Г.А. Околович - Учебное пособие - Нагрев и нагревательные устройства (Г.А. Околович - Нагрев и нагревательные устройства), страница 13

Дляоблегчения подъема заслонки на каркас устанавливаютпневматические цилиндры, управление подъемом заслонки выводятв удобное для нагревальщика место.82Главной частью печи является рабочее пространство, образующееся футеровкой. На рисунке 42б показаны элементы футеровкипечи. Она состоит из пода 1 - нижней части печи, на которойразмещают нагреваемые заготовки; свода 6 - верхней части печи, передней 4 стенки печи с рабочим окном 3, двух боковых 2 и заднейстенки 7.

В стенках печи предусматривают отверстия для горелок 5,термопар, дымоходов и рабочих окон. Материалом для футеровкислужит огнеупорный и теплоизоляционный кирпич. Футеровкувыполняют из внешней и внутренней кладки. Внешняя кладкастенок печи служит для уменьшения потерь теплоты и ее выполняютиз тепло изоляционного кирпича. Внутренняя кладка стенок печииспытывает постоянное и прямое воздействие горючих газов и еевыполняют из огнеупорного кирпича. Под печи испытываетдавление и удары от нагреваемых заготовок - его выкладывают извысокопрочного огнеупорного кирпича или плит. Свод быстронагревается горючими газами и излучает теплоту на нагреваемыезаготовки. Свод выкладывают из фасонного огнеупорного кирпича.Кирпичи тщательно пригоняют друг к другу для предупреждениявыбивания наружу горючих газов.

С наружной стороны сводзасыпают крошкой из теплоизоляционного кирпича.Дымоходы в нагревательных печах служат для отводаотработанных газов из рабочего пространства печи в дымовую трубуили под зонт печи. Дымоходы строят главным образом в стенкахбольших стационарных нагревательных печей. В небольших печахпродукты горения отводятся через рабочее окно под вытяжкой зонтили непосредственно в атмосферу цеха.С целью повышения температуры горения топлива (этоповышает КПД печи) воздух, подаваемый в печь, подогревают втеплообменных аппаратах (регенераторах или рекуператорах). Врекуператорах холодный воздух пропускается по трубам,омывающимся внутри (рисунок 43) или снаружи горячимиотработанными газами.

Если рекуператоры непрерывного действия,то регенераторы периодического. Для повышения производительности труда нескольких камерных печей монтируют в одинкаркас, т.е. получается многокамерная печь с горизонтальнымрасположением камер. В двухкамерных печах одну камеру можноиспользовать для подогрева заготовок, а другую для окончательногонагрева.В методических печах происходит равномерный нагревзаготовок по сечению благодаря тому, что температура печипостепенно возрастает от загрузочного окна к камере.83Методические печи работают на газе, мазуте. Схемаметодической печи дана на рисунке 44. Каркас печи 4 выполнен излистовой стали и скреплен швеллерами. Стенки печи, под и сводвыполнены из кирпича 6 аналогично камерной печи. Рабочеепространство состоит из камеры 7 подогрева, и камеры 5окончательного нагрева металла.Применяют и трехзонные печи, где заготовка проходит тристадии нагрева: подогрев, нагрев до заданной температуры ивыдержку при высокой температуре.

Заготовки 9 укладываются нарабочий стол 11 и при помощи толкателя 10 проталкиваются в печьпо направляющим трубам 1, которые охлаждаются водой.Рисунок 42 - Камерная пламенная печьРисунок - 43 Рекуператор84Рисунок - 44 Схема методической печиПо мере подогрева заготовок они продвигаются в глубь печиразгрузочному окну 2. В камере окончательного нагрева 5 заготовкинагреваются до заданной температуры. Выдача нагретых заготовокпроисходит через разгрузочное окно. Горелки 3 установлены вторцевой части печи и по боковым стенкам.

Продукты горения отводятся через дымоход 8. Для подогрева воздуха печи снабженырекуператорами.Методические печи применяют в крупносерийном и массовомпроизводстве.Скоростнойнагревметалла.Дляповышенияпроизводительности кузнечных печей, уменьшения угара иобезуглероживания применяют скоростной нагрев металла,основными особенностями которого являются повышениетемпературы рабочего пространства до 1400-15000C и обеспечениевсестороннего обогрева заготовок.На рисунке 45 показана газовая печь для скоростного нагревакоротких заготовок круглого сечения. Заготовки 3 перекатываютсяпо двум направляющим 4, приваренным к трубам 2, охлаждаемымводой.

В верхней и нижней части рабочего пространстварасположены горелки 1 и 6. Для подогрева воздуха печьоборудована рекуператором, от которого воздух по каналу 5поступает в горелку. Газ подается по трубам 7.Эти печи применяют для нагрева заготовок диаметром до100мм. Производительность печей скоростного нагрева достигает200кг/ч, угар металла при этом не превышает 1,5 % от массызаготовки.856.2 Проектирование и расчет пламенных печейВ камерных печах (рисунке 46) площадь пода печи Fопределяется в зависимости от производительности G и временинагрева заготовок t.где Fгаб.

- габаритная площадь пода;вгаб. - габаритная ширина;lгаб. - габаритная длина.lгаб.= а*d*n + 2z;(6.1)(6.2)lгаб. = lзаг + 2z;где а = S/d - относительный шаг укладки заготовок;lзаг - длина заготовки, либо группа заготовок уложенных вторец;n = n1 * t - одновременная загрузка заготовок в печи (шт);n1 - производительность печи в штуках.n1 = G/γгде γ- удельный вес металла;z - зазор между заготовками и стенками печи.Рисунок 45 - Схема печи скоростного нагрева86(6.3)Fакт = вакт*lакт;(6.4)Отношение активной площади пода к габаритной составляеткоэффициент использования площади пода:ξ= Fакт/Fгаб(6.5)Должно быть ξ > 0,5, в противном случае изменяют шагукладки заготовок.Высота печи H принимается для малых печей Нм = 400 - 600мм, для крупных печей Нкр > 1000 мм.В методических печах размер кривизны свода принимаетсяравным ширине печи (рисунок 47).Рисунок 46 - Схема камерной печиДля малых печей с площадью пода, < 1 м z = 0,01 - 0,02 м.

Длякрупных печей с площадью > 3 м z = 0,1 - 0,2 м.87Активная площадь подаРисунок 47 -Схема методической печиПолезная площадь пода Fпод =lпол * вгаб; где lпод = d * n полезная длина печи;n - одновременная загрузка, определяется как для камерныхпечей;lгаб. = lзаг + 2z - при несколько рядном движении;lгаб. = lзаг- при однорядном движении;z = 0,1 - 0,2 м.

lгаб.= d*n + z;(6.6)Длина методической зоны определяется lмет = lпол * (tмет/t)где tмет - время нагрева заготовок в методической зоне.Длина сварочной зоны определяется, как разность габаритнойдлины и методической зоны.Активная площадь подаFакт = lпол * lзаг ;(6.7)Fпол = lпол * lзаг +(1,5 + 2,0);(6.8)Коэффициент использования подаx = Fакт/Fпол < 1(6.9)Высота рабочей камерыh k = hm + hг ;(6.10)где hm - толщина заготовок;hг - толщина газового слоя, определяетсяhг =(A`+0,05в)t2*10-3 м;88где t2 - температура рабочего пространства печи;A` - коэффициент высоты, принимаем дляt2 < 900 0C A` = 0,5 - 0,055t2 > 1500 0C A` = 0,65Напряженность пода для всех печей H = G/F;Особо ответственным элементом печи является свод. Прирасчете свода исходят из самого опасного варианта, когда подвоздействием температурных расширений внутренних слоев сводначинает раскрываться (рисунок 48).Рисуноксвода48-СхемаВ этом случае распор свода рассчитывается как горизонтальноеусилие Р в шарнирной системе, состоящей из двух стержней(рисунок 49).В схеме G - малая единица длины свода.

Из равенства крутящихмоментов относительно точки А следует:G/2 * вгаб/4 = Рр*H;(6.11)Рр = (G*вгаб)/8h.(6.12)где Рр - расчетное усилие.Принимается следующий запас прочности для печей стемпературой рабочего пространства: до 900°C-Р=2Рр; до 100°C-Р = 2,5Рр; до 1300 °C - Р = 3Рр.Усилие Р действует на пятовый кирпич и передается на пятовуюбалку (рисунок 50).При расчете пятовой балки рассматриваетсяраспределенная на нее нагрузка (рисунок 51)89равномерноРисунок 49 - Схема покрытия сводаИзгибающий моментМизг = Р*l/2 * l/2 - Pl/2 * l/4;Мизг = Pl2/8;(6.13)(6.14)W = Mизг/s;(6.15)Момент сопротивленияЗная W пятовой балки по сортаменту выбирается швеллер.Рисунок 50 -Схема конструкции пятовой балки906.3 Тепловой баланс пламенной печиВыражается уравнением, связывающим степень прихода ирасхода тепла составляется для определения расхода топлива В иКПД печи.К статьям прихода относится химическое тепло топливаQх = B * Qрн;(6.16)ргде Q т - теплота сгорания топлива; B - расход топлива(неизвестная величина).

Физическое теплоQт = Biт;где Qiт - теплосодержание топлива.Физическое тепло воздуха Qв = Biв*Lnв;где Lnв - количество практически вводимого влажноговоздуха; Вiв - теплосодержащий воздух.Qm=Gim; где G –Физическоетеплометаллапроизводительность печи.Тепло экзотермических реакцийQэ = (1350*G*a)/100;(6.17)где а - % угара металла;1350 - тепло, выделяемое при образовании окалины в ккал.Тепло, затрачиваемое на нагрев металлаQ1 = G(ik - im )(6.18)ik и im - теплосодержание металла начальное и конечное.Потери тепла с отходящими газамиQ2 = B Vnв in;(6.19)вгде Vn - практическое количество влажных продуктовгорения.Механические потери теплаQ3 = K B Qнр,(6.20)где К - допустимый коэффициент потерь.Потери тепла теплопроводностью через кладку печиQ4 = ((tкл tв)/(S S/λ + 1/λ`` ))* Fкл;(6.21)где tкл - температура внутренней поверхности кладки;tв - температура окружающего воздуха;S - толщина слоя кладки;λ - его коэффициент теплопроводности;λ`` - суммарный коэффициент теплопередачи от газа квоздуху;91Fкл - внутренняя поверхность кладки за вычетомповерхности окон и пода.Потери тепла теплопроводностью через закрытые окнаQ5 = [(tкл tв)/(Σ S/λ + 1/λ`` )]* F0* ψ;(6.22)где F0 - поверхность окна;ψ - доля времени, в течение которого окно закрыто.

Потеритепла излучением через открытые окнаQ6 = C0(Tn/100)4 * Ф (1 - ψ) * F0;(6.23)где C0 - константа абсолютно черного тела;Tn - абсолютная температура рабочего пространства;Ф - коэффициент диафрагмирования;1 - ψ - доля времени, в течении которого окна открыты;F0 - площадь окна;Q7 - потери тепла с выбивающими газами;Q8 - потери тепла с охлаждающей водой (в том случае, когдазаготовки перемещаются по водоохлаждаемым глисажным трубам);Q9 - потеря тепла с тарой (с выдвижным подом иливыдвижными вагонетками);Q10 - потери тепла с окалиной.Решая известные величины сталей прихода и расхода иприравнивая статьи прихода и расхода, определяется расход топливаВ.