Теплообмен в пламенных печах

Теплообмен между печной средой и поверхностью нагреваемого металла называют внешним теплообменом. Во внешний теплообмен входит теплообмен излучением и конвекцией. В высокотем­пературных печах основным является теплообмен излучением. В низкотемпературных печах теплообмен происходит главным образом конвекцией.

Теплообмен конвекцией зависит от температуры приближен­но в первой степени и от скорости движения газов. Поэтому, стремясь усилить конвекцию, обычно интенсифицируют движение газов.

Излучение газов, металла и кладки зависит от температуры в четвертой степени и изменяется во времени. Передача тепла излучением к поверхности нагреваемого в печи материала зависит от многих факто­ров. При расчете учет всех факторов затруднен, и он обычно ведется по модели излучения серого тела с рядом допущений:

1. температура и лучистые характеристики газов постоянны по всему объему рабочего пространства;

2. температура различных точек поверхности металла постоянна;

3. тепловой поток, передаваемый от газов к кладке конвек­цией равен тепловому потоку, теряемому кладкой в окружающую среду (это условие позволяет считать кладку адиабатной относи­тельно падающего на нее лучистого потока).

С учетом указанных допущений, количество тепла, передаваемое излучением от раскаленных газов и кладки металлу, выражается формулой В. Н. Тимофеева:

Вт,

где – приведенный коэффициент излучения газов и кладки на металл, ; – площадь поверхности металла, воспринимающее тепловое излучение, ; и – температура печных газов и поверхности металла, К.

Если считать, что потери через кладку печи равны количеству тепла, получаемому от газов путем конвекции:

,

где – коэффициент излучения абсолютно черного тела, ; , – степень черноты металла и газа; – величина, характеризующая степень развития кладки.

Значение степени развития кладки приближенно определяется как отношение суммарной внутренней поверхности всех стенок и свода печи к воспринимающей тепловое излуче­ние поверхности металла.

При расчете нагрева металла в печах следует определить суммар­ный коэффициент теплоотдачи к поверхности металла:

,

где – коэффициент теплоотдачи излучением, ; – коэффициент теплоотдачи конвекцией, .

Коэффициент теплоотдачи конвекцией имеет существен­ное значение при сравнительно низких температурах. Коэффициент теплоотдачи излучением необходимо учитывать для средне- и высокотемпературных печей:

.

4. Огнеупорные материалы и металлы для строительства печей

Для сооружения промышленных печей помимо строительных материалов (строительный кирпич, бетоны, бутовый камень и др.) используют различные огнеупорные материалы (огнеупорный кирпич и фасонные изделия, теплоизоляционные материалы, растворы, обмазки и др.), а также металл.

4.1. Огнеупорные материалы

Огнеупоры – это материалы способные противостоять физическому и хи­мическому воздействию газов, шлака и металла в печах при температуре выше 1580 °С.

Огнеупорные материалы подразделяют следующим образом.

1. По огнеупорности на:

а) огнеупорные (с огнеупорностью 1580–1770 °С);

б) высокоогнеупорные (с огнеупорностью 1770–2000 °С);

в) высшей огнеупорности (с огнеупорностью более 2000 °С).

2. По химико-минералогическому составу на:

а) кремнеземистые – с огнеупорной основой SiO (динасовые, кварцевые)

б) алюмосиликатные – с огнеупорной основой Al O и SiO (шамотные, полукислые и высокоглиноземистые);

в) магнезиальные – с огнеупорной основой MgO (магне­зитовые, доломитовые, форстеритовые, тальковые и шпинельные);

г) хромистые – с огнеупорной основой Cr O и MgO (хромитовые, хромомагнезитовые и магнезито-хромитовые);

д) углеродистые – с огнеупорной основой С (углеродистые и графитовые);

е) цирконистые – с огнеупорной основой ZrO , (цирконовые, циркониевые);

ж) карбидные – с огнеупорной основой МеС;

з) окисные – с огнеупорной основой состоящей в основном из чистых окислов MgO, Al O , BeO и др.

3. По типу окисла, служащего огнеупорной основой, на:

а) кислые (SiO);

б) нейтральные (Al O );

в) основные (MgO, СаО).

4. По способу изготовления огнеупоры делят на естественные в искусственные. Искусственные делят на:

а) прессованные;

б) плавленые;

в) трамбованные.

В зависимости от термообработки на обожженные и необожженные.

5. По сложности формы огнеупоры разделяют на про­стые и фасонные. Фасонные по форме также подразделяют на ряд типов.

6. На основании ГОСТа огнеупоры одного и того же вида разделяют по внешним признакам на сорта, а по огнеупорности на классы.

7. По использованию в кладке печи огнеупоры разделяют на доменные, насадочные (для регенеративных и рекуперативных насадок), ковшовые и др.

Выбор того или иного вида огнеупорного материала основывается на его физических и рабочих свойствах.