя через нее, подвергаются тепловой обработке и выдаются из печи непрерывно или периодически. К таким устройствам относятся методические печи для нагрева заготовок (рисунок 2 а), доменные печи (рисунок 4 а), печи с кипящим слоем (рисунок 4 б) и др. По способу перемещения материалов по печи их разделяют на толкательные (рисунок 2, а), перекатные, протяжные, с движущимся подом, с передвижением материалов под действием силы тяжести (рисунок 4 а). Нагрев материалов в топливных печах может осуществляться непосредственно раскаленными газами или в муфельных печах теплопередачей через стенку. На рисунке 5 приведена схема муфельной печи для нагрева стопы листового металла. Раскаленные газы, выходя из горелок 4, нагревают муфель 3, от которого тепло передается стопе металла 1. В зависимости от температуры, которая должна быть получена в рабочем пространстве печей, изменяются требования к организации процесса сжигания топлива и к тепловому режиму печей.
Рисунок 4 – Схемы: а - шахтной печи; б – печи с кипящим слоем: 1-колошник; 2-шахта; 3-распар; 4-горн; 5-фурмы; 6-решетка.
Печная установка представляет собой сложный агрегат, состоящий из собственно печи и вспомогательного оборудования, причем все элементы печной установки взаимно связаны в работе. К числу этих элементов относят: собственно печь — рабочее пространство; устройство для сжигания топлива (топки, горелки и т. д.) или превращения энергии других видов (например, электрической) в тепло (резисторы); соединительные части (дымоходы и трубопроводы).
Отвод дыма
Рисунок 5 – Схема муфельной печи для нагрева стопы листового железа: 1-стопа листов; 2-съемный колпак; 3-муфель; 4-горелки;
5-песчаный затвор Вспомогательные устройства: воздухо- и газонагреватели; котлы- утилизаторы; дутьевые вентиляторы; механизмы для загрузки, выгрузки и перемещения материала в печи; контрольно-измерительная и регулирующая аппаратура; дымовые трубы и дымососы. Важнейшей частью печи является рабочее пространство, где совершается технологическая операция, определяемая тепловой работой печи. К числу основных требований, предъявляемых к печам, относят: 1. Полное удовлетворение требований технологии; 2. Высокую производительность печи при минимальном расходе тепла и минимальных потерях металла (материала) при нагреве; 3. Минимальный расход материалов и времени для постройки и ремонта при минимальных капитальных затратах; 4. Возможность автоматизации работы печей; 5. Благоприятные условия труда. Хорошо работающей можно считать такую печь, которая удовлетворяет всем этим требованиям одновременно; для этого необходимо, чтобы печь была правильно сконструирована и находилась в нормальных условиях эксплуатации. По мере эксплуатации печи кладка и арматура ее изнашиваются, печь все менее удовлетворяет требованиям, предъявляемым к ней, со стороны протекающих в ней процессов, что приводит к необходимости восстановления ее конструкции. Литература: 3 осн. [11-31], 4 осн. [2-11]. Контрольные вопросы: 1. Поясните, для чего используют нагревательные печи. 2. Поясните, для чего используют плавильные печи. 3. Приведите пример печи-теплогенератора. 4. Приведите схемы печей, работающих по радиационному режиму. 5. Приведите схемы печей, предназначенных для тепловой обработки. 6. Перечислите основные элементы печи и вспомогательного оборудования.
Дата добавления: 2014-12-10; Просмотров: 1302; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы! Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет |