Описание теплотехнологии объекта Методические печи

Методические нагревательные печи широко применяют в прокатных и кузнечных цехах для нагрева квадратных, прямоугольных, а иногда и круглых заготовок. Широкое применение методических печей обусловлено их достаточно высокой производительностью при невысоком удельном расходе топлива. По методу транспортировки металла в пределах печи их относят к проходным печам.

Общая характеристика методических печей.

Тепловой и температурный режим методических печей неизменны во времени. Вместе с тем по длине печи температура в методических печах изменяется в значительных пределах. Характер изменения температуры по длине печи определяет количество и назначение зон печи. Металл поступает в зону более низких температур и, подвигаясь навстречу дымовым газам, температура которых наиболее низка в месте их выхода из печи, постепенно (методически) нагревается.

Первую (по ходу металла) зону, в пределах которой температура по ее длине изменяется, называют методической. В ней металл постепенно подогревается до поступления в зону высоких температур (сварочную зону). Во избежание возникновения чрезмерных термических напряжений в металле часто бывает необходим медленный нагрев его в интервале температур от 0 до 500 ^оС. Постепенный нагрев металла в методической зоне, представляющей собой противоточный теплообменник, обеспечивает безопасный режим нагрева. Движущиеся навстречу перемещению металла дымовые газы отдают ему тепло, весьма значительно охлаждаясь в пределах методической зоны. Обычно в конце методической зоны температуру печи поддерживают в пределах 750 - 1100 ^оС. Наличие методической зоны значительно увеличивает коэффициент использования топлива.

Вторую по ходу металла зону называют зоной высоких температур, или сварочной зоной. Назначение этой зоны состоит в быстром нагреве поверхности заготовки до конечной температуры. Нагрев металла в методических печах обычно доводят до температуры 1150 – 1250 ^оС. Для интенсивного нагрева поверхности металла до этих температур в сварочной зоне необходимо обеспечивать температуру на 150 – 250 град выше температуры нагрева металла, т.е. поддерживать ее на уровне 1300 - 1400 ^оС.

Третья по ходу металла так называемая томильная зона (зона выдержки) служит для выравнивания температуры по сечению металла. В сварочной зоне до высокой температуры нагревается только поверхность металла, температура же середины металла значительно отстает от температур поверхности, вследствие чего создается большой перепад температур по сечению металла, недопустимый по технологическим соображениям. С таким значительным перепадом температур по толщине металл поступает в томильную зону, где температуру поддерживают всего на 50 – 70 град выше, необходимой температуры нагрева металла. Поэтому в томильной зоне температура поверхности металла не изменяется и поддерживается на достигнутом в сварочной зоне уровне; в этой зоне печи происходит только выравнивание температуры по толщине металла.

Подобный трехступенчатый режим нагрева необходим в тех случаях, когда нагревают заготовки, в которых может возникнуть значительный перепад температур по толщине (более 200 град на 1 м толщины металла). Такие печи (с тремя зонами) называются трехзонными методическими печами.

В методических печах возможно осуществлять односторонний и двусторонний нагрев металла. Односторонний нагрев происходит в том случае, когда металл, продвигаясь по монолитному поду, нагревается только с одной стороны – сверху. Для ускорения нагрева металла обычно предусматривают и нижний обогрев заготовки, для чего под заготовки на всю длину сварочной и методической зон сооружают специальную камеру, оборудованную горелочными устройствами в пределах сварочной зоны.

При нижнем обогреве вдоль печи прокладывают специальные глиссажные (водоохлаждаемые) трубы, по которым перемещается металл. В связи с охлаждающим действием глиссажных труб в нижнюю часть сварочной зоны печи необходимо подавать больше тепла, чем в верхнюю. Обычно все топливо, подаваемое в трехзонную методическую печь с нижним обогревом, распределяют следующим образом, %:

Нижняя часть сварочной зоны ..…… 55 – 60

Верхняя часть сварочной зоны ...…... 30 – 40

Томильная зона ..……………………. 10 – 15.

Глиссажные трубы укладывают только в методической и сварочной зонах. В томильной зоне глиссажные трубы не устанавливают, потому что в местах соприкосновения заготовки с водоохлаждаемыми трубами металл прогревается хуже и на его поверхности образуются темные пятна. Поэтому в трехзонных печах с нижним обогревом томильная зона предназначается не только для выравнивания температуры по толщине металла, но и для ликвидации на нижней поверхности заготовки темных пятен. Монолитный под и под томильной зоны в методических печах выполняют из такого огнеупорного материала, который в наименьшей мере взаимодействует с окалиной и хорошо выдерживает действие продвигающегося металла. Такими материалами являются тальковый, магнезитовый и хромомагнезитовый кирпичи.

Большое значение для работы методических печей имеет способ выдачи металла из печи. Различают торцовую и боковую выдачу металла. При торцовой выдаче необходим один толкатель, Выполняющий также и роль выталкивателя. Для печей с боковой выдачей устанавливают не только толкатель, но и выталкиватель, поэтому такие печи при размещении в цехе требуют больших площадей. Однако в отношении тепловой работы печи с боковой выдачей имеют преимущества. При торцовой выдаче через окно выдачи, расположенное ниже уровня пода печи, происходит интенсивный подсос холодного воздуха. Явление усиливается инжектирующим действием горелок, расположенных в торце томильной зоны. Подсосанный в печь холодный воздух вызывает излишний расход топлива и способствует интенсивному зарастанию подины печи образующейся окалиной. В методических печах с боковой выдачей металла воздух практически не подсасывается.

Методические нагревательные печи по сравнению с камерными нагревательными печами работают с более высоким к.п.д. и характеризуются более высоким коэффициентом использования тепла в рабочем пространстве, что объясняется наличием методической зоны. Если в камерной печи при температуре в рабочем пространстве около 1400 ^оС и нагреве металла до 1200 ^оС температура уходящих продуктов сгорания составляет 1350 – 1400 ^оС, то в методической печи при этих же условиях эта температура составит 750 - 850 ^оС. Сообразно с этим коэффициент полезного действия методических печей может достигать 40 – 45%. Основными статьями расходной части теплового баланса методических печей являются, %:

Затраты тепла на нагрев металла ..………… 30 – 45

Потери тепла с уходящими газами ...….…… 45 – 50

Потери тепла с охлаждающей водой ……….. 10 – 15.

Конструкции методических печей.

Конструкция методических печей зависит от 3 основных факторов: вида нагреваемого металла, производительности станов и вида топлива, на котором работают печи.

В методических печах широко применяют газообразное топливо.

В этих печах металл должен подогреваться до 1150 – 1250 ^оС. Для достижения необходимой температуры в печи нужно, чтобы калориметрическая температура горения топлива составляла 1900 – 2000 ^оС.

Достижение такой температуры горения может быть обеспечено различной комбинацией таких факторов, как: 1) теплота сгорания топлива; 2) качество смешения топлива с воздухом, что обусловливает величину коэффициента расхода (избытка) воздуха; 3) подогрев воздуха и газа.

Чем выше теплота сгорания топлива, тем менее жестки могут быть требования, предъявляемые к качеству смешения и предварительному подогреву воздуха и газа.

Широкие возможности промышленного применения природного газа требуют создания конструкций высокопроизводительных методических печей, работающих на природном газе или на смесях природного, коксового и доменного газов различного состава и с различной теплотой сгорания, но не менее 8480 – 10500 кдж/м³ (2000 – 2500 ккал/м³).

Применение такого топлива позволяет отказаться от применения подогретого воздуха и дорогостоящих и несовершенных в эксплуатации керамических рекуператоров и применять горелочные устройства, которые могут работать при коэффициенте расхода (избытка) воздуха n  1,1. При использовании столь разнообразного топлива целесообразно применять и соответствующего типа горелки (например, типа «труба в трубе»). В печах, работающих на топливе с высокой теплотой сгорания, подогрев газа не обязателен. При теплоте сгорания выше 10500 кдж/м³ (2500 ккал/м³) целесообразно подогревать воздух в металлических рекуператорах для уменьшения расхода топлива, однако это не обязательно. Одна из печей подобного рода, показанная на рис.1, принимается в качестве объекта в данной работе.