Промышленные печи. Печи для термической обработки

     1. Загальна частина.

1. Загальні відомості про промислові печі

 

     Печі  для термічної обробки мають більш низькі температури у порівнянні з нагрівальними. Температура термічної обробки сталевих виробів: відпустка 400-700 °С, ізотермічна витримка 500-600 °С, відпал 700-800 °С, загартування й нормалізація 800-950 °С, термообробка легованих сталей 900-1180 °С. Режим повної термообробки виробів звичайно складається з періодів нагрівання, витримки, регульованого (уповільненого) і прискореного охолодження. Нагрів, витримка й регульоване охолодження здійснюється у футерованих камерах. У термічних печах застосовується як газовий, так і електричний нагрів. Часто використовують спеціальні атмосфери контрольованого складу, призначені для захисту виробів від окислювання або для їхньої хіміко-термічної обробки. У цьому випадку при газовому нагріванні застосовують муфелювання садки або нагрів радіаційними трубами.

     Термічні  печі діляться на печі безперервної дії (прохідні й протяжні) і періодичної дії, або садочні (ковпакові й камерні).

     Серед прохідних термічних печей найпоширеніші  печі з роликовим подом. Робочий  простір прохідних печей має  звичайно прямокутну в поперечному  перерізі форму, однакову по всій довжині  печі. Поперечний переріз печі з  роликовим подом для нагрівання під загартування (880-890 °С) із прямим опаленням бічними пальниками показане на мал. 1.1, а для відпалу (720 °С) із захисною атмосферою й радіаційними трубами - на мал. 1.2. 
 
 
 
 
 

 

     Мал. 1.2. Поперечний переріз печі з роликовим подом для відпалу із захисним середовищем і радіаційними трубами: 1 - ролик; 2 - радіаційні труби

 

     Мал. 1.1. Поперечний переріз печі з роликовим подом для нагрівання під загартування із прямим опаленням бічними пальниками: 1 - бічний пальник; 2 - гляделка; 3 - ролик; 4 - заготівлі; 5 - димовідвід 
 

     Протяжні  печі можуть бути горизонтальними й  вертикальними (баштовими). Горизонтальні  протяжні печі по конструкції аналогічні печам з роликовим подом. Баштові  печі мають більше складну конструкцію. Їхня висота може досягати 30 м, тому треба  застосовувати спеціальні міри для збереження стійкості кладки й компенсації температурних розширень. На мал. 1.3 показана камера нагріву вертикальної протяжної печі із захисною атмосферою й радіаційними трубами.

       
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Мал. 1.3. Камера нагріву вертикальної протяжної печі із захисним середовищем і радіаційними трубами 

     Підвищення  ефективності роботи печей періодичної дії прямо пов'язане зі зменшенням втрат тепла й, як наслідок, скороченням питомої витрати палива.

     Відомо, що 80 - 85% енергоносіїв витрачається в промисловості й енергетиці при експлуатації промислових печей, термічного й енергетичного встаткування.

     Тому  в цей час задача економії енергоресурсів, особливо, в енергоємних галузях промисловості: металургії, машинобудуванні постає надзвичайно гостро й актуально [7].

     Втрати  теплоти з робочого простору мають  місце в будь-яких печах, але вони особливо істотні в нагрівальних і термічних печах циклічної  дії, коли в цикл термообробки входить  охолодження печі до низької температури  або коли таке охолодження обумовлене тривалими проміжками між циклами нагрівання садки [1]. 

     1.2. Встановлення волокнистих вогнетривких  матеріалів  

     Одним з комплексних напрямів рішення задачі енергозбереження, що дозволяє істотно знизити енергоспоживання при експлуатації термічного устаткування, є застосування волокнистих і теплоізоляційних матеріалів.

     Волокнисті  матеріали – це матеріали нового покоління, які поєднують у собі високотемпературні, вогнетривкі та ізоляційні властивості, низьку теплопровідність і малоінерційність, що дозволяє широко застосовувати їх замість традиційних матеріалів для футерівки практично всього термічного устаткування. Основою для виробництва волокнистих матеріалів є муллітокремнеземні й базальтові волокна із застосуванням високотемпературних неорганічних сполучних.

     Всі волокнисті матеріали мають еластичність, малу густину і теплопровідність, спроможність до термозмін, значну міцність на розрив і на вигин (особливо м'які й напівтверді), термостійкість.

     Вироби з волокнистих матеріалів дозволяють створити нові, легкі конструкції футерівок стін і зводів, будучи при цьому як вогнетривом так і теплоізоляцією. Низька теплопровідність дозволяє зменшити габарити печі за рахунок товщини футерівки, що в сполученні з низькою щільністю уможливлює в декілька (до 10) разів знижувати масу футерівки печі. Теплота, що акумулюється таким чином, зменшується також у кілька разів. Різко скорочується час розігріву печі, дозволяючи не тільки заощаджувати енергоресурси, але й зменшувати непродуктивний час роботи печі й обслуговуючого персоналу. Особливо ефективно їхнє застосування в термічних печах періодичної дії, з постійними коливаннями температури робочого простору й у печах, що працюють не на повне завантаження, у так званому «рваному режимі».

     Застосування  волокнистих матеріалів нового покоління на неорганічних сполучних забезпечує значне зниження трудомісткості футерівних робіт і високу ремонтопридатність футерівки при її механічному ушкодженні. Ці матеріали легко обробляються й не критичні до циклів нагрів - охолодження. Кількість термозмін становить 1000 - 2000 без видимих змін якості матеріалу.  

     1.2.1 Асортименти й загальні властивості волокнистих матеріалів і виробів. 

     Особливо  виділяють групу волокнистих  матеріалів, що мають високу пористість й низьку теплопровідність. Структура цих матеріалів складається із круглих, тонких і звивистих волокон, зчеплених зв'язуванням в окремих місцях. Внаслідок значного теплового опору таких контактів частка теплового потоку, що передається теплопровідністю по волокнах, мала.

     В наш час із волокнистих матеріалів готують більше 50 різних виробів. По мірі розширення місць застосування номенклатура волокнистих вогнетривів постійно збільшується.

     Волокнисті  вироби підрозділяються на м'які, напівтверді  й тверді. Основна властивість – гнучкість – більшою мірою властива м'яким матеріалам. Майбутнє, як затверджують фахівці, належить килимовим матеріалам. Перехід на тверді матеріали з волокна вважається недоцільним.

     Найбільш  доступні алюмосилікатні скловолокнисті матеріали каолінового состава (50% , 50% ), які застосовують у вигляді каолінової вати вогнетривкістю 1850 °С и гаданою щільністю 1,7 кг/м³, а також у вигляді виробів. Вітчизняне алюмосилікатне волокно має температуру застосування 1100-1260 °С.

     Каолінове волокно й вироби з нього легкі  по масі, еластичні, пружні, мають низьку теплопровідність, низьке акумулювання тепла, винятково термостійкі, мають  гарні звукоізоляційні властивості, прекрасну хімічну стійкість (за винятком плавикової й фосфорної кислот і сильних лугів), не піддані впливу масел, пари, води, добре затримують вібрацію. Коли волокна входять складовою частиною в інші матеріали, вони надають їм високу міцність.

     З вогнетривкої алюмосилікатної вати виготовляють рулонний матеріал, повсть, плити, папір і картон. Габарити виробів наведені в таблиці 1.1 

     Таблиця 1.1 – Габарити вогнетривких виробів

 

     Властивості каолінового волокна й виробів  на його основі регламентуються вимогами ГОСТ 23619-79.

     Залежно від групи й температури застосування вогнетривкі теплоізоляційні скловолокнисті матеріали діляться на марки (табл. 1.2), а деякі їхні властивості наведені в табл. 1. (приложение). 

     Таблиця 1.2 - Вогнетривкі теплоізоляційні матеріали й вироби

 

     На  основі полікристалічних корундових волокон  виготовляють тверді вироби на мінеральних сполучних, які випускають трьох марок: МКПП-300, МКПП-400 і МЛПП-300. Властивості наведені в табл. 1.3.

     Вогнетривкі папір і картон володіють рядом істотних переваг у порівнянні із в високотемпературними азбестовими, базальтовими листовими матеріалами, що використовуються у теперешній час й характеризуються:

      - високими температурами служби;

      - низькою теплопровідністю при  високих температурах;

      - підвищеною пружністю;

      - низькою густиною (особливо в порівнянні з азбестовими матеріалами);

      - високою міцністю (у порівнянні  з базальтовим картоном);

      - високою міцністю до розплавів кольорових металів - алюмінію й цинку (табл. 1.4) 

     Таблиця 1.3 - Властивості виробів з полікристалічних корундових волокон