Free Student HQ / FSHQ / "Штаб-Квартира свободного Студента"

Перспективы развития струйного нагрева металла

Опыт освоения и эксплуатации печей струйного нагрева указал на возможность совершенствования конструкций, тепловой работы, условий эксплуатации и повышения экономичности работы этих печей при нагреве металла под ковку, штамповку.

Повышение эффективности работы печей скоростного струйного нагрева может быть достигнуто традиционными способами: применением подогрева воздуха (газа) в рекуператорах, установленных вне печи; увеличением длины зоны предварительного нагрева; применением двухстадийного нагрева; снижением потерь тепла с охлаждающей водой и в окружающую среду. Кроме этого, эффективность тепловой работы печи может быть повышена путем интенсификации внешнего теплообмена за счет выбора оптимальной формы рабочего пространства, правильной расстановки горелок, применения импульсной системы отопления, создания оптимальных условий топливосжигания и т. д.

Для подогрева воздуха в печах струйного нагрева могут быть использованы различные конструкции рекуператоров. Наиболее перспективными являются радиационные рекуператоры различных модификаций, предназначенные для работы при высокой температуре отходящих газов. Разработаны радиационные щелевые и трубчатые рекуператоры, в том числе с двойной циркуляцией воздуха, которые приспособлены для работы при температуре отходящих продуктов сгорания до 1200°С. Подогрев воздуха в рекуператорах с двойной циркуляцией возможен до температуры более 300°С. Более высокий подогрев воздуха (до 500°С) может быть получен в комбинированных радиациоино-конвективных рекуператорах.

Установлено, что применение рекуператора повышает КПД печи на 15—20%. Тепло отходящих продуктов сгорания может быть эффективно использовано в комбинированной установке, состоящей из печи струйного нагрева и печи предварительного подогрева, где заготовки подогреваются за счет тепла высокотемпературных продуктов сгорания, отходящих из печи струйного нагрева. Как показали результаты предварительных исследований, применение таких печей достаточно эффективно.

Повышение эффективности топливоиспользования в проходных печах струйного нагрева, как отмечалось выше, может быть достигнуто путем удлинения неотапливаемой зоны. Однако такой способ нагрева ограничивается допустимой длиной печи, которая выбирается из условий проталкивания заготовок. Поэтому при разработке печей скоростного струйного нагрева необходимо учитывать сортамент нагреваемых изделий, а также конструктивные особенности пода, механизма загрузки и способа перемещения металла в печи.

Проводятся исследования по изучению возможности повышения эффективности неотапливаемой зоны печи путем устройства системы внутренней рекуперации тепла с использованием перфорированных стенок, например, из плит ШВП, выполненных на основе высокотемпературного волокна. Результаты, полученные на опытных установках-стендах, показали, что применение такой конструкции проходной печи при нагреве стальных заготовок повышает КПД печи на 10—15%.

Весьма эффективным является использование в печах скоростного струйного нагрева сплошного керамического пода. Перспективным является создание многоручьевых печей с керамическим подом и комбинированным отоплением. На рис. показана схема двухручьевой печи-стенда, на котором проводились исследования нагрева заготовок на керамическом поду, выполненном из карборунда. Стенд оборудован высокоскоростными горелками, установленными в боковых стенках и своде печи. Такая конструкция позволила провести исследования по нагреву цилиндрических заготовок с боковым, сводовым и комбинированным отоплением.

Результаты исследований на стенде показали перспективность использования карборундового пода при создании многоручьевых печей. Кроме того, было установлено, что при комбинированном нагреве заготовки нагреваются до заданной температуры значительно быстрее, чем при боковом. В многоручьевых печах для повышения эффективности тепловой работы желательно устанавливать огнеупорные перегородки между ручьями. Это позволит создать идентичные условия нагрева в каждом ручье, исключить взаимное влияние заготовок на конечные результаты нагрева и упростить систему автоматического управления тепловой работой печи.

Одним из перспективных направлений развития скоростного струйного нагрева является применение импульсного способа отопления. Импульсный нагрев, кроме повышения теплоотдачи от струи к нагреваемой поверхности, позволяет избежать существенного изменения скорости истечения продуктов горения из горелок, неизбежного при традиционных способах регулирования температуры путем плавного воздействия на расход топлива.

Ранее было показано, что уменьшение скорости струи ощутимо снижает теплоотдачу конвекцией к нагреваемой заготовке и кладке печи. Кроме того, при значительном снижении производительности горелки (например, при простойном режиме) изменяется характер взаимодействия между струей и нагреваемой поверхностью, что влияет на качество нагрева металла. Так, при нагреве цилиндрической заготовки возникает опасность перегрева поверхности в окрестности лобовой точки.

Переход на импульсный способ нагрева, при котором регулируется число включений горелки, работающей с заданной постоянной производительностью, исключает указанный недостаток.

Кроме нагрева заготовок перед ковкой и штамповкой, струйный нагрев может быть применен и в других технологических процессах машиностроительной промышленности, например, при подогреве штангового металла перед резкой на заготовки. Применяемые в настоящее время способы подогрева штанг под резку зачастую малоэффективны, обладают низким КПД и не отвечают современным требованиям, предъявляемым к печным установкам, как по уровню оснащенности, так и по производительности.

Весьма перспективными могут быть газовые печи скоростного нагрева с интенсифицированным конвективным теплообменом. Так, если максимальная удельная производительность в существующих печах для нагрева штанг под резку достигает 500 кг/(м² • ч), то этот показатель по расчетным данным, при прочих равных условиях, для печей струйного нагрева составляет примерно 2 т/ (м² • ч).

Разрабатываются различные конструкции печей в зависимости от сортамента подогреваемого металла, наличия производственных площадей, требований технологии и т. д. Как правило, это проходные печи с роликовым подом. Так, например, ВНИИПромгазом совместно с Горьковским автомобильным заводом разработана и находится в стадии внедрения проходная роликовая печь для нагрева полосы перед рубкой. В своде печи установлено 14 скоростных горелок. Предусмотрено отопление печи природным газом.

Одной из интересных разновидностей печей струйного нагрева под резку являются печи с верхней загрузкой штанг. Внешний вид опытной печи показан на рис., а, схема — на рис.2, б. Штанги 3 загружаются в печь сверху и проходят через вертикальный канал, где подогреваются отходящими дымовыми газами. Далее заготовка перемещается в зону нагрева (штанга 4), в которой установлены скоростные горелки 1. Штанга 4 лежит на роликах, позволяющих осуществлять «покачивание» в процессе нагрева и выдачу из печи нагретой штанги. Опытнчя печь-стенд оборудована четырьмя скоростными горелками. Они расположены по длине секции на расстоянии 464 мм друг от друга под углом 30° к горизонтальной оси печи. Длина секции 1280 мм, толщина футеровки 232 мм.

Повышение теплового КПД печи достигается также применением внутренней рекуперации тепла, для чего в дымоотводящем канале боковые стены 2 выполнены из перфорированных плит ШВП. Дымовые газы просасываются через отверстия в стенах 2, поступают в дымоотводящие каналы и затем в боровую систему.

В настоящее время имеется небольшой опыт использования струйного нагрева в металлургии, хотя перспективы его применения очевидны. Имеются теоретические, экспериментальные и конструкторские разработки, проведенные, в частности, ВНИИМТом, Стальпроектом.

Основные научно-исследовательские работы проводятся с целью создания печей для высокотемпературного нагрева. Однако, как показывает зарубежный опыт, струйный нагрев уже сейчас может быть уснешно применен и в низкотемпературных установках, не требующих специальных топливосжигающих устройств, например, для подогрева холодного металла перед посадкой в печь. В таких установках используют подогретый рекуперативный воздух, отходящие продукты сгорания. Применение такого способа нагрева позволит значительно (до 15%) сэкономить топливо.

Широкое внедрение струйного иагрега в различных отраслях промышленности (машиностроительной, металлообрабатывающей, металлургической, огнеупорной, строительных материалов и др.) возможно только при условии комплексного подхода к решению задач, возникающих при создании новых технологических установок.

 

 

Сайт создан в 2012 г. © Все права на материалы сайта принадлежат его автору!
Копирование любых материалов сайта возможно только с разрешения автора и при указании ссылки на первоисточник.
Яндекс.Метрика