2 Основные режимы теплообмена при тепловой работе печей

В зависимости от способа теплогенерации и условий теплообмена различают несколько режимов теплообена при тепловой работе печей: конвективный, радиационный, слоевой и внутренний. Очень часто именно режим теплообмена определяет конструктивно- технологическое оформ­ление пространства печи.

Конвективный режим теплообмена

Конвективный режим характеризуется преимущественным конвек­тивным теплообменом и обязательным движением теплоносителя (печной атмосферы) в ее рабочем пространстве. Передача теплоты излучением при данном режиме выражена слабо и может быть учтена с помощью попра­вочного коэффициента к конвективному коэффициенту теплоотдачи.

Конвективный режим свойственен только низкотемпературным пе­чам, в которых температура теплоносителя не превосходит 873К (600⁰).

В печах с конвективным режимом работы стремиться достичь раз­витого движения печных газов в рабочем пространстве, их циркуляцию и часто, рециркуляцию. Этим обеспечивается:

• увеличение теплового потока к поверхности материала и равно­мерное его распределение по ней;

• более равномерный нагрев материала;

• повышение теплового к.п.д. печи.

На рис. 1.6. показана схема печи для сушки литейных форм, рабо­тающей по конвективному режиму теплообмена с циркуляцией и рецир­куляцией печных газов.

Конвективный тепловой режим работы применяется в печах, где теплоносителем служит жидкая среда (например, солевые ванны). Только в этом случае необходимо обеспечивать преобладание конвективного теп­лообмена над теплообменом посредством теплопроводности. Это достига­ется интенсивным движением теплоносителя в печи.

Радиационный режим

Радиационный режим тепловой работы печи характеризуется пре­имущественным радиационным теплообменом. Данный режим реализует­ся в печах при температуре выше 873К (600⁰). Источником теплового из­лучения могут быть: горящий факел и раскаленные продукты сгорания то­плива; электрическая дуга или низкотемпературная плазма; раскаленный электрический нагревательный элемент (сопротивление); раскаленная фу­теровка печи; раскаленные радиационные нагревательные трубы и т.д..

Радиационный режим тепловой работы печи, в зависимости от ос­новной направленности теплового потока в рабочем пространстве от ис­точника теплового излучения, подразделяется на три разновидности (см. рис.1.7):

• с равномерно распределенным радиационным теплообменом

• с направленным прямым радиационным теплообменом

• с направленным косвенным радиационным теплообменом

⁽

.

Слоевой режим

Данный режим тепловой работы применяют для тепловой обработ­ки кускового или сыпучего материала. Слоевой режим характеризуется обязательным равномерным расположением нагреваемого материала и те­плоносителя по всему рабочему пространству печи. При данном режиме все три вида теплообмена (излучение, конвекция и теплопроводность) тес­но связаны между собой и разделить их практически невозможно. При слоевом режиме либо теплоноситель проходит (фильтруется) через слой материала, либо материал (сыпучий) равномерно распределяется в тепло­носителе. Исходя из данного положения различают три разновидности слоевого режима тепловой работы:

• с фильтрацией теплоносителя через плотный пористый слой, как правило, кускового материала;

• с фильтрацией теплоносителя через разуплотненный пористый слой сыпучего (зернистого) материала;

• с взвешиванием зернистого материала в потоке теплоносителя.

• Внутренний режим

Внутренний режим тепловой работы характеризуется генерацией теплоты непосредственно в обрабатываемом материале. Например, за счет подведенной к нему электрической энергии. При этом режиме тепловой работы отсутствует теплоноситель как передаточное звено в теплообмене.

Внешний теплообмен, в данном случае, связан не с нагревом мате­риала, а, наоборот, с потерями теплоты. Такой режим тепловой работы ха­рактерен для индукционных плавильных печей и конверторов. В индукци­онных печах за счет электротехнических свойств обрабатываемого мате­риала, при наведении в нем электродвижущей силы (э.д.с.), производится генерация теплоты внутри материала (см. рис. 1.10а). В конверторах генерация теплоты внутри обрабатываемого материала производится за счет химической энергии его элементов (см. рис. 1.10б). Частично этот режим

тепловой работы присутствует в плавильных дуговых и мартеновских печах (где присутствует металлургический этап выжигания элементов сплава).