Околович Г.А. Нагрев и нагревательные устройства

Подождите немного. Документ загружается.

6.3 Тепловой баланс пламенной печи

Выражается уравнением, связывающим степень прихода и

расхода тепла составляется для определения расхода топлива В и

КПД печи.

К статьям прихода относится химическое тепло топлива

= B * Q

; (6.16)

где

- теплота сгорания топлива; B - расход топлива

(неизвестная величина). Физическое тепло

= B

iт

;

где Q

iт

- теплосодержание топлива.

Физическое тепло воздуха

= B

iв

;

где

- количество практически вводимого влажного

воздуха;

iв

- теплосодержащий воздух.

Физическое тепло металла

; где G –

производительность печи.

Тепло экзотермических реакций

= (1350*G*a)/100; (6.17)

где

а - % угара металла;

1350 - тепло, выделяемое при образовании окалины в ккал.

Тепло, затрачиваемое на нагрев металла

= G(

) (6.18)

- теплосодержание металла начальное и конечное.

Потери тепла с отходящими газами

= B

; (6.19)

где

- практическое количество влажных продуктов

горения.

Механические потери тепла

= K

, (6.20)

где

К - допустимый коэффициент потерь.

Потери тепла теплопроводностью через кладку печи

= ((t

кл

)/(S S/

+ 1/

`` ))* F

кл

; (6.21)

где

кл

- температура внутренней поверхности кладки;

- температура окружающего воздуха;

S - толщина слоя кладки;

- его коэффициент теплопроводности;

`` - суммарный коэффициент теплопередачи от газа к

воздуху;

кл

- внутренняя поверхность кладки за вычетом

поверхности окон и пода.

Потери тепла теплопроводностью через закрытые окна

= [(t

кл

)/(

+ 1/

`` )]* F

; (6.22)

где

- поверхность окна;

- доля времени, в течение которого окно закрыто. Потери

тепла излучением через открытые окна

= C

(Tn/100)

* Ф (1 -

) * F

; (6.23)

где

- константа абсолютно черного тела;

Tn - абсолютная температура рабочего пространства;

Ф - коэффициент диафрагмирования;

1 -

- доля времени, в течении которого окна открыты;

- площадь окна;

потери тепла с выбивающими газами;

- потери тепла с охлаждающей водой (в том случае, когда

заготовки перемещаются по водоохлаждаемым глисажным трубам);

- потеря тепла с тарой (с выдвижным подом или

выдвижными вагонетками);

- потери тепла с окалиной.

Решая известные величины сталей прихода и расхода и

приравнивая статьи прихода и расхода, определяется расход топлива

В. Учитывая неточность расчета отдельных сталей теплового

баланса, полученные значения увеличивают на 10 - 15 %.

Часовой расход условного топлива определяется, где

- теплота сгорания топлива;

ут

- теплота сгорания условного топлива.

КПД печи определяется

η = (G(

imk imn

)/(В

). (6.24)

Отношение тепла, затраченного на нагрев металла к

химическому теплу топлива называют коэффициентом полезного

действия.

6.4 Теплообменные препараты

Теплообменными аппаратами называются устройства для

нагрева или охлаждения теплоносителей.

С дымовыми газами, уходящими из рабочего пространства

печей, уносится большое количество теплоты и, чем выше

температура газов, тем больше потери. В кузнечных камерных печах

они достигают 70%, а в методических от 40 до 60%.

Наиболее эффективным способом снижения потерь тепла

уходящими дымовыми газами является использование теплоты дыма

для подогрева воздуха и газа, расходуемых на отопление печей.

Воздух и газы, поступающие к нагревательным печам, подогре-

вают в регенераторах и рекуператорах.

Регенераторы дороги и сложны в изготовлении и управлении, за-

нимают в цехе большую площадь. Поэтому применяются крайне

редко и только в

крупных пенах при нагреве массивных заготовок.

Рекуператоры - это теплообменники с непрерывным движением

дымовых газов, воздуха или газа, отделенных друг от друга перего-

родкой, через которую передается теплота. В рекуператорах поток

воздуха и продуктов горения непрерывный. Нагрев воздуха от дыма

происходит через разделяющую металлическую или керамическую

стенку.

По схеме движения воздуха

и дыма рекуператоры

подразделяются на прямоточные и противоточные (рисунок 52).

В зависимости от материала изготовления и требуемой темпе-

ратуры рекуператора подразделяются на: - металлические; керами-

ческие.

Металлические рекуператоры газоплотны, компактны и могут

устанавливаться в любом месте по отношению к печи. Температура

подогрева воздуха в них до 600-800

Керамические рекуператоры громоздки, менее газоплотны, но

позволяют нагревать воздух до 1000

Основным показателем работы любого рекуператора является

его стойкость или срок службы. При малой стойкости теряют

значение остальные показатели. Стойкость рекуператора зависит от

его газоплотности, температуры продуктов горения и свойств

материалов, из которых он изготовлен.

Как видно из рисунков, если требуется получить высокую тем-

пературу воздуха, то целесообразно применить противоточный ре-

куператор.

Рисунок 52. - Схема прямоточного (а) и противоточного (б)

рекуператора

Однако его разделительная стенка имеет неравномерную тем-

пературу, что ведет к ее короблению и снижению стойкости

рекуператора.

В прямоточном рекуператоре воздух получает среднюю темпе-

ратуру между начальными температурами воздуха и дыма. Разде-

лительная стенка нагрета равномерно и рекуператор имеет повы-

шенную

стойкость.

Наибольшее распространение в кузнечных цехах получили пе-

рекрестные рекуператоры (рисунок 53).

Основным показателем работы любого рекуператора является

его стойкость или срок службы. При малой стойкости теряют

значение остальные показатели. Стойкость рекуператора зависит от

его газо- плотности, температуры продуктов горения и свойств

материалов, из которых он изготовлен.

Рисунок 53 - Схема перекрестно-противоточного

рекуператора

6.5 Электрические печи сопротивления

Печи сопротивления конструктивно выполняются так же, как и

пламенные печи, стой лишь разницей, что вместо форсунок или го-

релок в стенках печи монтируют металлические и карборундовые

(силитовые) элементы сопротивления, подключающие к силовой

сети. Кроме того, в них отсутствуют дымоходы и вентиляция.

Металлические нагреватели изготовляют из

хромоникелевых

сплавов высокого электросопротивления (типа нихрома) в виде

спиралей из проволоки круглого сечения или ленты. Эти

нагреватели применяют в электропечах, где рабочая температура не

превышает 900-950`C (в отдельных случаях до 1100`С).

Карборундовые нагреватели изготовляют в виде стержней диа-

метром 4-18 мм, длиной до 1520 мм. Они обеспечивают нагрев

металла до 1300`C и до 1800`C в

вакууме или защитном газе.

Большим преимуществом электропечей сопротивления является

возможность точного регулирования температуры рабочего про-

странства. Производительность этих печей составляет 130 кг/ч, а

удельный расход электроэнергии 600 кВт и более.

На рисунок 54 показана электрическая цепь с карбокорундовыми

нагревателями. Печь состоит из металлического каркаса 8, рабочей

камеры 10, выложенный огнеупорным шамотным кирпичом. Для

уменьшения тепловых

потерь в окружающую среду между

наружными стенками и каркасом засыпают теплоизоляционный

огнеупорный материал 9. Под печи выкладывают из прочных

карборундовых плит 2. Силитовые стержни 3, служащие

нагревательными элементами, установлены горизонтально в своде и

под подом печи. Такое расположение стержней обеспечивает

свободное излучение теплоты в рабочую камеру, ускоряет нагрев

заготовок создает более равномерный нагрев

заготовок в рабочем

пространстве печи. Температура в печи регулируется и

контролируется приборами. В задней стенке печи имеются два

отверстия: одно 4 для установки термопары, а другое 7 - для подачи

защитного газа. Снаружи печи перед окном загрузки имеется

рабочий стол и заслонка 5, которая поднимается при помощи

механизма 6 от педали 1.

Для повышения производительности электропечей вместо

камерных печей применяют электропечи с вращающимся подом, где

нагрев заготовок практически происходит непрерывно.

Выбор нагревательных элементов печи.

По рабочей температуре все печи электросопротивления можно

разделить на три группы:

1 Электропечи работающие при 700-1000

2 Среднетемпературные (1000-1300

C);

3 Высокотемпературные (1400-1700

C).

Электронагреватели выбираются в зависимости от температуры

печи.

Для низко температурных печей применяются жаропрочные

хромоникелевые сплавы (типа нихром).

В среднетемпературных печах - хромоникелевые сплавы с добав-

кой специальных тугоплавких элементов. Высокотемпературные

печи работают с нагревателями из карборунда (целит или дицелисит

молибдена)

SiC - карборунд; SiMo - целит молибдена.

Металлические нагреватели применяются в виде проволоки

(

d=3

7мм) или ленты, которые устанавливаются в печах на

специальных подвесках или полках в виде спирали.

Индексация электрических печей.

Обозначают различными индексами в зависимости от методов

нагрева, особенностей конструкции, размеров. Индекс состоит из

трех основных букв, нескольких цифр и вспомогательных букв.

Первая буква индекса для всех печей обозначает способ

нагрева:

С –

сопротивлением,

И – индукционный.

Н - ионный.

Вторая буква нагревательных печей сопротивления

характеризует основной конструктивный признак:

А - карусельная,

Б - барабанная,

В - ванная,

Г - колпаковая,

Д - с выдвижным подом,

К - конвейерная,

Н - камерная,

Т - толкательная,

Ш - шахтная.

Э - элеваторная.

Третья буква характеризует среду в рабочем пространстве

печи:

А - для азотирования,

В - вакуум,

З - защитная атмосфера,

О - окислительная (воздух),

С - соль, селитра,

Ц - цементация.

Индекс может включать вспомогательную четвертую букву:

А - агрегат из нескольких печей,

Л - лабораторная,

П - проходная,

М - муфельная.

После букв через дефис указывают размеры рабочего

пространства

печи (в дециметрах);

- для прямоугольной ширину, длину и высоту;

- для цилиндрических - диаметр и высоту (длину).

После соответствующих размеров через дробь указывают

рабочую температуру печи в сотнях градусах Цельсия.

Примеры обозначения печей

1) СГО-20.15-2/3 - электронагрев сопротивления колпаковая с

воздушной атмосферой, диаметр рабочего пространства 2 м, высота

1,5 м, двухстендовая, температура 300

2) СВС-3,5.8.4/6 - электрованная соляная, ширина рабочего

пространства 0,35 м, длина 0,8 м, высота 0,4 м, температура 600`C.

На рис.55 показаны схемы электрических печей.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1 Основные требования, предъявляемые к нагревательным печам.

2 Типы печей применяемых для нагрева мелких заготовок.

3 Основные конструкции механизированных печей.

4 Принципы работы рекуперативных печей.

5 В чем различие конструкций термических

и кузнечных печей.

6 Особенности работы безокислительных печей.

7 Состав продуктов горения для безокислительного нагрева.

8 Печи скоростного нагрева.

9 Назначение теплообменных аппаратов.

Рисунок 54 - Электрическая камерная печь

Рисунок 55 - а-с выдвижным подом, б- шахтная, в- камерная, г-

элеваторная, д - конвеерная, е - толкательная.

100

ГЛАВА 7 ИНДУКЦИОННЫЙ НАГРЕВ

Особое место в технологических процессах отводится

индукционному нагреву, позволяющему производить нагрев со

скоростями в несколько раз большими, чем в пламенных печах.

Высокая скорость нагрева обеспечивает этому способу ряд важных

преимуществ, приводящих к экономии металла, деформирующего

инструмента, снижению трудоемкости технологических процессов,

повышению коэффициента загрузки основного оборудования,

улучшению

условий труда и снижению отрицательного влияния

производства на окружающую среду.

В последние годы индукционным нагревом оснащены все

кузнечные цехи автомобильных и трактовых заводов. В

кузнечноштамповочных цехах ВАЗа, КАМАЗа, АТЗ используется

только индукционный нагрев.

Совершенствование индукционного нагрева должно осуществ-

ляться параллельно с совершенствованием технологии штамповки. В

связи с этим технолог-обработчик

давлением должен достаточно

четко представлять специфику индукционного нагрева, его

возможности, иметь полное представление о характере

температурных полей в заготовках при различных скоростях

нагрева, уметь производить необходимые расчеты времени нагрева и

основных энергетических показателей.

При разработке технологии штамповки следует помнить, что в

производительности индукционного нагрева решающим фактором

является перепад температур по сечению

. Поэтому, учитывая все

факторы, влияющие на технологию деформирования, надо

стремиться к возможно большему допустимому перепаду

температур. Экспериментальные исследования показывают, что

увеличение допустимого перепада температур в два раза сокращает

время нагрева почти вдвое и тем в большей мере выявляет

преимущества индукционного нагрева.

Примером следует считать возможность применения индукцион-

ного нагрева для

таких процессов, как полугорячая штамповка и ее

сочетание с горячей.

Индукционный нагрев происходит вследствие теплового

действия тока, индуктируемого в изделие. При пропускании по

проводнику переменного электрического тока вокруг проводника

создается круговое магнитное поле с частотой, равной частоте

пропускаемого тока (рисунок 56).