Конструкции отдельных частей печи

Общие положения

Методические нагревательные печи широ­ко применяют в прокатных и кузнечных цехах для на­грева квадратных, прямоугольных, а иногда и круглых заготовок. Широкое применение методических печей обусловлено тем, что печи обеспечивают достаточно высокую производительность при невысоком удельном расходе топлива. По методу транспортировки металла методические печи относятся к проходным печам. Соприкасающиеся друг с другом заготовки заполняют весь под печи и продвигаются через печь при помощи толкателя. При загрузке в печь новой заготовки одна нагретая заготовка выдается из печи.

Металл поступает в зону наиболее низких темпера­тур и, продвигаясь навстречу дымовым газам, темпера­тура которых монотонно повышается, постепенно (методически) нагревается.

Первая (по ходу металла) зона с изменяющейся по длине температурой называется методической зоной. В ней металл постепенно подогревается до поступления в зону высоких температур (сварочную зону). Постепен­ный нагрев металла в методической зоне обеспечивает безопасный режим нагрева, когда металл находится в упругом состоянии.

Находящиеся в состоянии теплообмена дымовые газы и металл движутся навстречу друг другу. Металл нагревается дымовыми газами, отходящими из зоны высоких температур. Общее падение температуры дымовых газов в методической зоне весьма значительно. Обычно в зоне высоких температур методических печей температура поддерживается на уровне 1300—1400 °С, в  конце же методической зоны она находится в пределах 750— 1000 °С.

Вторая (по ходу металла) зона называется зоной высоких температур или сварочной зоной Назначение этой зоны - быстрый нагрев поверхности заготовок до конечной температуры.  Температура  металла  в  методи­ческих  печах  обычно составляет 1150—1250 °С. Для ин­тенсивного нагрева поверхности металла до этих темпе­ратур в сварочной зоне необходимо обеспечивать тем­пературу на 50—100 К выше.

В сварочной зоне до высоких температур нагрева­ется только поверхность металла; температура середины металла отстает от температуры поверхности. Однако при нагреве тонких заготовок нет необходимости делать выдержку для выравнивания температур по сечению, так как имеет место небольшой перепад температур.

В методических печах возможен односторонний и двусторонний нагрев металла. Односторонний нагрев осуществляется в том случае, когда металл, продвигаясь по монолитному поду, нагревается только с одной сто­роны, сверху. Для ускорения нагрева металла в методи­ческих печах обычно предусматривают и нижний обо­грев заготовки. Для этого на всю длину сварочной и ме­тодической зон оборудуют специальную камеру со своим собственным отоплением.

При нижнем обогреве вдоль печи прокладывают специальные глиссажные (водоохлаждаемые) трубы (рис. 2), по которым перемещается металл. Глиссажные трубы выполняют только в методической и сварочной зонах (по две - три на каждый ряд заготовок). В местах соприкосновения заготовки с водоохлаждаемыми глиссажными трубами металл прогревается хуже, и на его поверхности образуются темные пятна.

Для ликвидации перепада температур по сечению и темных пятен в двухзонных печах с нижним обогревом некоторая часть сварочной зоны выполняется без ниж­него обогрева с монолитным огнеупорным подом.

Как монолитный под, так и под томильной зоны в трехзонных методических печах следует выполнять из такого огнеупорного материала, который не взаимодей­ствует с окалиной и хорошо выдерживает истирающее действие продвигающегося металла.

Высотой рабочего пространства считается рас­стояние от высшей точки свода до пода. В печах, обору­дованных глиссажными трубами, полная высота печи делится на две части: верхнюю (расстояние от нижней части заготовок до свода) и нижнюю (расстояние от низа заготовок до пода). Длина рабочего пространства выбирается по производительности печи, а ширина - по размерам нагреваемых изделий. Обычно считается нор­мальным соотношение размеров, когда отношение длины к ширине равно 5-6 (допускается 8-10).

Большое значение для работы методических печей имеет способ выдачи металла из печи. Различают торце­вую и боковую выдачу металла. При торцевой выдаче необходим один толкатель, который выполняет роль также и выталкивателя.

Для печей с боковой выдачей устанавливают не только толкатель, но и выталкиватель, поэтому такие печи при размещении требуют больших площадей.

При торцевой выдаче через окно выдачи, располо­женное ниже пода печи, происходит интенсивный под­сос холодного воздуха. Явление подсоса усиливается инжектирующим действием горелок, расположенных в торце печи.

Методические нагревательные печи по сравнению с камерными печами обеспечивают более высокий КПД и более высокий коэффициент использования топлива (КИТ) в рабочем пространстве, что объясняется наличием методической зоны.

Методические печи могут быть двухзонными, трехзонными и многозонными. Трех- и многозонные печи применяются в тех случаях, когда в нагреваемых заготовках могут возникнуть значительные перепады температур по толщине (более 200 К на один метр тол­ щины металла). Эти печи снабжены дополнительными (томильными) зонами, в которых и осуществляется вы­равнивание температур к моменту выдачи заготовок из печи.

Высота и профиль рабочего пространства должны определяться в соответствии с режимом нагрева и про­изводительностью печи.

 Так, например, если нагрев двухступенчатый, то и профиль печи должен быть двухзонный, если нагрев трехступенчатый, то и профиль должен быть трехзонный. Если печь служит для нагрева круглых заготовок, то печь должна иметь наклонный под.

Конструкции отдельных частей печи

Под печи.Толщину пода в сварочной части для уменьшения тепловых потерь через него следует выпол­нять в 2,5-3,0 кирпича. Кроме того, необходимо приме­нять изоляцию пода.

В методической части печи под выкладывается из шамота в 1,5-2 кирпича и прослойки из изоляционного кирпича. Толщина прослойки 65-130 мм.

При отсутствии регенераторов изоляционные кирпичи кладут на бетонную подушку толщиной 200-300 мм, которая в свою очередь опирается на бутовую кладку. Толщина бутовой кладки выбирается в зависимости от условий грунта.

Для нормальной работы необходимо, чтобы наи­высший уровень грунтовых вод проходил не ближе, чем на 250 мм от площади нижних дымовых каналов. Для борьбы с грунтовыми водами устраивают дренажные канавы или заключают все строение печи, находящееся ниже уровня грунтовых вод, в водонепроницаемый ме­таллический кессон. Иногда кессон выполняется из же­лезобетона.

В нагревательных печах для устройства пода при­меняют магнезитовый, хромитовый и тальковый кир­пич, а также сырой тальк и хромистый железняк. Самым дешевым является тальк, но в то же время из всех пере­численных выше материалов он наименее устойчив про­тив действия окалины, хотя по сравнению с кварцево-шамотным кирпичом он более устойчив.

Под в сварочном пространстве выполняется тол­щиной в 3 кирпича, т. е. 690 мм. Верхний слой (150-250 мм) выкладывается магнезитовыми или хромистыми материалами. Следующий слой - шамотный. Нижний изоляционный слой имеет толщину 100-150 мм.

Стены нагревательных печейделаются толщиной в 375-500 мм, что составляет

1,5-2 стандартных кирпича. Нормальный кирпич имеет размеры: 230×115×65 или

250 ×125×65 мм.

Более тонкие стенки в 1,5 кирпича (375 мм) дела­ются обычно в случае применения изоляции. Стены ме­тодических печей выкладываются из шамотного кир­пича. Динас применяется только для сварочного про­странства и стен топочного пространства методических печей.

Свод печей. В нагревательных печах печное пространство с шириной не более 4-5 м перекрывается чаще всего арочным сводом. Стрела прогиба свода делается в пределах ширины перекрываемого пролета. Такая стрела прогиба получается, если радиус кривизны будет равен ширине пролета. Арочные своды кладутся из клинового кирпича. Концы арочного свода упираются в опоры, называемые пятовыми кирпичами. Для большей прочности свода пятовые кирпичи укладываются глу­боко в стенку. Чем больше ширина пролета, тем толще должен быть свод. Так при малых пролетах арочный свод изготовляется из стандартного кирпича 230 и 300 мм; при пролетах более 3,5 м применяется кирпич дли­ной 345 мм или больше.

Кроме арочных сводов, существуют многочислен­ные конструкции так называемых подвесных сводов. Имеется две системы сводов - секционная и индивиду­альная.

В индивидуальнойсистеме каждый кирпич имеет свою подвеску, а в секционнойсистеме отдельные кир­пичи связаны в группы или ряды, которые подвеши­ваются в целом к арматуре. Наибольшее распростране­ние получили подвесные своды, представляющие собой двутавр, на который надвигаются кирпичи. Этот свод обеспечивает полную доступность для ремонта и воз­можность тщательного его монтажа. Расстояние между центрами подвесок - 300 мм, толщина свода - 300 мм. Толщина кирпича - 118 и 73 мм. Второй размер 73 мм служит для компенсации неточности в изготовлении кирпичей и позволяет проводить набор секций без под­гонки, варьируя различное количество тонких кирпичей. Кирпич для подвесных сводов должен изготовляться из кварцево-шамотной или шамотной массы наивысшего качества.

Боровапрокладываются в земле выше уровня грун­товых вод. При расположении боровов ниже грунтовых вод необходимо помещать их в кессоны. Влага не должна проникать в борова, так как это значительно ухудшит тягу дымовой трубы, а следовательно, и работу печи. Размеры боровов определяются по скорости дви­жения газов, которая не должна превышать при 0°С и 760 мм рт. ст. 1,5 -2,5 м/с.

Из практических соображений борова не должны быть менее 600×600 мм. Стенки и под боровов выполняются в 1,5-2,0 кирпича: внутренний кирпич - шамот­ный, а наружный (0,5 или целый) - красный. Свод боро­вов выкладывается из шамота, в один кирпич, или же делается еще одна арка из красного кирпича и засыпа­ется золой и землей. Борова обычно перекрываются по­луциркульным сводом. Стрела прогиба сводов в боро­вах составляет 0,08-0,12 ширины пролета. Под подиной боровов устанавливают бетонную подушку толщиной 100-200 мм.

Крепление печей.При кладке печей необходимо следить за тем, чтобы было предусмотрено достаточное количество температурных швов.

В сводах, например, температурные швы заполня­ются деревянными дощечками или картоном, которые выгорают по мере разогрева печи.

Назначение температурных швов - компенсация объемных изменений размеров кладки при нагреве по­следней. При определении величины температурного шва необходимо считаться с качеством кирпича, плот­ностью кладки и способом крепления.

В целях сохранения формы кладки устраивают еще металлическое крепление печей, состоящее из опорных балок и каркасов, сваренных или склепанных из угловой стали и швеллеров. При таком жестком креплении печей необходимо обратить внимание на то, чтобы темпера­турные швы были достаточных размеров. Если темпера­турные швы будут недостаточны, то может произойти разрыв жесткого крепления или выпучивание кладки.

Расчёт горения топлива

Пересчёт состава топлива

Для газового топлива пересчет объемного состава газа с сухого на влажный проводится по формуле:

где d_Г ­– влагосодержание газа, г/м³, которое для природного газа будет 10 г/м³, а – содержание компонента, %  (об.).