Тепловое ограждение нагревательных и термических печей: Учебное пособие

Попов А.Г.

Ульяновск, 2006 г.

1. Конструкция и основные материалы теплового ограждения печей

1.1. Состав и основные функции теплового ограждения печи

В кузнечном производстве применяются различные по конструкции, способу нагрева и размерам нагревательные и термические печи. При работе этих печей решаются две основные задачи: обеспечение заданного теплового режима обработки металлических изделий (заготовок или поковок) и минимальное потребление энергоресурсов для этих целей.

 

Тепловое ограждение является одной из основных частей печи и создает не только тепловую изоляцию рабочей камеры, но и несет нагрузки по размещению садки и устройств подвода тепловой энергии, а также герметизирует рабочую камеру печи.

 

Температура печи является важным теплотехническим показателем ее работы. Под температурой печи понимается условная и усредненная величина, зависящая от характера взаимного теплообмена между нагревательными устройствами, внутренней поверхностью футеровки и поверхностью нагреваемых изделий. Изменение температуры печи во времени и рабочей камере называется температурным режимом печи. Для нагревательных и термических печей непрерывного действия температурный режим не изменяется во времени и является только функцией координаты по длине печи. Нагревательные печи периодического действия работают с переменной во времени температурой. При этом печи, в которых температура во всей рабочей камере примерно равна, называются камерными. Печи с изменяющейся но длине рабочей камеры температурой относятся к методическим или полуметодическим печам.

 

Соответственно режим работы таких печей называется камерным или методическим.

На рис. 1 представлена схема камерной нагревательной печи, которая состоит из следующих основных частей: рабочая камера 1, которая ограничена огнеупорной футеровкой 2. Теплоизоляция 3 образует наружный слой теплового ограждения и располагается за огнеупорной футеровкой 2. Каркас и кожух 4 являются опорой футеровки 2 и теплоизоляции 3. Загрузочное окно 5 используется для размещения и выгрузки нагреваемых изделий в рабочей камере 1 печи и содержит внутренний огнеупорный футеровочный слой и слой теплоизоляции. Нагреватели 6 (газовые горелки для пламенных печей или электронагреватели для электрических печей сопротивления) устанавливаются в футеровке 2 печи. В свою очередь огнеупорная футеровка 2 печи состоит из пода 7, стенок 8 и свода 9.

В процессе эксплуатации тепловому ограждению нагревательных и термических печей уделяется большое внимание не только из-за экономии энергоресурсов и обеспечения заданного уровня температур в рабочей камере, но и для создания необходимых санитарно-гигиеничных условий для обслуживающего персонала.

 

В нагревательных камерных кузнечных печах, работающих с периодическим отключением, огнеупорная футеровка быстрее разрушается, чем в нагревательных и термических печах с методическими режимами работы, что приводит к необходимости ее замены через 6-8 месяцев. Особенно частой замене подлежат футеровки заслонок загрузочных окон (см. рис. 1), т. к. в дополнении к частому изменению температур возникают ударные механические нагрузки при размещении и выгрузки садки нагревательной печи.

 

1.2. Огнеупорные материалы и конструкция футеровки печи

Футеровкой называют внутренний слой теплового ограждения печей. Она в значительной степени определяет стоимость, долговечность и энергопотребление печного агрегата. Например, одно из главных требований, предъявляемых к футеровке печи, - это стойкость к воздействию переменных во времени высоких температур, к агрессивному действию пыли, шлаков, газов и продуктов сгорания, имеющихся в рабочей камере печи.

Внутренний слой футеровки (рабочий огнеупор), образующий рабочую камеру в печи (см. рис. 1), подбирают по устойчивости к главному разрушающему фактору в данных конкретных условиях работы печи.

При воздействии расплавленного технологического материала (наиболее частая причина разрушения футеровки) подбор материала рабочего огнеупора производится по шлакоустойчивости.

В нагревательных печах при резкопеременном температурном режиме и отсутствии минерального расплава подбор материала огнеупора производится по термостойкости. Повышенной термостойкостью обладают огнеупоры с однородной крупнокристаллической макроструктурой на кристаллической связке (минимум стекловидной фазы) и при оптимальной общей пористост (10-18 %). При наличии значительных температурных напряжений противопоказано использование крупноблочных или фасонных изделий. Высокой термостойкостью обладают футеровки из набивных масс и гарнисажные (с принудительным охлаждением). С появлением жидкой фазы в огнеупоре и достижением пластического состояния термостойкость футеровки печи возрастает.

При сочетании переменного теплового режима с воздействием расплавленного минерального материала выбор рабочего огнеупора производится с одновременным учетом шлакоустойчивости и термостойкости. Здесь целесообразно применение набивных масс на основе шлакоуетойчивого огнеупорного порошка. Эффективно использование защитного слоя, наносимого на поверхность рабочего огнеупора.

В термических печах при стабильном тепловом режиме и отсутствии расплава на футеровку воздействуют только механические нагрузки при высоких температурах. При эрозионном и других механических воздействиях требуется огнеупор с повышенной механической прочностью -электроплавленный или плотный спеченный.