Соколов К.Н. Оборудование термических цехов

Подождите немного. Документ загружается.

Таблица

1.3. Удельная производительность печей

[нетто

кг/(м

ч)] для термической обра-

ботки

Тип

печей

Камерные:

с горизонтальным

не-

подвижным подом

с выдвижным подом

ямиые

со

съемным

сводом

колпаковые

вертикальные

(на 1 м

объема

печи)

Поточные:

толкательные (движе-

ние

на

поддонах)

конвейерные

роликовые

карусельные

печи скоростного

на-

тр ев а

Отжиг,

т>12

35-50

40-60

100-

120

•—

—

60-80

50-70

—

50—70

—

норма-

лизация

120—150

80—100

100—120

40—50

150—200

180-200

180—200

180-220

300-400

Отпуск

100—120

60-80

80—100

—

30—40

140-180

150—2П0

150—180

160—200

—

Цементация

газовая

—

40—50*

120-150*

—

твердым

кэрбюпи-

затором

10-12

10—15

—

20—30

—

20-30

—

цианиро-

вание

—

80—100*

—

Примечание.

Звездочкой помечены печи муфельные

или с

нагревательными радиационными

тру-

бами.

кальных каналов принимается равной

115

мм, в

крайнем случае

180—230

мм,

чтобы сильно

не

увеличивать толщину

стенок

печи. Второй размер канала

не

должен превышать

180—230

мм,

иначе

снижается прочность стенок печи.

По-

этому лучше увеличивать число кана-

лов.

Для

большей равномерности

на-

грева отводящие каналы целесообраз-

нее располагать возможно ближе

уровню пода печи.

Скорость движения газов

боровах

1—2 м/с.

Сечение борова должно быть

достаточным, чтобы обеспечить

воз-

можность чистки. Ниже приведены

ре-

комендуемые размеры боровов:

Размеры

борова,

0,47X0,54

0,58X0,70

0,70X0.71

0,80X0,92

0,81X1,00

0,93XU5

1,05X1,24

Сечение,

0,25

0,38

0,48

•

0,62

78 '

1,04

1,25

Стрела

свода,

мм

"'-

•-

. 95

ПО

125

140

1.6.

КЛАДКА

ТЕРМИЧЕСКИХ ПЕЧЕЙ,

ВАНН

МАТЕРИАЛЫ

КЛАДКИ

Стены

свод термических печей

со-

стоят

из

слоев огнеупорного кирпича

теплоизоляции.

качестве

о г н е-

2-L-.

Рис.

1.8.

Конструкции подвесных сводов:

подвеска

на

балочках;

б и г

•—

подвеска кирпичей

на

специальных

захватах

упорного кирпича для термиче-

ских печей с температурой выше 700 °С

используется плотный или легковесный

шамотный

кирпич (ГОСТ

5040—78),

который

состоит из

60—52

% SiO

30—45

А1

По своим химическим

свойствам шамотный кирпич нейтра-

лей,

имеет низкую электропроводность,

его удельное электрическое сопротив-

ление при

800°С

больше 10

Ом-см,

а в

случае

1200 °С превышает

Ом-см. Это позволяет использо-

вать его в печах как материал для

крепления

нагревательных элементов.

По

огнеупорности плотный шамотный

кирпич

разделяется на три класса:

А — с допустимой рабочей температу-

рой

до

1300°С,

Б —до 1250 °С и В —

до 1200 °С. Для кладки печей можно

применять

кирпич класса В (кроме

топок).

Стандартный шамотный кирпич

имеет размеры 230ХПЗХ63 мм при

массе 3,2 кг. В 1 м

кладки находится

около

620 кирпичей. Линейные разме-

ры кладки печи должны приниматься

исходя из размеров стандартного кир-

пича

учетом

толщины швов, равной

среднем 2—3 мм (условный средний

размер кирпича со швами составляет

232ХП5Х65

мм).

Для кладки сводов печей применя-

ется клиновой и ребровой шамотный

кирпич

размерами

230X113X65—

55 мм и массой 2,9 кг. В 1 м

кладки

находится около 700 таких кирпичей.

Для кладки круглых печей, пят сводов,

перекрытий,

крепления нагревателей,

ввода горелок и т. п. нашей промыш-

ленностью выпускаются фасонные ша-

мотные кирпичи (ГОСТ

8691—73).

Для кладки рабочего пространства

термических печей

следует

рекомендо-

вать легковесный шамотный кирпич,

который

благодаря микропорам обла-

дает

незначительной теплопроводно-

стью и малой плотностью.

Легковесные шамоты изготовляются, тремя

способами.

Первый

способ заключается в том, что в

огнеупорную массу вводят углеродистые веще-

ства — древесные опилки, торф,

уголь,

которые

при

обжиге кирпича выгорают, создавая поры.

Получается легковесный шамотный кирпич

плотностью

1300—1000

кг/м

и теплопровод-

ностью при

50°С

0,35—0,30

Вт/(м-К).

Второй способ основан на получении пу-

зырьков газа в кирпиче путем добавки к огне-

упорной массе газообразующих веществ (из-

вестняка, доломита) и обработки огнеупорной

массы раствором серной кислоты. Для стабили-

зации

объема массы в

шихту

вводят глинозе-

мистый цемент или гипс.

Третий способ заключается в образовании -

пеношамота с помощью пенообразующих до- •

бавок — эмульсии канифольного мыла или

мыльного корня. Пеномасса разливается в фор-

мы,

сушится и обжигается. В качестве стаби-

лизатора пены используются столярный клей

;

JO %-ный раствор алюмокалиевых квасцов.

Химическим и пеношамотным способами полу-

чают

легковесные шамоты плотностью до

800—

'•

600 кг/м

и теплопроводностью при 50 °С

0,017—0,12

Вт/(м-К).

Огнеупорность легковесного шамот-

ного кирпича мало отличается от огне-

упорности плотного, но первый имеет

малые прочность и термическую стой- -

кость,

высокую газопроницаемость.

Срок

службы легковесных шамотов,

используемых для внутренней футеров-

ки

печей, можно продлить, применяя

защитные обмазки. Простейшей из них

является размолотый шамот, смешан-

ный

с глиной и жидким стеклом, хоро- ,

ший

эффект получается при использо-

вании

хромомагнезитовых и цирконие-

вых обмазок.

результате

применения легковес-

ного шамотного кирпича в периодиче-

ски

работающих печах намного сокра-

щаются потери тепла от аккумуляции

кладки

и обеспечивается ее быстрый

разогрев.

В качестве огнеупорной футеровки-

для стен и подов печей

могут

исполь-

зоваться огнеупорные бетоны, которые

состоят из порошка и боя шамота и

вяжущего вещества — глиноземистого-

цемента. Глиноземистые огнеупорные

бетоны применяются при температурах:

до 1400 °С. Кладка из бетона должна

быть тщательно высушена и прогрета..

Использование

указанной кладки вме-

сто кирпичной позволяет резко умень-

шить количество швов и значительно

удешевить изготовление фасонных ча-

стей футеровки.

В качестве теплоизоляцион-

ных материалов в термических

печах применяют диатомитовый, пено-

шамотный

и пенодиатомитовый кирпи-

чи,

вермикулитовые, совелитовые, ас- v

боцементные и минераловатные плиты:

засыпки.

Диатомитовые кирпичи и засыпки-

представляют собой панцири микро-

водорослей — диатомий, содержащих

90—95

% аморфного SiO

. Они облада-

ют высокой пористостью, плотностью

700—500

кг/м

, теплопроводностью

0,17—0,12

Вт/(м-К), но имеют ••

пониженные

огнеупорность и проч- ~-

ность.

Для теплоизоляции часто при-

меняются необожженный порошок диа-

Таблица 1.4. Огнеупорные и теплоизоляционные материалы, применяемые в термических

печах

Материал . •'"'

Шамотный

кирпич:

марки

ШБ (общего назначения)

легковесный марки ШЛБ-1,3

легковесный марки ШЛБ-1,0

легковесный марки ШЛБ-0,4

Диатомитовый кирпич:

марки

700 . ... ''

марки

500 " ' ' , " ' •'

Асбестовый картон '

;

Вата

минеральная • .

Изделия:

. •• „•

вулканитовые

совелитовые

перлитовые ПЦ-350 на цементной

'связке

перлит вспученный П-150

о 3

1900

1300

1000

400

700

500

1000

125

350

150

Коэффициент

теплопровод-

ности,

ВтДм-К)

0,9+0,3-

10~

(Т-273)

0,5+0,36'

10-

(Т—273)

0,35+0,35'

10-

(Т-273)

0,15+0,28-

10-

(Т-273)

0,163+0,313'

10-

(Т-273)

0,105+0,232

•

10-

(Т—273)

0,157+0,14

•

10-

(Т—273)

0,053+0,186'

10-

(Т-273)

0,073+0,186

-10-

(Т-273)

0,076+0,186-

10-

(Т—273)

0,081+0,186'

10-

(Т—273)

0,06+0,16-10-

(Т-273)

Предел

прочности

иа

сжатие,

МПа

9,81-19,62

2,94-4,41

2,94

0,68

0,981

0,58

—

0,19

0,14

—

—-

SP-

1350

1100

900

450

600

500

—

800

томита — инфузорная земля и обож-

женный

— кизельгур. Теплопровод-

ность необожженного порошка диато-

м,ита колеблется от

Я5о

= О,1О Вт/(м-К)

При

ПЛОТНОСТИ 350 КГ/М

ДО А,50 —

0,12 Вт/(м-К) при плотности

600 кг/м

, а обожженного — от ква =

0,112 Вт/(м-К) при плотности

450 кг/м

до Я,

= 0,14 Вт/(м-К) при

плотности 700 кг/м

Пенодиатомитовый кирпич имеет

плотность до

450—550

кг/м

при Хъо =

0,09Вт/(м-К).

Применяемый

для теплоизоляции

печей вермикулит представляет собой

продукты выветривания слюды. При

нагреве

650—700

°С он расщепляется

на

отдельные листочки и вспучивается,

увеличиваясь в объеме в 10—15 раз,

дает

хороший теплоизоляционный

материал (зонолит) с очень малыми/Щ

плотностью

(200—100

кг/м

) и тепло-

проводностью Я

о =

0,08—0,06

Вт/(мХ

Х.К).

Совелитовые изоляционные мате-

риалы готовятся из асбеста и белой

лированного шлака при плотности

700—1000

кг/м

имеет теплопровод-

ность Х

о =

0,17—0,29

Вт/(м-К), теп-

лоемкость с — 0,75 кДж/(кг-К) и при-

меняется

при температурах до

900—

800 °С.

В качестве облицовочного материа-

ла для наружной кладки дымоходов,

подов печей, заполнения фундаментов

т. п. применяется красный кирпич

размером

250X120X65

мм. Его тепло-

проводность ^ =

0,40+0,00044

^°С,

а теплоемкость с = 0,88 кДж/(кг-К).

Для сокращения потерь тепла вы-

годнее увеличивать толщину изоляции,

уменьшая слой огнеупорного шамотно-

го кирпича. При этом целесообразно

использовать наиболее эффективные

материалы: пеношамот, диатомитовый

Стоимость

!м

стены,ру5.

магнезии,

получаемой в

результате

пе- г-——,

реработки доломита и мела. Тепло- | 200 \ 215 j tub \ }61 \ 254 |

проводность

таких

материалов

о =

Снижение

потерь

тепла

через

стены

посравнению

t-м

0,087

Вт/(М-К). ИнОГДа ДЛЯ теПЛО- j г— •

•

.Япттитг.

изоляции

при температурах ниже II-

600 °С используется шлак. Характери-

стики

наиболее часто применяемых

термических печах огнеупорных и

теплоизоляционных материалов приве-

дены в табл. 1.4.

Засыпка

из котельного или грану-

Рис.

1.9. Эффективность различного строения

кладки печей (температура печи

1000°С):

— шамотный {230 мм) н диатомитовый (115 мм)

кирпич;

2 — шамотный кирпич (230 мм) и вермику-

литовые плиты (50 мм); 3 — легковесный шамот

(115 мм] и вермикулиговые пли^ы *50 мм); 4 — лег-

ковесный

шамот (115 мм) и диатомитовый кирпич

(230 мм); 5 — легковесный шамот (230 мм) и верми-

кулитовыс плиты (50 мм)

. легковес, пенодиатомит, вермикулито-

вые плиты и т. п. На рис. 1.9 приведе-

ны

данные о потерях тепла и строи-

тельной стоимости 1 м

стенок печи

с внутренней температурой 1000

. при различном строении кладки. Ми-

нимальная

толщина слоя из огнеупор-

ного кирпича определяется допустимой

температурой на границе огнеупорного

теплоизоляционного слоев и механи-

ческой прочностью кирпича. Для тер-

мических печей с температурой

900—

800 °С можно использовать шамот

толщиной

в 0,5 кирпича, т. е. 113 мм.

Кладка

печей с температурой ниже

700 °С может быть выполнена диатоми-

товьш кирпичом, в качестве теплоизо-

ляционного

материала при этом ис-

пользуются вермикулит, минеральная

вата и др. Для обеспечения прочности

огнеупорного слоя его толщина выби-

рается такой: при высоте стен печи до

м — 0,5 кирпича, от 1 до 2,5 м —

кирпич и более 2,5

м-—1,5

кирпича.

Толщина

изоляционного слоя из диа-

томитового кирпича в малых печах со-

ставляет 0,5 кирпича, а в больших —

кирпич и более. Кладка стен печи

ведется вперевязку: через каждые че-

тыре ряда внутренний огнеупорный

слой перевязывается с наружным изо-

ляционным.

Для уменьшения потерь тепла через

швы изоляционный кирпич иногда

укладывается на ребро. В этом

случае

толщина слоя должна быть кратна

толщине кирпича. Стенки печей с тем-

пературой 600 °С и ниже часто дела-

ются из

двух

металлических листов,

между

которыми помещается изоляци-

онный

порошок или шлаковая вата.

Минимальная

толщина боковых

стенок

печи, в которых располагаются

отводящие каналы, равна 350 мм. Она

состоит из

двух

стенок по 0,5 кирпича

отверстия

между

ними, равного

113 мм (0,5 кирпича). Торцевые стен-

ки

печи, в которых размещаются рабо-

чие окна, выкладываются из шамотно-

го кирпича; если ширина окна превы-

шает 1,5 м, то для создания надежных

опор

свода стенки

делают

толщиной

1,5 кирпича. При кладке стен печи

уступами спуск кирпича не должен

превышать 40 мм на ряд кирпича, т. е.

на

65 мм.

Целесообразно для снижения по-

терь тепла наружные поверхности стен

печи обмазывать молотым шамотом

с асбеститом слоем

15—20

мм толщи-

ной

по металлической сетке. При ис-

пользовании

легковесных шамотов и

изоляционной

засыпки стены термиче-

ских печей рекомендуется выкладывать

металлическом

кожухе

из листового

железа толщиной 3—4 мм.

Своды термических печей делаются

из

шамота толщиной в 0,5 кирпича

(113 мм) при ширине печи до 1 м, в 1

(230 мм) —до 3,5 м и в 1,5 (350 мм) —

свыше 3,5 м. При кладке сводов через

каждые 2 м необходимо делать темпе-

ратурные швы толщиной 4—6 мм, осо-

бенно

при использовании легковесного

шамота с малой механической проч-

ностью. Своды печей

следует

изолиро-

вать диатомитовым кирпичом или дру-

гими изоляционными материалами

(толщина

слоя

70—140

мм). Пяты

свода полностью выполняются из огне-

упорного кирпича, а давление на них

кладки

свода передается на

арматуру

печи через поперечный уголок, швел-

лер или

литую

балку. Подины терми-

ческих печей выкладываются из ша-

мотного кирпича, шамотной набивки

или

огнеупорного бетона, а наружный

слой толщиной

210—230

мм делается

из

диатомитового кирпича. Для проч-

ности

кладки пода ряды кирпича чере-

дуются

на ребро и плашку, первые

укладываются «в елочку». Если под

делается наклонным, то таким должен

быть и фундамент. Глубина закладки

последнего ниже уровня земли опреде-

ляется системой дымоходов. Желатель-

но,

чтобы под печи возвышался над

уровнем пола цеха на

800—900

мм.

В печах с нижними топками под

выкладывается из шамота сводиками

0,5—1 кирпич в зависимости от ши-

рины

последних. Толщина простенков

между

отдельными топками

—1,5 кир-

пича.

Заслонки рабочих окон в терми-

ческих печах рекомендуется выполнять

набивными

(из диатомитового боя

с огнеупорной глиной или из диатоми-

тового кирпича) толщиной 65 или

115 мм. При прямоугольном сечении

рабочего окна шириной до 1,2 м сво-

дики

могут

быть выложены прямой

аркой,

а при большей ширине — ис-

пользуется литая металлическая балка.

Отводящие дымовые каналы футе-

руются слоем шамота толщиной в

0,5 кирпича. Дымовые борова и кана-

лы,

расположенные под печью, изго-

товляются из шамота (толщина стенки ,,

0,5 кирпича) и красного кирпича

(в

один кирпич). Промежутки запол--

няются

боем красного кирпича или бу-

товой кладкой. Сводики боровов вне

печи делаются в 0,5 шамотного кирпи-

ча, а стенки — в 0,5 диатомитового

кирпича

—1,5 красного (в зависи-

мости от возможной нагрузки на бо-

ров) . В местах, подверженных дей-

ствию грунтовых вод, борова защи-

щаются гидроизоляцией. Фундаменты

колонн

и станков в районе соприкосно-

вения

с боровами

следует

изолировать

диатомитовым кирпичом.

Кладка

камерных печей, в которых

температура часто изменяется, должна

иметь незначительную инерцию при

разогревах и охлаждениях. Стенки та-

ких (безынерционных) печей выполня-

ются в виде

двух

экранов — внутрен-

него (из шамотного кирпича толщиной

65 или 113 мм) и внешнего (из тепло-

изоляционного

кирпича толщиной

65 мм), прилегающего снаружи* к ме-

таллическому панельному рекуперато-

ру. Между экранами оставляется щель

шириной

около 50 мм для отвода из

печи дымовых газов. Технико-зкономи-

ческие показатели рассматриваемых

печей повышаются главным образом

за счет подогрева

воздуха

до 400 °С

панельном рекуператоре. Недостат-

ком

печей являются слабая механиче-

ская

прочность стен и сложность пере-

вязки

кладки экранов. Иногда внутрен-

Рис.

1.10. Внутренняя

футеровка

термических

печей огнеупорными волокнистыми

материа-

лами

нии

экран

делают

из пустотелого

шамотного кирпича при размере внут-

ренней

полости и стенки печи 170Х

43 мм.

Теплопроект предлагает делать

внутреннюю кладку по

методу

«ты-

чок—

ребро». В зависимости от тем-

пературы печи кладка может выпол-

няться

из плотного и легковесного ша-

мота или полностью из легковесного.

В последнее время для термических

печей применяют футеровку внутрен-

ней

поверхности огнеупорными волок-

нистыми

материалами. В отечественной

огнеупорной промышленности освоено

несколько

видов таких материалов

(ГОСТ

23619—79).

Материал в виде

плит и рулонов на основе муллито-

кремнистых волокон

(МКРП

МКРР)

с содержанием

48—51

А1

приме-

няют для печей с температурой до

1150 °С. Осваивается выпуск плит из

шамотноволокиистого материала

(ШВП-350),

выдерживающего темпе-

ратуру

до

1200°С.

Толщина отдельных

рулонов и плит составляет

25—50

мм

при

общей толщине футеровки 160—

200 мм. Плиты крепятся на шпильках,

привариваемых к внутренней стенке

кожуха

печи. Шпильки защищаются

керамическими

колпачками (рис.

1.10).

Волокнистые изделия можно также

приклеивать к

кожуху

печи воздушно-

твердеющим мертелем (54 % глинозе

ма и 46 % раствора жидкого стекла).

Футеровка из волокон хорошо вы-

держивает эндогазовую, цементацион-

ную и восстановительную атмосферы.

Преимуществами футеровки из кера-

мических волокон по сравнению с кир-

пичной

кладкой являются низкая теп-

лопроводность (до 0,2 Вт/ (м • К)),

меньшее теплопоглощение, экономия

топлива (до 50%), уменьшение тол-

щины

футеровки печи на

30—40

°/о,

а ее массы в пять—восемь раз.

Таким

образом, кладка термических

печей совершенствуется в

результате

применения

перспективных ее конст-

рукций,

разработки новых строитель-

ных материалов, расширения номен-

клатуры типоразмеров огнеупорных и

теплоизоляционных материалов (осо-

бенно

для блоков и фасонных частей

кладки).

1.7.

ПРОВЕРКА

КОНСТРУКЦИЙ

ПЕЧЕЙ

НА

МОДЕЛЯХ

При

проектировании новых и изу-

чении

работы эксплуатируемых печей

большую помощь оказывает моделиро-

вание.

Модель можно сделать прозрач-

ной

(например из органического стек-

ла) и в несколько раз меньшей нату-

ральной величины.

Движение газов в пламенной печи

моделируют, применяя

воздух

или во-

ду, движение которых математически

выражается одним и тем же дифферен-

циальным

уравнением Навье—Стокса.

Согласно теории подобия, чтобы мо-

дель отражала работу натуры, необхо-

димо достичь подобия:

внутренних контуров печи и модели

(размеров окон из топки или отвер-

стий горелок, размеров отводящих ка-

налов и др.);

физических

величин в сходных точ-

ках (движение вязкой жидкости ха-

рактеризуется физическими величина-

ми—плотностью р и вязкостью ц жид-

кости) ;

начальных условий, т. е. условий

входа

газов в печь, а при нестационар-

ном

движении и начального состояния

потока;

граничных условий, что обеспечи-

вается числовым равенством определя-

ющих критериев в сходных сечениях.

Для моделирования движения газов

печи определяющим критерием явля-

ется критерий Рейнольдса: ...

vpd

где v — скорость движения газов; d —

гидравлический диаметр. Поэтому не-

обходимо, чтобы для однотипных се-

чений

модели и натуры критерии Рей-

нольдса были численно равны. Если

полного подобия достичь невозможно,

то модель нужно рассчитывать по пра-

вилам приближенного моделирования,

пользуясь стабильностью и автомо-

дельностью движения потока вязкой

жидкости. В этом

случае

движение

газов можно изучать не во всем объ-

еме печи и модели, а в подобных

участ-

ках.

Скорость

движения и

расход

жид-

кости

при моделировании движения

газов определяются из равенства кри-

териев Рейнольдса для натуры (печи)

модели:

vpd

v'p'd'

Откуда

v = v

_р_

р'

Здесь п — отношение геометрических

размеров печи и модели в принятом

масштабе модели— 1/л.

Количество протекающей жидкости

в модели при ее поперечном сечении

составляет V = f'v

. При равенстве

одного критерия (в данном

случае

критерия

Re) для печи и модели

будут

численно

равны и все остальные кри-

терии подобия, поэтому измеренные

па

модели величины пересчитывают

для реальных условий движения газов

печи.

По

результатам исследования на

модели можно исправить геометриче-

ские

размеры печи, установив их наи-

более рациональные значения.

1.8.

ТЕПЛОВОЙ

РАСЧЕТ

ТЕРМИЧЕСКИХ

ПЕЧЕЙ,

ЕГО

ОСОБЕННОСТИ

Тепловой расчет печи сводится к

определению расхода топлива (в пла-

менных печах) или мощности (в элек-

трических печах). Независимо от вида

топлива и назначения печи потребляе-

мое ею тепло разделяется на полезно

используемое (на нагрев металла);

расходуемое

на нагрев тары, защитно-

го газа или попадающего в печь воз-

духа;

теряемое печью.

Для определения максимального

расхода топлива в пламенной печи

или

установочной мощности в электри-

ческой печи составляется тепловой ба-

ланс,

который включает приходные и

расходные статьи. Тепловой баланс

печи необходимо составлять по перио-

ду нагрева на максимальную произво-

дительность печи в секунду. Для пе-

риодически работающих печей тепло-

вой

баланс составляется на цикл их

работы. • . ,

. , __--""

1.8.1.

Основные

статьи

теплового

баланса

;

термических

печей

Приходные

статьи.

1. Химическое

тепло, выделяющееся при сжигании

топлива,

Q*™=.Q

(1.1)

где

—низшая (рабочая) теплота

сгорания

газа, Дж/м

(мазута, Дж/кг);

В —

расход

газа в секунду, м

/с (мазу-

та, кг/с).

2. Физическое тепло нагретого воз-

духа,

потребляемого для горения топ-

Таблица

1.5.

Экономия

газа

теплотой

сгорания

6500 кДж/м

при

коэффициенте

избытка воздуха а =1,05

Темпе-

ратура

дыма ори

печи,

°С

500

800

1300

Экономия

газа, %, при температуре

подогрева

воздуха,

"С

100 j 200

4,0

4,7

9,0

7,5

9.4

16,5

300

11,1

14,2

23,2

400

14,1

17,2

28,8

500

17,3

20,7

34,5

600

лива, находится по формуле

Здесь L

— действительный объем воз-

духа,

подаваемый для сжигания 1 м

газа, м

/м

(мазута, м

/кг);

Ct—-тепло-

емкость

воздуха,

Дж/(м

-К); tf

— тем-

пература подогрева

воздуха,

°С. Воз-

дух нагревают для повышения темпе-

ратуры печи и уменьшения расхода

топлива. Иногда с этой же целью по-

догревают и топливо, его физическое

тепло определяется по формуле (1.2),

которую вводятся данные для топли-

ва. Для термических печей топливо не

подогревается, так как их рабочие

температуры невелики.

Воздух

нагревают в рекуператорах

теплом отходящих продуктов сгора-

ния.

Некоторое представление об эко-

номии

топлива в зависимости от тем-

пературы нагрева

воздуха

за счет теп-

ла отходящих газов

дает

табл. 1.5.

Необходимый для горения объем воз-

духа

и низшая (рабочая) теплота сго-

рания

топлива определяются из расче-

та горения топлива.

Расходные

статьи.

1. Тепло, иду-

щее на нагрев металла (полезная теп-

лота),

G(c

U.K

— с Jo)- (1-3)

Здесь G — производительность печи,

кг/с;

и с

— теплоемкости нагревае-

мого металла соответственно при ко-

нечной

и начальной температурах,

Дж/(кг-К);

4I.K

— конечная температу-

ра нагрева металла, °С; ^

— начальная

температура металла,

С.

2. Тепло, затрачиваемое на нагрев

поддонов, коробок, конвейера Q

Tap

рассчитывается аналогично

расходу

тепла, затрачиваемого на нагрев ме-

талла. При этом необходимо, чтобы ко-

личество нагреваемой тары на едини-

цу массы металла было минимальным.

3. Тепло, теряемое вследствие теп-

лопроводности стенок Q

, определяет-

ся

различно, в зависимости от того,

является ли тепловой режим печи

уста-

новившимся

или неустановившимся.

При

установившемся режиме

тепло теряется в

результате

теплопро-

водности стенок и его передачи от на-

ружной поверхности печи в окружаю-

щий

воздух.

Температура в каждой точке тела

остается постоянной во времени, сле-

довательно,

dtjdx

= 0 и уравнение теп-

лопроводности для неограниченной

плоской

стенки запишется так:

дЧ/дх

= 0.

После

первого интегрирования по-

лучаем

dt/дх

= ki, после второго t =

— kx -\- k

, т. е. распределение темпе-

ратур

в плоской стенке отвечает урав-

нению

прямой линии.

Плотность

теплового потока, прохо-

дящего через плоскую стенку, .. ••

А . . £вн — (нар

— г. (*вн 'нар) —

S/K

где ^ — коэффициент теплопроводности

материала кладки, Вт/(м-К); 5 — тол-

щина

стенки, м; i/

— температура

внутренней поверхности стенки, °С;

Гнар —температура наружной поверх-

ности

стенки,°С.

Для многослойной стенки с поверх-

ностью F

('вн—^нар)'

,, ..

, (1.4)

"^1

J_ "->2 I г '-'л . •, .

' 1 ' )

где 5j, S% ..., 5

—толщины слоев, м;

А-ь fa, ..., К

— соответственно теплопро-

водности этих слоев, Вт/(м-°С),

Учитывая сопротивление перехода

тепла от печи к внутренней стенке и от

наружной стенки к внешней среде и

то,

что теплопередающие поверхности

стенок

различны, находим вид форму-

лы (1.4):

а) для плоской стенки

VCT , ^ (-, »

•I

tJi On

"•п

воз' иар

. (1-5)

где а

еч,

Е03

— коэффициенты тепло-

передачи соответственно от печи к

внутренней поверхности стенки и от на-

ружной поверхности печи в окружаю-

щий

воздух,

Вт/(м

-К). Для термиче-

ских печей

воз

может быть принят

равным 12—18 Вт/(м

-К), для элек-

трических— 12, для пламенных печей,

имеющих меньшую изоляцию, —

18 Вт/(м

-К); fi, Ръ —у Л» —средние

поверхности огнеупорного и теплоизо-

ляционного слоев данной стенки печи,

; F

и ^нар — соответственно внут-

ренняя

и наружная поверхность стен-

ки

печи, м

Потери тепла в

результате

тепло-

проводности степок равняются тепло-

вому напору, деленному на тепловые

сопротивления;

б) для цилиндрической стенки

нар

воз'

нар

:-•'•• . - (1.6)

Здесь / — высота или длина цилиндри-

ческой стенки, м: г

вш

'"нар — радиус

внутренней и наружной поверхности

кладки, м; г

, г

— радиусы соответ-

ствующих слоев кладки, м.

Средние расчетные поверхности

каждого из слоев стенки

следует

вы-

числять как средние геометрические

наружной и внутренней поверхностей

соответствующего слоя:

= V~

Если температура внутренней по-

верхности стенки задана,

тогда

в фор-

мулах,

выражающих сопротивление

теплопередаче от печи к внутренней

поверхности стенки, первого члена зна-

менателя не

будет.

При различных

толщине и строении стенок печи, сво-

да и пода потери тепла необходимо

определять отдельно для каждой стен-

ки

и результаты суммировать.

Рис.

1.11- Распределение температуры в плос-

кой

стенке, состоящей из

двух

слоев, при

уста-

новившемся

тепловом потоке

Падение температуры в стенке про-

порционально термическому сопротив-

лению и может быть определено графи-

ческим путем. Откладывая по оси абс-

цисс последовательно термические со-

противления

1/авоэ,

Диз, ЗщДш,

1/сспеч,

а по оси ординат температуры

iw4 и /воз, определим температуры в

стенке, изменяющиеся по прямой ли-

нии

(рис.

1.11).

Точки пересечения а,

бив соответствуют температурам на-

ружной, внутренней, промежуточной

между

шамотом и изоляцией поверхно-

стям стенки. Отложив по оси абсцисс

значения

толщины изоляции S

и ша-

мота S

и перенеся точки а, б и а на

ординату, получим распределение /нар,

^печ, ^вн в двухслойной стенке.

При

неустановившемся, теп-

ловом потоке распределение темпера-

тур в стенке с течением времени меня-

ется. В случае, когда толщина стенки

бесконечна, все тепло, сообщаемое

внутренней поверхности, идет на разо-

грев стенки. Если стенка имеет конеч-

ные размеры, то параллельно с повы-

шением ее температуры может проис-

ходить еще потеря тепла в окружаю-

щее пространство (воздух). Теплопо-

глощение стенки из шамота толщиной

115 (при времени разогрева до 30 ч)

230 мм (при времени разогрева до

100 ч) аналогично теплопоглощению

стенки бесконечной толщины.

При

возрастании температуры на

внутренней поверхности стенки беско-

нечной толщины в

результате

решения

дифференциального уравнения Фурье

получаем количество тепла, поглощен-

ного этой стенкой: - .. -

<?ак

(1.7)

Рис.

1.12. Распределение температуры в плос-

кой

стенке при неустановившемся тепловом по-

токе

где

•&

—

скорость роста температуры

на

внутренней поверхности стенки, град/с;

y%cy

Вт

•

/ (м

•

К) —

коэффици-

ент термоинерции;

т —

время разогре-

ва,

с.

Глубина прогрева

стенки беско-

нечной

толщины

до

слоя, имеющего

температуру, равную

3 % от

темпера-

туры

ее

внутренней поверхности,

со-

ставляет

X = 2,о у ai ££;и,1 у х . (1-8)

Здесь а—-температуропроводность

ша-

мота (0,55-10-

/с).

Количество тепла, необходимое

для

разогрева кладки

при

нестационарном

тепловом потоке,

2000

мм

даны

для

случая определения

тепловых потерь стенками

толщиной

шамота

изоляции,

не

приведенными

таблице. Например, тепловые потери

стенкой

печи, состоящей

из

шамота

толщиной

230 мм и

изоляции толщиной

125

мм при

Яиз

= 0,17

ВтДм-К),

экви-

валентны тепловым потерям стенкой

из

шамота толщиной

ЙЗ

-^-

+ 5

^ 1070 мм. (1.И)

<3ак

(1.9)

формуле

(1.9) G —

масса кладки,

кг; С(

—

средняя теплоемкость кладки

данном интервале температур,

Дж/(кг-К);

^ср.к и

^ср.н —средние

тем-

пературы

по

всей массе стенки соот-

ветственно

конечный

начальный

9\ моменты времени,

°С.

Если

стенку разделить

на ряд эле-

ментарных слоев

тепловым сопротив-

лением каждого

из них Ар

AS/%,

то реальную кривую распределения

|-«

температур

стенке

данный период

времени можно заменить ступенчатой

|ь'

кривой

(рис. 1.12).

Площадь, ограни-

|V'j

ченная осью абсцисс

этой

&>••' ступенчатой кривой, равна

площади, ограниченной реаль-

ной

кривой. Средняя темпера-

тура

по

всей массе стенки

рассматриваемый период

оп-

ределится

из

уравнения

Потери

тепла через

под

печи опираю-

щейся

на

землю,

подземную часть

ее

стен приближенно можно определять

как

для

случая потерь через стенку

шамота толщиной

1 м.

4. Тепло, теряемое лучеиспускани-

ем через открытые загрузочные

и раз-

грузочные окна

другие

отверстия

уч,

вычисляется

по

формуле тепло-

обмена излучением

из

рабочего

про-

странства печи

окружающую

среду

учетом

относительного времени

от-

крытия

заслонки

Дт и

коэффициента

диафрагмирования

или

экранирования

отверстия

тф:

5,67

100

(1.12)

где Т

еч

—

температура печного прост-

ранства (среды),

К;

3"воэ

—

температу-

(1.10)

Распределение температур

стенке

начальный

конеч-

ный

моменты времени можно

найти

методом конечных

раз-

ностей.

этом

случае

целесо-

образно

при

расчетах исполь-

зовать

ЭВМ.

Для приближенных расче-

тов

при

стационарном режиме

потери тепла

окружающее

пространство

результате

теп-

лопроводности стенок печи

да-

ны

табл.

1.6.

Значения

тол-

щин

шамотной кладки

500—

Таблице

Толщина

кладки

Шамот

115

пол

345

500

600

700

900

1200

1500

2000

мм

ИЗО-

ЛЯ-

ЦИЯ

125

250

125

250

125

1.6.

400

2090

—

1125

—

835

—

630

510

420

340

230

185

130

Потери

тепла

стенками

Потери

тепл

600

3360

L510

930

520

1880

1160

750

520

1390

930

640

1040

835

660

615

420

340

255

Вт/ч

при

внутренней стенки

800

5100

1910

1220

700

2780

1450

870

640

1970

1220

750

1370

1180

1010

835

630

545

380

900

5920

2260

1415

810

3270

1760

1070

710

2260

1440

810

1670

1390

вО

960

730

615

440'

1000

6730

2680

1670

930

3770

2080

1150

800

2550

1690

990

1910

1590

1330

И'90

835

670

510

печи

температуре

печи

1100

3140

1910

1040

4180

2390

1460

890

2920

1920

1100

2200

1820

1510

1280

960

750

600

1200

—

4760

2730

1540

970

3360

2220

1250

2620

2050

1760

1460

1090

880

670

1300

—

5340

—

3770

—

^**

281D

2I30O

1970

1590

1220

960

750

,ра окружающей среды (воздуха),

К;

FOTB

—

площадь открываемого отвер-

стия,

;

Дт

—

относительное время

от-

крытия.

Например, заслонка открыва-

ется

на 10

мин через каждый

час,

в этом

случае

Дт =

10/60

= 1/6.

Если

.заслонка

камерной печи открывается

через

4 ч на 20

мин,

то Дт =

20/4-60

1/12.

Коэффициент

диафрагмирования

\р

может быть принят равным примерно

0,9.

Для

малых

узких отверстий

толстых стенках

он

падает

до 0,5

(в

результате

уменьшения

угла

луче-

испускания)

. Для

окон,

закрытых

ме-

таллическими экранами, яр

0,5. При

излучении

атмосферу температуру

окружающего

воздуха

можно

не учи-

тывать.

Формула

(1.12)

упростится, если

нее ввести величины излучения абсо-

лютно черного тела q

5,Q7

(Гпеч/ЮО)

Тогда

Флуч

—

^-Ротв^Дт.

(1.13)

Величину

q в

зависимости

от

темпера-

туры

можно брать

по

следующим дан-

ным:

Температу-

ра,

°С 200 300 400 500 600 700

кДж

Ц,

~ 10,5 22,2 39,0 80,5 121 186

кВт

•Я,

2,9

6,2 10,8 21,2 33,5 51,7

№У, -Темпер ату-

J:\-'

pa, °C 800 900 1000 1100 1200 1300

кДж

кВт

- Q,

274

395 545 738 978 1270

76,4

- 109 151 205 271 353

Для промежутка времени, когда окна

отверстия закрыты, необходимо

по-

тери тепла через них определять тепло-

проводностью через стенку.

5. Потери тепла вследствие корот-

ких замыканий Q

T-H

, вызванных

на-

рушением сплошности изоляции

в тех

местах,

где

через кладку проходят

пе-

ремычки

из

более теплопроводных

ма-

териалов: термопарные трубки, выводы

нагревателей, направляющие,

оси ро-

ликов,

выходящие

из

печи, закалочные

желобы

и т. п. В

большинстве случаев

.эти

потери

не

могут

быть точно

учте-

ны,

приблизительно

они

определяются

следующим образом:

.3^ (0,5

—I,0)Q

(1.14)

6. Тепло, затрачиваемое

на

нагрев

попадающего

печь холодного

воздуха

QEOS

уносимое

выбивающимися

га-

зами

ra3

- Пламенные печи работают

с положительным давлением, поэтому

продукты сгорания выбиваются через

неплотности кладки

отверстия печи.

В электрических печах, имеющих воз-

душную

атмосферу, холодный

воздух

засасывается через неплотности

кла-

дки.

случае

открытой заслонки потери

тепла

могут

быть значительными

и их

необходимо учитывать.

термической

печи

температурой

800—900

°С

рас-

ход выбивающегося

воздуха

или

газа

при

открытом окне

секунду прибли-

зительно составляет

Н;

(1.15)

(1.16)

где

— высота,

на

которую открыва-

ется

окно,

м; В —

ширина окна,

м.

По-

тери тепла приближенно можно опре-

делить

из

выражений

B03

6005Я

V~H\

(1.17)

ra3

=\200BN/M.

(1.18)

При

этом

следует

учитывать относи-

тельное время,

течение которого

ок-

на

открыты,

Дт. Для

уменьшения

по-

терь тепла

выбивающимися

из

печи

газами заслонки рабочих окон необхо-

димо открывать лишь

на

высоту, соот-

ветствующую

размеру детали,

а не на

высоту всего окна.

7. Физическое тепло, уносимое

с от-

ходящими газами,

(Эдым

Vn-ЗСдым

VnBit,

(1.19)

где

—

объем продуктов сгорания,

полученный при сгорании единицы топ-

лива

учетом

избытка

воздуха,

/м

;

—

расход

топлива

секунду,

/с;

Сдым

—

теплоемкость, Дж/(м

-К);

—

энтальпия

продуктов сгорания, Дж/м

Значения

теплоемкости дыма

яъш

его энтальпии

it для

приближенных

расчетов приведены

табл.

1.7. Для

более точного определения потерь теп-

ла

уходящими газами необходимо

знать объемный состав продуктов

сго-

рания

топлива.