2. Классификация печей по технологическим и конструктивным признакам
По технологическому назначению металлургические печи делят на плавильные и нагревательные.
Плавильные печи предназначены для получения металлов из руд и переплавки металла с целью придания необходимых свойств. В плавильных печах материалы меняют свое агрегатное состояние.
Нагревательные печи применяют для нагрева материалов с целью обжига (известняка, магнезита, огнеупорных материалов и др.) и сушки (литейных форм, руде, песку и др.), а также для придания металла пластических свойств перед обработкой давлением. Значительное число нагревательных печей применяют для термической обработки, чтоб изменить внутреннее строение и структуру. В нагревательных печах метали и материалы не своего агрегатного состояния.
Внутри каждой из этих групп печи подразделяют соответственно тем операциям, которые в них проводят. Так, плавильные печи могут чугуноплавильные, сталеплавильные, медеплавильные и др. Нагревательные печи могут служить для обжига огнеупорных материалов, нагрева металла перед прокаткой и ковкой, термообработки металла. Эти группы печей, ограниченные определенными операциями, подразделяют еще и по конструктивным признакам, методам транспортировки металла в печи, характера продукта, что поддается нагреву. Например, нагревательные печи для нагрева перед прокаткой разделяют на следующие группы: а) нагревательные колодцы, методические печи, камерные нагревательные и др.; бы) садчики, толкательные, с тем, что вращается в) для нагрева слитков, блюмов, труб, сутунки и Топливные печи подразделяют по виду
Так, сталеплавильные мартеновские печи могут газовые и мазутные.
Соответственно методам утилизации тепла дымовых газов печи, которые отходят, подразделяют на регенератные и рекуперативные.
Электрические печи классифицируют по способу превращения электрической энергии в тепловую: дуговые электрические печи, печи сопротивления и индукционные печи.
Современные печи являются сложными тепловыми агрегатами, которые состоят из собственно печи и вспомогательного оборудования. Собственно печь включает рабочее пространство и устройства для получения тепловой энергии: горелки, форсунки в топливных печах и электроды, резисторы в электрических печах. В состав вспомогательного оборудования входят устройства для утилизации дымовых газов, которые отходят, вентиляторы и дымососы, вые трубы, разные клапаны, задвижки и др. В рабочем пространстве печи осуществляются те технологические операции, для которых назначенная печь. Все остальные элементы печи служат для обеспечения самого эффективного проведения главной технологической операции.
3. Теплотехнические характеристики работы печей
Работа каждой печи характеризуется рядом показателей, самыми важными из которых есть температурный и тепловой режим, коэффициент полезного теплоиспользования и производительность.
Температурный режим. Температура печи — важный теплотехнический показатель работы печи, хотя срок «температура печи» имеет несколько условный характер. Дело в том, что в топливных печах в состоянии взаимного теплообмена находится пламя (накаленные газы), металл, а, температура которых разная. Причем, темпера всей печи не может определяться ни одной из этих температуры, а является какой-то усредненной величиной, относительно которой обычно и применяют срок «температура печи».
Температура зависит от ряда факторов, самые важные из которых — температура горения топлива и характер потребления тепла (включая тепловые потери), свойственные конструкции печи. Иногда для ориентировочного пользуются весьма приближенным соотношением, где tд—действительная температура печи; tк — калориметрическая температура горения топлива; с — пирометрический коэффициент, зависимый от конструкции печи, с =0,65-1-0,80.
Температура печи зависит, прежде всего, от ее назначения и может изменяться во времени и по объему печи.
Изменение температуры печи во времени называется температурным режимом печи. Обычно его представляют соответствующим графиком t=f(х). Печи, температура которых не меняется со временем, называются печами постоянного действия (например, методические печи), с переменной во времени температурой — печами периодического действия (печи с подом выкатывания). Изменение температуры по длине печи также может иметь разный характер. Нагревательные печи, в которых температура по всему объему приблизительно одинаковая, называют камерными. Печи с температурой, что изменяется по длине, называются методическими.
Тепловой режим. Работа печи в значительной мере определяется тем, какое количество тепла поступает у нее. Количество тепло, которое подают в печь в каждый данный момент времени, называется тепловой нагрузкой. Но большее количество тепло, которое печь может нормально (без недожога топлива в рабочем пространстве) усвоить, называется тепловой мощностью.
Тепловой режим печи является изменением тепловой нагрузки во времени и может быть представлен графиком зависимости тепловой нагрузки от времени. Тепловой режим теснейшим образом связан с температурным. Печи периодического действия, работающие с переменной во времени температурой, имеют переменную во времени тепловую нагрузку, тогда как печи постоянного - работают при неизменной тепловой нагрузке.
Качество работы печи, ее совершенство как теплового агрегата характеризуется коэффициентом полезного теплоиспользования (к. п. т.) и коэффициентом использования тепла (к. и. т.). В общем виде к. п. т. определяют таким образом:
где В — затрата топлива, м3/с; кг/с;
QT — химическое тепло топлива, Вт;
Qм и Qшл —тепло соответственно металлу и шлака, Вт;
Qэнд и Qэкз — теплое энедотермических и экзотермических реакций, Вт.
Тепловые потери в печах в большей мере зависят от факторов, связанных с конструкцией печи, поэтому, чтоб характеризовать только топливо и условия его сжигания, коэффициент использования топлива (к. и. т.)
к. п. т. всегда меньше к. и. т., поэтому при проектировании и эксплуатации печей следует стремиться к тому, чтоб к. п. т. по своей величине максимально приближались к к. и. т., для чего необходимо добиваться снижения тепловых потерь.
Производительность печей — самый важный показатель их работы, поскольку именно в производительности, как в фокусе, сходятся все позитивные и негативные стороны конструкции и тепловой работы печи. В плавильных печах производительность сильно зависит от характера проплавляемой шихты, в нагревательных печах — от начальной температуры металла. Как в том, так и в другом случаях на производительность большое влияние предоставляет температура в рабочем пространстве печи и температура дымовых газов, которые отходят, а также интенсивность и характер теплопередачи от печи к материалу, что нагревается (проплавляемому). Все это свидетельствует о том, что производительность зависит от очень многих технологических, теплотехнических и конструктивных факторов, поэтому производительность печей разного вида будет рассматриваться в дальнейшем при описании конкретных конструкций. Обычно различают общую и удельную производительность характеризует размеры, агрегата и измеряется в т/ч, или т/сутки. При расчетах печей используется размерность производительности, кг/ч или кг/с. Удельная производительность, выраженная в кг/(м2-ч), или т/(м2-ч), характеризует интенсивность работы печи и служит для оценки качества работы и сравнения печей. Удельную производительность часто называют напряженностью пода печи. Различают напряженность активного пода и напряженность габаритного пода. В первом случае производительность отнесена только к площади пода, занятой металлом, во втором — ко всей площади пода печи.