11. Нагревательные и обжиговые процессы и установки

Нагрев различных материалов широко распространен в промышленности и обычно предшествует их механической и термической обработкам.

Основными параметрами процесса являются температура и длительность нагрева. процессам нагрева обычно сопутствуют явления взаимодействия тел с теплоносителем и охлаждением реактора, а также внутренние явления, связанные с расширением тел, перекристаллизацией и ростом составляющих кристаллов.

Различают окислительный, нейтральный и восстановительный нагревы тел. При окислительном нагреве газовая или жидкая среда содержит свободный или связанный кислород, что приводит к образованию на поверхности слоя окалины – смеси оксидов металла и его примесей различной степени окисления (окалина – явление нежелательное). В процессах перекристаллизации, деформации, расширение, сужение необходимо учитывать внутренне напряжение для избежания повреждений.

σ = βЕ(Ť – Т)/(1 – υ), закон Гука

β – коэффициент линейного расширения, σ – внутреннее напряжение, Е – модуль упругости, υ – отношение Пуассона, Т и Ť – фактическая и средняя температуры нагреваемого изделия.

В промышленности применяют различные тепловые и температурные режимы, соответствующие определенным видам технологии нагрева.

Стационарный – нагрев, осуществляемый при постоянных во времени лучистой температуре реактора T_i, расходе топлива В, давлении Р.

Ti, Bi, Pi = cons`t, i – номер технологических зон.

Нестационарный – нагрев, осуществляемый при изменяющихся одном или нескольких параметрах:

Ti = cons`t, Bi = φ(τ), Pi = ψ(τ)

Bi = cons`t, Ti = f(τ), Pi = ψ(τ)

Ti = f(τ), Bi = φ(τ), Pi = ψ(τ).

В зависимости от целей управления и критериев оценки качества технологии нагрева используют энергоэкономические , форсированные, оптимальные режимы.

При энергоэкономическом режиме работы установки производительность достигается при минимальном удельном расходе топлива и обеспечении требуемого качества нагрева.

Форсированный режим позволяет получить максимальную производительность установки или минимальную продолжительность нагрева при располагаемых расходах топлива и энергоносителей.

Оптимальный – режим работы установки с производительностью, качеством нагрева, расходом энергоресурсов и огнеупорных материалов, обеспечивающий минимальные затраты на единицу готовой продукции, руб/т.

топливо t 		
Энергоэкономический режим	Форсированный режим	Оптимальный режим
			Рис. 3.4 Структурная схема нагревательной установки

Конструкция нагревательной установки в целом определяется видом, размерами и свойствами нагреваемого материала. Даже для заготовок одного размера, но с разными теплофизическими свойствами конструкция нагревательной установки может существенно измениться.

1. реактор

2. горелки

3. воздухонагреватель

4. газонагреватель

5. нагреваемое изделие

6. устройство для перемещения изделия

7. котел – утилизатор

8. газоочистка

9. дымосос с трубой

10. водяной насос

11. система очистки воды

12. воздушный вентилятор

13. газовый нагнетатель

14. система управления