Естественные и искусственные теплоизоляционные материалы.

Главной рабочей характеристикой теплоизоляционных материалов (ТИМ) служит предельная температура их применения. По этому параметру теплоизоляционные материалы подразделяются на три группы:

- низкотемпературные ТИМ (до 1200 К);

- среднетемпературные ТИМ (до 1500 К);

- высокотемпературные ТИМ (свыше 1500 К).

 Теплоизоляционные материалы характеризуются теми же физическими свойствами, что и огнеупоры: пористостью, теплопроводностью, теплоемкостью, газопроницаемостью и др. При этом решающее влияние на теплоизоляционные свойства имеет пористость. По жесткости, которая определяется значением относительного сжатия при заданных нагрузках ТИМ делятся на следующие виды: мягкие, полужесткие, жесткие, повышенной жесткости и твердые.

По происхождению теплоизоляционные материалы можно подразделить на искусственные и естественные. К естественным материалам относятся диатомит, трепел (инфузорная земля), перлит и вермикулит. К искусственным материалам относятся силикат кальция и легковесные огнеупорные материалы, получаемые из огнеупорного сырья по технологиям, обеспечивающим повышенную пористость изделий.

Диатомит и трепел представляют собой пористые осадочные породы из остатков водорослей и морских простейших организмов. После обжига (при 900 -1000 К) они теряют внутрикристаллическую влагу и состоят на 90% из SiO2. Их микропористая структура способствует малой теплопроводности. Указанные материалы используются для засыпок или для изготовления кирпичей на глинистой связке.

Перлит – высококремнеземистый минерал вулканического происхождения. При нагревании в результате интенсивного выделения химически связанной воды при температурах 800-900 оС перлит вспучивается с многократным (до 20%) увеличением объема и образует легкий пористый материал.

Вермикулит представляет собой гидроалюмосиликат магния и калия – особую разновидность слюды, обладающей способностью вспучиваться и увеличивать свой объем в 15 – 20 раз при нагревании до 800 – 900 оС.

Все изделия, производимые из вышеуказанных материалов (кирпичи, блоки, плиты и т.д.), относятся к искусственным.

Искусственными теплоизоляционными материалами являются и легковесные изделия из традиционных огнеупорных материалов: шамота, высокоглиноземистых материалов, карборунда, динаса. Предпочтительными являются изделия с мелкими изолированными порами. Искусственные ТИМ получают тремя способами: выгорающих добавок, пенообразования и химическим способом.

31. Общая классификация печей. Классификация печей по технологическим и конструктивным признакам. Классификация печей по принципу теплогенерации. Классификация режимов работы печей.

Промышленные печи можно классифицировать по различным признакам:

 1 – по технологическому назначению (плавильные и нагревательные)

а) Плавильные 

· используют для получения метал. и сплавов из руд и концентратов;

· для переплавки металлов и сплавов;

· удаление примесей из метал. материалов, при этом происходит изменение органического состояния жидких сплавов

б) Нагревательные

· для нагрева металла перед обработкой давлением(придают металлу или сплаву пластических свойств)

· Термические (предназначены для придания сплаву необходимой металлической структуры или изменение состава поверхностного слоя металла, насыщение углеродом, азотом и т.д.)

· Обжиговые, служащие для обжига руд, доломита, известняка.

· Сушила, служащие для удаления влаги из материала или высушивания окрашенных изделий.

2 – по способу генерации тепла (топливные и электрические)

а) топливные, где теплота выделяется за счёт горения топлива

· Газовые (природные, коксовые, доменный)

· Мазутные

· Газомазутные

По использованию продуктов сгорания

· Рекуперативные

· Регенеративные

По условиям теплообмена

· Печи с теплопередачей преимущественно

· Конвекция

· Излучение

С точки зрения теплотехники печи разделяются на три класса

- печи-теплогенераторы, в которых теплота генерируется в самом материале (конвектор)

- печи-теплообменники, в которых теплота выделяется вне обрабатываемом материале и передаётся за счёт процессов теплообмена (сушило)

- печи смешенного типа – два источника теплоты (электродуговая печь, в которой теплота передаётся материалу за счёт излучения электрической дуги и генерируется в самом материале за счёт окисления примесей)

Основные характеристики тепловой работы печей. Температурный режим. Тепловой режим. Производительность печей.

Основные характеристики работы печи

· КПД

· Коэф. использования теплоты топлива

· Удельный расход условного топлива

Ƞ=(Q_{усв.топ.}/Q_хим)*100=((Q_пол-(Q_экз-Q_ок))/Q_хим)*100, 

где Q_{усв.топ} – теплота усвоенная металлом от сжигания топлива,

Q_хим – теплота от сжигания топлива,

Q_пол – теплота затраченная на нагрев металла

Q_экз – теплота экзотермических реакций

Q_ок – теплота потери с окалиной

Ƞ_и.т.т.= ((Q_хим + Q_физ.в – Q_ух – Q_недож)/ Q_хим)*100,  

где Ƞ_и.т.т – коэф. показывающий какая доля теплоты остаётся в рабочем пространстве

Q_физ.в – теплота, поступающая с подогретым воздухом

Q_ух – теплота, уносимая с продуктами сгорания

Q_недож – потеря теплоты

b= (B * Q_н^р)/(29,3* G) – (кг_ус.т./Т_ме)

где b – удельный расход условного топлива

Q_н^р – низшая рабочая теплота сгорания

G – производительность печи (Т/2)

29,3МДж/кг – теплота сгорания 1 кг условного топлива

В – расход топлива (м³/ч, кг/ч)

Температурный режим

Температура печи – важный теплотехнический показатель работы печей. Это термин условный. Температура печи – это среднее значен между температурой пламени (нагревательных элементов), температурой кладки и металла.

Температура печи зависит от ряда факторов, важнейшие из которых – температура горения топлива и характер потребления тепла, включая тепловые потери. Для ориентировочного определения температуры печи пользуются приближенным соотношением:

tп t Г ,

где tп – действительная температура печи;

tГ – калориметрическая температура горения топлива;

η – пирометрический коэффициент, зависящий от конструкции печи, изменяется в пределах 0.65 – 0.80.

Разница температур печи и поверхности нагреваемого металла составляет для прокатных и кузнечных печей ∆t = 150–300оС, для термических – ∆t = 50–70оС.

Изменение температуры печи во времени называют температурным режимом печи – tп

Печи, температура которых не изменяется с течением времени, называют печами постоянного действия, например методические. Печи, температура которых с течением времени изменяется, называют печами периодического действия, например печи с выдвижным подом.

Печи, температура которых примерно одинакова по всему объему, называют камерными. Печи с изменяющейся температурой по длине называются методическими.

Тепловой режим

Количество тепла, которое подают в печь в каждый заданный момент времени, называют тепловой нагрузкой печи. Наибольшее количество тепла, которое печь может нормально (без недожога топлива в рабочем пространстве) усвоить, называют тепловой мощностью.

Тепловой режим – это изменение тепловой нагрузки во времени.

Производительность печей

Важнейший показатель работы печей, который зависит от ряда факторов: температуры в рабочем пространстве печи, температуры отходящих дымовых газов, интенсивности и характера теплопередачи от печи к нагреваемому металлу и т.д. Все это свидетельствует о том, что производительность зависит от многих технологических, теплотехнических и конструктивных факторов.

Различают общую и удельную производительность.Общая производительность (Р) характеризует размеры, масштабы агрегата и измеряется в кг/ч (Т/ч) или Т/сутки. Удельная производительность характеризует интенсивность работы печи – кг/м2 ч (Т/ м2ч).