4.4. Металлы, применяемые в печестроении

В конструкциях современных печей широко используют жаростойкие и жаропрочные стали и сплавы.

Жаростой­кие стали – это стали стойкие против хими­ческого разрушения их поверхности в газовых средах при темпера­туре выше 550 °С, при их работе в ненагруженном или слабона­груженном состоянии.

Жаропрочные стали – это стали работающие в нагру­женном состоянии при высоких температурах в течение опреде­ленного времени и при этом обладающие достаточной жаростойкостью.

Жаростойкие и жаропрочные стали являются легированными сталями.

Все легирующие элементы можно разделить на две группы:

1) элементы, окисляющиеся быстрее железа, такие как хром, кремний, алюминий, марганец, титан, ниобий, цирконий, бор;

2) элементы, окисляющиеся медленнее железа: никель, медь и кобальт.

Элементы первой группы значительно повышают жаростойкость стали, особенно при одновременном легировании несколькими элементами этой группы. Окисляясь эти элементы образуют устойчивую пленку на поверхности стали, которая защищает ее от дальнейшего окисления.

Жаропрочными, главным образом, являются стали с большим содержанием хрома и никеля и дополнительно легированные вольфрамом, молибденом, ванадием, титаном, ниобием, кобальтом и другими элементами.

Сталь не всегда может удовлетворить необходимым требованиям. В этом случае используют сплавы на основе никеля, кобальта, хрома, титана, а также более тугоплавких металлов – в первую очередь молибдена.

Жаростойкие чугуны также применяют в печестроении. Особенно широко используют силал – кремнистый чугун, содержащий 5–6 % кремния. Из силала изготовляют трубы игольчатых реку­ператоров. Силал имеет следующие преимущества: высокая жаростой­кость, ростоустойчивость, хорошая жидкотекучееть при литье и простота выплавки в электрических, пламенных печах и вагранках.

5. Устройства для сжигания топлива

Для превращения химической энергии топлива в тепловую энергию, необходимую для осуществления технологи­ческих операций в рабочем пространстве печи, применяют различные устройства для сжигания топлива. При этом метод сжигания топлива зависит от вида топлива и назначения печи.

Устройство для сжигания топлива применительно к конкретной конструкции печи, должно обеспечивать:

1. печи необходимую действитель­ную температуру в рабочем пространстве;

2. требуемый характер изменения температуры по длине и ширине печи;

3. подвод топлива, соответствующий выбранному распределению температуры;

4. оптимальный для данной печи характер движения газов и теплообмена.

Помимо перечисленных задач, при выборе устройств для сжи­гания топлива необходимо учитывать возможность использования подогретых газа и возду­ха, возмож­ность применения автоматического регулирования, надежность эксплуатации и удобство обслуживания, и факторы, связанные с конструкцией печи.

Ниже рассмотрены основные типы устройств для сжигания топлива. Технические характеристики современных горелок и форсунок приведены в работе [6].

5.1. Устройства для сжигания газа

Устройства для сжигания газообразного топлива называют горелками. Главное назначение горелок – выполнить сжигание газа таким образом, чтобы получить заданный, эконо­мически целесообразный режим работы печи. Таким образом, к горелкам предъявляют следующие требования:

1. подвод и смешение между собой необходимых количеств топлива и воздуха;

2. обеспечение полноты сжигания топлива в пределах рабочего пространства печи;

3. сжигание топлива с образованием пламени, которое обеспечивает требуемый по технологическим условиям уровень теплопередачи в рабочем пространстве печи.

Весь цикл, составляющий процесс сжи­гания топлива (смешение – горение – теплопередача), должен выполняться с наивысшей эффективностью, с наивысшим ко­эффициентом полезного действия.

Главным классификационным признаком горелок является способ смешения газа с воздухом. В соответствии с этим признаком горелки делят на три большие группы:

1) с полным предварительным смешением газа и воздуха;

2) с частичным предварительным смешением газа и воздуха;

3) с внешним смешением.

В печах с применением горелок первой группы в зону горения подают заранее подготовленную горю­чую топливовоздушную смесь. В этом случае процесс горения имеет кинетический характер. Вследствие чего такие горелки часто называют беспламенными, так как заранее под­готовленная смесь, при горении почти не дает видимого пламени. Беспламенные горелки дают факел с малой излучательной способностью, излучение такого факела быстро падает по мере удаления от горелки.

В горелках второй группы к топ­ливу предварительно подмешивается только часть воздуха, необходимого для горения.

В горелках третей группы образование смеси проис­ходит в одном объеме с горением. В этом случае горение имеет диффузионный характер. В данном случае при сжигании топлива образуется хорошо видимое пламя. Вследствие чего эти го­релки часто называют пламенными.

Другим классификационным признаком служит режим работы печи, для которого предназначена горелка.

При равномерно-распределенном и прямом радиационных режимах существенная часть теплового потока на поверхность металл идет непосредственно от пламени. Следовательно, горелка должна создавать факел, излучающий тепловую энергию в необходимом количестве. Такой факел характеризуется достаточной излучательной способностью и толщиной, а также высокой температурой.

При косвенном радиационном режиме толщина пламени и его степень черноты не являются главенствующими факторами. Горелка должна обеспечивать такое сжи­гание топлива, при котором область максимальных температур располагается в непосредственной близости от поверхности керамического материала.