Классификация металлургических печей.

Промышленная печь – устройство для тепловой обработки материалов. Классификация печей: по принципу теплогенерации, по технологическому назначению, по конструктивным отличиям.

1.Классификация печей по принципу теплогенерации.

Генерация теплоты в печи происходит путем превращения химической или электрической энергии в теплоту. В зависимости от источника тепловыделения печи делятся на топливные, автогенные и электрические. Топливные печи.

В топливных печах источником теплоты является химическая энергия твердого, жидкого или газообразного топлива. Теплота выделяется в результате сгорания топлива. Теплоносителями являются газообразные продукты сгорания топлива – дымовые газы. Топливные металлургические печи подразделяются на два класса: пламенные и слоевые. Рабочее пространство пламенных печей в малой степени заполнено обрабатываемым материалом, который располагается на поду. Основной объем рабочего пространства заполнен пламенем и дымовыми газами, передающими теплоту материалу. Современные пламенные печи работают на газообразном или на жидком топливе – мазуте. Для сжигания газообразного топлива служат горелки, для сжигания мазута – форсунки.

К классу пламенных печей относятся сталеплавильные (мартеновские) печи, разнообразные печи прокатного и кузнечно-прессового производства: нагревательные колодцы, методические, кольцевые, роликовые печи, печи с выкатным подом. Известны три разновидности слоевых топливных печей: с плотным, "кипящим" и со взвешенным слоем обрабатываемого материала. В вертикальных шахтных печах с плотным слоем шихта, в состав которой может входить и твердое кусковое топливо, расположена по всему объему печи и медленно опускается сверху вниз. Горячие газы – продукты горения топлива – движутся через слой между кусками шихты снизу вверх, т.е. в противотоке. Шахтные печи с плотным слоем шихты широко распространены в металлургии. К ним относятся доменные печи, вагранки, печи для производства извести путем обжига известняка. В печах с "кипящим" слоем под действием движущихся снизу вверх газов размельченная шихта, в состав которой может входить и размельченное топливо, разуплотняется. Отдельные частицы шихты потоком газов поднимаются над слоем подобно кипящей жидкости. Иногда вместе с воздушным дутьем снизу в печь подают газообразное топливо. В основном эти печи используют в цветной металлургии для обжига и сушки материалов. В печах со взвешенным слоем обрабатывают материалы, доведенные до пылевидного состояния. Каждая частица материала находится во взвешенном состоянии под действием потока газов, идущего снизу вверх, и движется вместе с потоком. Применяют в этих печах размолотое и газообразное топливо. В основном эти печи используют в цветной металлургии для плавки сульфидов цветных металлов.

Автогенные печи.

Источником теплоты в этих печах является тепловой эффект экзотермических реакций окисления и горения ряда элементов, содержащихся в обрабатываемых материалах. В черной металлургии примером автогенных печей являются кислородные, сталеплавильные конвертеры и двухванные сталеплавильные печи. В них при продувке жидкого чугуна кислородом происходит окисление углерода и ряда других элементов с выделением теплоты. Этот процесс не требует расхода топлива. В мартеновской печи, наряду с выделением теплоты сгорания топлива, происходит тепловыделение от окисления углерода и других элементов, содержащихся в жидкой ванне. Такие печи занимают промежуточное положение между топливными и автогенными печами.
Электрические печи.

По способу преобразования электрической энергии в теплоту можно выделить три класса печей, применяемых в металлургии: электродуговые, индукционные и печи сопротивления. В дуговых печах используется принцип пропускания электрического тока через газовый промежуток между двумя электродами. Под действием электрического напряжения газ между электродами ионизируется и становится электропроводным. При этом в газовом промежутке возникает электрическая дуга, представляющая собой яркосветящуюся смесь электронов, положительных ионов, атомов и молекул. Дуга является зоной, в которой энергия электричества преобразуется в теплоту, при этом температура дуги составляет от 3000 до 20000 К. В индукционных печах используется свойство переменного электрического тока создавать вокруг проводника переменное магнитное поле. Если поместить в такое поле нагреваемое тело, являющееся проводником, то в нем будут индуктироваться вихревые токи. Энергия вихревых токов преобразуется в теплоту, которая выделяется внутри нагреваемого тела. Работа так называемых печей сопротивления основана на действии закона Джоуля-Ленца, согласно которому при протекании тока в проводнике выделяется теплота, пропорциональная его электрическому сопротивлению. В печах сопротивления можно использовать постоянный и переменный ток. В металлургии электрические печи применяют для выплавки стали, производства ферросплавов, для нагрева металла перед обработкой давлением и при термической и термохимической обработке металлоизделий.

2.Классификация печей по технологическому назначению и по режиму работы.

По технологическому назначению металлургические печи разделяют на плавильные и нагревательные. Плавильные печи служат для получения и переплавки металлов. В этих печах материалы, как правило, изменяют своё агрегатное состояние. Плавильные печи могут быть чугуноплавильными, сталеплавильными, медеплавильными и т.д.

 

Нагревательные печи служат для нагрева материалов без изменения их агрегатного состояния.

Нагревательные печи применяют в металлургии для обжига огнеупорных изделий, известняка, магнезита, для сушки материалов, для придания металлу пластических свойств перед обработкой давлением, для термической обработки металла с целью изменения его структуры и механических свойств.

По режиму работы печи можно разделить на два класса: непрерывного и периодического (циклического) действия. К печам непрерывного действия относятся рудовосстановительные дуговые печи, шахтные слоевые печи, такие печи прокатного производства, как методические печи с шагающими подом или балками, кольцевые и роликовые печи. В этих печах технологический процесс идет непрерывно, материалы, как правило, перемещаются от загрузочных устройств к устройствам для выпуска готовой продукции. К печам периодического действия относятся сталеплавильные дуговые и мартеновские печи, конвертеры, нагревательные колодцы, садочные камерные печи с выкатным и с неподвижным подом, применяемые в кузнечно - прессовом производстве и в термических печах и отделениях. Эти печи работают циклами. Цикл состоит из последовательных операций загрузки шихты или изделий, их тепловой обработки и затем выпуска или выгрузки готовой продукции.

 

4. Паропровод диаметром d₁/d₂= 160/170 мм покрыт слоем изоляции толщиной δ = 80 мм с коэффициентом теплопроводности, зависящим от температуры следующим образом λ_из = 0,062(1 + 0,363*10^-2t) Вт/(м*град). Определить потерю теплоты с 1 погонного метра паропровода и температуру на внутренней поверхности трубопровода, если температура наружной поверхности трубы t₂ = 250⁰C, а температура внешней поверхности изоляции t_из = 40⁰С.

Решение:

Потеря теплоты с 1 погонного метра паропровода:

q_l = (t₂ - t_из)*π/[1/2 λ_из*ln(d₃/d₂)],

где d₂ = 170 мм – диаметр наружной поверхности трубы;

d₃ = d₂ + 2 δ = 170 + 2*80 = 330 мм – диаметр внешней поверхности изоляции.

Коэффициент теплопроводности изоляции:

λ_из = 0,062(1 + 0,363*10^-2(t₂ + t_из)/2) = 0,062(1 + 0,363*10^-2(250 + 40)/2) =

= 0,095 Вт/(м*град).

q_l = (250 - 40)*3,14/[1/2*0,095*ln(0,330/0,170)]= 189 Вт/м.

Так как теплопроводность стационарная, то справедливо равенство

q_l = (t₂ - t_из)*π/[1/2 λ_из*ln(d₃/d₂)] = (t₁ – t₂)*π/[1/2 λ_ст*ln(d₂/d₁)], отсюда получаем температуру на внутренней поверхности паропровода:

t₁ = t₂ + (q_l/π)*1/2λ_ст*ln(d₂/d₁)] = 250+(189/3,14)*1/(2*50)*ln(0,17/0,16) = 250,1⁰C,

где λ_ст = 50 Вт/(м*град) – коэффициент теплопроводности стальной стенки паропровода.

5. Определить коэффициент теплопроводности материала стенки, если при толщине δ = 40 мм и разности температур на поверхностях ∆t = 20⁰C плотность теплового потока составляет q = 145 Вт/м².

Решение:

Плотность теплового потока через стенку:

q = ∆t*λ/δ, отсюда коэффициент теплопроводности материала стенки равен:

λ = q *δ/∆t = 145*0,040/20 = 0,29 м Вт/(м*град).

 

 

Литература

1.Ляшков В.И.2002г. «Теоретические основы теплотехники»

2.Чечёткин А.В.1986г «Теплотехника»

3.Тепловые устройства в чёрной металлургии: Учебник для вузов/Филимонов Ю.П.,Старк С.Б.,Морозов В.А.,-М.:Металлургия,1974,520с.

4. Ерохин В.Г. 1979 г. Сборник задач по основам гидравлики и теплотехники.

 

 

⇐ Предыдущая12

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: