Розділ 6. Печі та сушарки, які застосовуються в ливарних цехах

Тема 6.1 Класифікація та загальна характеристика роботи печей

План

1. Класифікація печей.

2. Основні характеристики роботи печей.

3. Теплова робота печеі

3.1 Статті приходу

3.2 Статті розходу

Класифікація печей

Різноманітність промислових печей, що використовуються в ливарному виробництві, викликає необхідність їх підрозділу на основні групи. Це необхідно для послідовного опису печей та вивчення їх роботи.

Головними етапами отримання готових виробів в ливарному виробництві є розплавлення металу і його разливка за формами і потім в ряді випадків термообробка відливок.

Для отримання високоякісних ливарних форм їх обов'язково сушать.

Виходячи з цього розрізняють печі:

- для отримання розплавленого металу (плавильні),

- для нагріву відливок з метою їх наступної термообробки (нагрівальні),

- для сушки ливарних форм (сушила).

У всіх цих печах протікають процеси перетворення якого-небудь виду енергії в теплову і потім передачі цієї теплоти до розплавляємого, нагріваємого або сушимого матеріалу.

За способом генерації теплоти всі печі підрозділяють:

- на паливні, де теплота виділяється за рахунок горіння палива,

- на електричні, де електроенергія перетворюється в теплоту електричною дугою, нагрівальними елементами опору або індукцією.

За умовами теплообміну печі можуть бути поділені на:

- печі з теплопередачею випромінюванням, до них відносять високотемпературні печі, в яких частка конвективного теплообміну невелика.

- печі з теплопередачею конвекцією, До них відносять в основному низькотемпературні печі, в яких випромінювання не грає істотної ролі, наприклад сушила.

Основні характеристики роботи печей.

Робота печей характеризується тепловою потужністю, тепловим навантаженням, температурним і тепловим режимами. Теплова потужність виражається в кВт, це найбільша кількість теплоти, яку можна передати в піч.

Теплове навантаження -це кількість теплоти, яке фактично подається в піч.

Температурний режим-це зміна температури печі в часі або по довжині печі.

Тепловий режим-це зміна теплового навантаження в часі.

По тепловому режиму печі підрозділяють на:

- печі, що працюють по камерному режиму. Печі, що працюють по камерному режиму, підрозділяють в свою чергу на печі безперервної дії і на печі періодичної дії. В печах безперервної дії вироби завантажують і вивантажують безперервно. Якщо в печі знаходиться велике число виробів, видалення та завантаження одного виробу практично не змінює її теплового режиму, т. е. температура пічного простору залишається постійною протягом всього часу роботи печі. В печах періодичної дії температурний режим печі змінюється з часом. До них можна віднести піч з викатним подом. Після завершення термообробки під с відливками викочується з печі. Температура печі значно знижується. Після завантаження нової партії відливок температура робочої камери печі знову підвищується і так далі).

- печі, що працюють по методичному режиму. В печах, що працюють по методичному режиму, температура змінюється по довжині печі або в часі. До цих печей відносять, наприклад, тунельну піч для відпалу чавуну. Температура по довжині печі змінюється. Температурний її режим залежить від вимог, що пред'являються технологією.

Основними характеристиками роботи печі є її ККД і коефіцієнт використання палива (KВТ), а також продуктивність печі.

ККД - це відношення корисно витраченої теплоти до повної кількості теплоти, яка подана у піч (включаючи теплоту з підігрітим повітрям і т. д.).

КВТ- це відношення корисно витраченої теплоти до кількості теплоти, що виділяється паливом при його згорянні.

Продуктивність печі-це кількість виплавленого металу для плавильної печі, перегрітого металу для міксерів та роздавальних печей, термообробленого металу для термічних печей і висушеного матеріалу для сушил.

Продуктивність печі пов'язана з тепловою її роботою: чим більше різниця температур між піччю та металом, тим швидше нагрівається метал. Продуктивність печі залежить від її габаритних розмірів і часу технологічного процесу. В нагрівальних печах, в яких метал необхідно нагріти лише до заданої температури, продуктивність завжди вище, ніж в печах, в яких метал після нагріву вимагається певний час витримувати.

Теплова робота печей

Тепловий баланс печей є важливою характеристикою їх теплової роботи. Тепловий баланс є вираженням закону збереження енергії стосовно до промислової печі і дозволяє знайти необхідний розхід палива, електроенергії та провести теплотехнічний аналіз роботи печі.

Тепловий баланс складається з двох частин: статті приходу і розходу теплоти.

Його становлять або на одну годину роботи (печі безперервного дії), або на період (печі періодичної дії). Розглянемо тепловий баланс пламенної печі безперервної дії.

3.1. Статті приходу:

- Хімічна теплота від згоряння палива, Вт:

Q_хім=Q_н^р*B

Q_н^р – кількість тепла, що виділяється при згоранні топлива, Дж/кг або Дм/м³

В – витрати палива, кг/с або м³/с.

- Фізична теплота, яка вноситься підігрітим повітрям, Вт:

Q_фіз = с_пов*t_пов*L_пов*B

с_в – теплоємкість повітря при температурі t_пов, Дж/(м³*°С)

t_пов- температура повітря, °С

L_пов – кількість повітря яке необхідно для горіння палива, м³/кг, м³/м³

В – кількість палива

- Фізична теплота, яка вноситься підігрітим паливом, Вт:

Q_фіз.т. = с_п*t_п*B

С_п – середня питома теплоємкість палива Дж/м³*°С або Дж/кг*°С;

t_п – температура палива, °С;

- Хімічна теплота від окислення елементів металу, Вт:

Q_хім.м

Σ – знак, який вказує на необхідність врахування всіх окислених елементів металу,

Q_м – тепловий ефект окислення кожного елементу металу, кДж/кг

q_м – кількість кожного окисленого елементу металу, кг/с.

3.2. Статті розходу:

- Теплота необхідна для нагріву і плавлення металу (корисна теплота), Вт:

Q_кор = с_м*(t^к_м – t^н_м)*П

с_м – теплоємкість металу, Дж/кг*°С

t^н_м, t^к_м – температура матеріалу в кінці і на початку нагріву, °С

П – потужність печі, кг/с

- Теплота, що втрачається з продуктами горіння, що виходять із печі (димовими газами)

Q_п.г. = с_п.г*V_п.г* t_п.г*В

с_п.г – середня питома теплоємність продуктів горіння, Дж/м³*К

V_п.г – кількість продуктів горіння, що виникають при згоранні одиниці палива, м³/м³

t_п.г – температура продуктів горіння, °С

- Втрати тепла теплопровідністю через кладку, Вт

Q_кл. = К*F*(t_печі-t_н.с)

К – коефіцієнт теплопередачі від пічного простору в навколишнє середовище через стінку, Вт/м²К

F – поверхня кладки, м²

t_печі – температура печі, °С

t_н.с – температура навколишнього середовища, °С

- Втрати тепла випромінюванням через відкриті вікна і отвори:

Q_вип. =

C₀ – 5,7 Вт/м²К – коефіцієнт випромінювання абсолютно чорного тіла;

Т_печі – температура печі, К

F_отв – площа відкритих вікон і отворів, м²

Ф – коефіцієнт діафрагмування 0,5-0,8;

τ – доля часу, впродовж якого відкрите вікно (при постійно відкритому вікні τ=1)

- Втрати тепла на нагрівання транспортуючих засобів, Вт

Q_тр = с_тр*( t^к_тр- t^н_тр)*m_тр

с_тр – середня питома теплоємність транспортуючих засобів в інтервалі температур, Дж/кгК

t^к_тр, t^н_тр – кінцева і початкова температури транспортуючих засобів, °С

m_тр – маса транспортуючих засобів, що проходять через піч за одиницю часу, кг/с

- Невраховані витрати тепла. Їх приймаємо 10-15% від суми всіх втрат тепла за винятком корисно затраченого тепла.

Q_втр = 0,1(Q_вип+ Q_п.г+ Q_кл.+ Q_тр)

Контрольні запитання:

1. Які різновиди печей ви знаєте?

2. За способом генерації теплоти які ви знаєте печі?

3. Що називають тепловим навантаженням?

4. Що називають температурним режимом?

5. Як підрозділяють печі по тепловому режиму?

6. Які ви знаєте основні характеристики роботи печі?

7. З яких частин складається тепловий баланс?

8. Що входить до статей приходу?*

9. Що входить до статей росходу?*

Література: 1, с. 95-99., 3, с. 4-12.

Тема 6.2. Плавильні печі