Министерство образования и науки Республики Казахстан Карагандинский государственный технический университет         Утверждаю Первый проректор ____________А. Исагулов «____» _________ 2013 г.               УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ДИСЦИПЛИНЫ ПРЕПОДАВАТЕЛЯ         по дисциплине РLC 3218 «Печи литейных цехов» Модуль  ТLР 23 «Технология литейного производства» для студентов специальности  5В070900 «Металлургия»                      Институт Машиностроения   Кафедра  ММ и Н     2013 Предисловие Учебно-методический комплекс дисциплины преподавателя разработан: ст. преподавателем Шарым В.И.       Обсужден на заседании кафедры «ММ и Н»   Протокол № _______ от «____»______________20___ г. Зав. кафедрой ____________В.Ю. Куликов         «____»_________20___ г.       Одобрен методическим бюро машиностроительного факультета   Протокол № ________ от «_____»_____________20___ г. Председатель ____________К.Т. Шеров «____»_________ 20___ г.

1 Рабочая учебная программа

 

1.1  Сведения о преподавателе и контактная информация
Шарый Владимир Ильич – старший преподаватель

Кафедра  ММ и Н находится в главном корпусе КарГТУ

(Б.Мира, 56), аудитория 313, контактный телефон 8-(7212)56-59-35
доп. 1024, факс 8-(7212) 56-03-28, электронный адрес mlpikm@mail.ru.

 

 

1.2 Трудоемкость дисциплины

Семестр	Количество кредитов	Вид занятий					Количество часов СРС	Общее количество часов	Форма контроля
		количество контактных часов			количество часов СРСП	всего часов
		лекции	практические занятия	лабораторные занятия
	ECTS
6	3	30	—	15	45	90	45	135	Экзамен
	5

 

 

1.3 Характеристика дисциплины

Дисциплина «Печи литейных цехов» является компонентом по выбору цикла «Профильные дисциплины».

 

1.4 Цель дисциплины

Целью  данной дисциплины является изучение основных типов печей, применяемых в литейных цехах.

 

1.5 Задачи дисциплины

Задачи дисциплины следующие:

дать будущим специалистам знания о процессах, происходящих при сжигании топлива, видах теплопередачи, о конструкции и тепловой работе печей.

В результате изучения данной дисциплины студенты должны

иметь представление: о плавильных, термических и нагревательных печах литейных цехов.

знать:  основные огнеупорные материалы и виды топлива.

уметь: делать проектные расчеты плавильных печей и нагревательных устройств.

приобрести практические навыки: выбора вспомогательных устройств, подбора огнеупорных материалов для футеровок; выбора плавильного

агрегата и технологии плавки в зависимости от требований к сплаву для отливок; расчета и подбора шихты для конкретных сплавов и плавильных агрегатов.

 

1.6 Пререквизиты

Для изучения данной дисциплины необходимо усвоение следующих дисциплин (с указанием разделов (тем)):

 

 

1.7 Постреквизиты

Знания, полученные при изучении дисциплины «Печи литейных цехов», используются при освоении следующих дисциплин:  «Оборудование литейных цехов», «САПР литейных машин и технологий», выполнении выпускной работы.

 

1.8 Содержание дисциплины

 

1.8.1 Содержание дисциплины по видам занятий и их трудоемкость

 

 

 

1.8 Список основной литературы

 

1. Долотов Г.П., Кондаков Е.А. Печи и сушила литейного производства.- М.: Машиностроение, 1984

2. Ененко Г.М. Промышленные печи.- М.: Металлургия, 1984

3. Майстрюков Б.С. Теория, конструкция и расчет металлургических печей М.: Металлургия, 1978

4. Егоров А.В. Электроплавильные печи черной металлургии.- М.: Интермет Инжиниринг, 2000

5. Благонравов Б.П. Атлас. Печи в литейном производстве.- М.: Машиностроение, 1989.

 

 

1.9 Список дополнительной литературы

6. Исагулов А.З., Шарый В.И. Методические указания к выполнению  курсового проекта по курсу «Печи литейных цехов».- Караганда, КарГТУ, 2004

7. Долотов Г.П., Кондаков Е.А. Конструкция и расчет заводских печей и сушил.- М.: Машиностроение, 1973

8. Егоров А.В. Электроплавильные печи черной металлургии.- М.: Металлургия, 1985

 

1.10 Критерии оценки знаний студентов

Экзаменационная оценка по дисциплине определяется как сумма максимальных показателей успеваемости по рубежным контролям (до 60%) и итоговой аттестации (экзамену) (до 40%) и составляет значение до 100% в соответствии с таблицей.

 

Рубежный контроль проводится на 7-й и 14-й неделях обучения и складывается исходя из следующих видов контроля:

 

 

1.11 Политика и процедуры

При изучении дисциплины «Печи литейных цехов» прошу соблюдать следующие правила:

1. Не опаздывать на занятия.

2. Не пропускать занятия без уважительной причины, в случае болезни прошу предоставить справку, в других случаях – объяснительную записку.

3. Отключать сотовые телефоны во время занятий, соблюдать тишину и порядок.

4. После каждой лекции составлять к ней контрольные вопросы.

5. В установленный срок выполнять домашние задания.

6. Активно участвовать в учебном процессе.

7. Приходить подготовленным к лабораторным работам.

8. После выполнения лабораторной работы отчитаться по ней на следующем занятии.

9. Быть терпимыми, открытыми, откровенными и доброжелательными к сокурсникам и преподавателям.

 

1.12 Учебно-методическая обеспеченность дисциплины

Ф.И.О автора	Наименование учебно-методической литературы	Издательство, год издания	Количество экземпляров
			в библиотеке	на кафедре

 

1	2		3	4		5
Основная литература
1. Долотов Г.П., Кондаков Е.А.		Печи и сушила литейного производства	М.: Машиностроение,1984	10		1
2. Ененко Г.М.		Промышленные печи	М.: Металлургия,1984	7		—
3. Майстрюков Б.С.		Теория, конструкция и расчет металлургических печей	М.: Металлургия, 1978	3		—
4. Егоров А.В.		Расчет мощности и параметров электроплавильных печей	М.: Интермет Инжиниринг, 2000	2		—
5 БлагонраовБ.П.		Атлас. Печи в литейном производстве	М. Машиностроение, 1989	15		2
Дополнительная литература
6. Исагулов А.З., Шарый В.И.	Методические указания к выполнению  курсового проекта по курсу «Печи литейных цехов»		Караганда, КарГТУ, 2004	10	30
7. Долотов Г.П.. Кондаков Е.А.	Конструкция и расчет заводских печей и сушил		М.: Машиностроение, 1973	10	—
8. Егоров А.В.	Электроплавильные печи черной металлургии		М.: Металлургия, 1985	15	—

 

2          График выполнения и сдачи заданий по дисциплине

 

Вид контроля

Цель и содержание задания

Рекомен- дуемая литература

Продолжи- тельность выполнения

Форма контроля

Срок сдачи

 

1	2	3	4	5	6
Лабор. работа № 1	Научится определять газопроницаемость огнеупорных материалов	[ 1]	2  часа	Текущий	2 –ая неделя
Лабор. работа №2	Ознакомиться с работой дымовой трубы	[ 1, 4, 6]	2  часа	Текущий	4-ая неделя
Тест	Ответить на тестовые вопросы по темам 1-3	[ 1-3, 6,7]	1  час	Текущий	4-ая неделя
Лабор. работа № 3	Провести технический анализ твердого топлива	[ 1]	2 часа	Текущий	6-ая неделя
Домашнее задание	Провести технический анализ топлива (по инд. заданию)	[ 1-5,7,8]	2 недели	Рубежный	7-ая неделя
Лабор. работа №4	Освоить методику определения условной вязкости	[ 1]	2  часа	Текущий	8-ая неделя
Тест	Ответить на тестовые вопросы по темам 4-8	[ 1-5,7,8]	1  час	Текущий	9-ая неделя
Лабор. работа №5	Освоить методику определения термической устойчивости огнеупоров	[ 1]	2  часа	Текущий	10-ая неделя
Лабор. работа № 6	Определить сортность огнеупорных изделий	[ 1]	2  часа	Текущий	12-ая неделя
Тест	Ответить на тестовые вопросы по темам 9-12	[ 1-5,7,8,9]	1 час	Рубежный	14-ая неделя
экзамен	Проверка усвоения материала дисциплины	Весь перечень основной и допол. литературы	2  часа	Итого вый	В период сесии

 

 

3 Конспект лекций

 

Тема 1 Значение и задачи курса. Классификация печей литейного производства (2 часа)

План лекции

1. Введение.

2. Классификация печей литейного производства.

 

В настоящее время работа литейных цехов немыслима без использования печей. Они являются основным оборудованием литейных цехов и используются  для плавки металла, сушки литейных форм, стержней, песка, нагрева отливок для термической обработки, выплавки модельного состава и прокалки форм в цехах литья по выплавляемым моделям.

При огромном многообразии печей в литейных цехах в них есть общие для всех процессы:

— превращение какого либо вида энергии в тепловую;

— передача тепла нагреваемому материалу.

Поэтому конструкции печей должны обеспечить высокий  КПД процессов превращения энергии в тепловую  и оптимальные условия передачи тепла нагреваемому материалу. В то же время необходимо непрерывно повышать уровень механизации и автоматизации работы печей.

В литейных цехах почти уже нет печей, работающих на твёрдом топливе, так как они  заменены печами, работающими на дешёвом природном газе, мазуте или электрическими печами.

 

Классификация печей литейных цехов

В литейном производстве применяются различные виды печей и сушил.

Для процессов сушки песка, глины, форм и стержней применяют различные типы сушил. Основным процессом в этих печах является удаление влаги из материалов (120-500⁰С).

Для термической обработки отливок применяют нагревательные печи, в которых основным процессом является нагрев материала без изменения его агрегатного состояния (150-1200⁰С).

Для приготовления жидких сплавов применяют плавильные печи
(600-2000⁰С).

В основу этой классификации положен характер изменения агрегатного состояния, происходящего с материалом во время его обработки в печи.

Все три основных типа печей подразделяются на печи периодического и непрерывного действия. Дальнейшее подразделение печей производится по их конструкции.

Так, периодически действующие сушила делятся на сушила с полками, этажерками и выкатными тележками (для сушки форм и стержней); переносные сушила.

Непрерывно действующие сушила делятся на горизонтальные, барабанные и вертикальные для сушки песка и глины; вертикальные и горизонтальные конвейерные сушила для сушки стержней и туннельные для сушки форм.

Периодически действующие нагревательные печи – это печи камерного типа, а непрерывно действующие – печи туннельного  или карусельного типа с передвижением материала на движущейся подине, тележках или на склизах сквозь печь.

Периодически действующие плавильные печи – это печи тигельные или ванные, а непрерывно действующие – в основном, шахтные.

Источником энергии для всех типов печей является топливо или электроэнергия.

Топливные печи можно разделить на три группы:

1) печи, в которых нагреваемый материал не соприкасается ни с топливом, ни с продуктами его горения. К этой группе относятся муфельные сушильные,  нагревательные и тигельные плавильные печи. В этих печах нагрев материала производится через стенку муфеля или тигля от горячих продуктов горения, омывающих эти муфели или тигли.

2) печи, в которых нагреваемый материал соприкасается с факелом пламени или с продуктами горения. Но не соприкасается с топливом. К этой группе относятся все сушила, все безмуфельные нагревательные печи и все ванные плавильные печи.

3) печи, в которых нагреваемый материал соприкасается с топливом, с пламенем и продуктами горения топлива. К этой группе относятся все шахтные печи и, в частности, вагранка. В этих печах нет развитого пространства и поэтому здесь невозможно пламенное сжигание топлива. В шахте вагранок, где температура невелика, главную роль в процессе передачи тепла играет конвекция.

 

Рекомендуемая литература [1-5, 7,8]

 

Контрольные задания для СРС

1. Требования, предъявляемые к печам в зависимости от  характера производства [ 1-5,7,8]

Тема 2 Топливо и его сжигание (2 часа)

План лекции

1. Виды топлива.

2. Химический состав топливаая деформация.

3. Теплота сгорания топлива.

 

Топливо как вещество, ожигаемое для получения тепловой энергии, очень широко применяется как в народном хозяйстве, так и в быту.

По своему происхождению топливо делится на естественное (применяемое в том виде, в каком добыто) и искусственное, полученное из естественного  путём его переработки.

По своему агрегатному состоянию топливо бывает твёрдое, жидкое и газообразное.

Химический состав топлива

Свойства топлива в значительной мере определяются его химическим составом. В основном топливо является веществом органического происхождения, поэтому основными его составляющими являются углерод и водород, которые находятся в топливе в виде различных соединений. В состав этих соединений часто входят кислород, сера и азот.

Кроме горючей в топливе есть и негорючая минеральная составляющая- зола, а также вода.

Химический анализ топлива можно выполнить как по элементарному составу (C,H,O,N,S), так и путём определения отдельных химических соединений (CO, CO₂,CH₄ и т.п.). Первый метод анализа применяют для твёрдого и жидкого топлива, второй — для газообразного.

Хотя элементарный анализ и не позволяет судить о многих свойствах топлива, но он даёт представление о топливе как о механической смеси отдельных элементов. А этого достаточно, чтобы произвести необходимые расчёты сжигания топлива.

 

 

 

Элементарный состав топлива можно представить в виде таблицы.

	Элементы
Индексы	С	Н	О	N	S	A	W
О	Органическая масса
Г	Горючая масса
С	Сухая масса
Р	Рабочее топливо

 

Углерод является основным элементом горючей части, а его содержание зависит от вида топлива.

Водород также является горючей составляющей, но связанный с кислородом в виде воды и гидроксильных групп (OH)-в горении не участвуют.

Процентное содержание C,H и серы в основном характеризует теплотворную способность топлива.

Кислород — нежелательный элемент в топливе, так как он связывает водород (H₂O и OH) и углерод (H ₂CO₃, CO₂ ), делает их не горючими.

Азот — негорючий элемент топлива. Как и кислород является кадастом топлива.

Сера — может быть в виде 1)органической-S_O;

2) колчеданной- S_k— FeS₂;

3) сульфатной – S_c, в виде солей серной кислоты (CaSO₄,MgSO₄,FeSO₄)

Сера органическая и колчеданная участвуют в горении и обозначаются- S_л (сера летучая):

Сульфатная сера в горении не участвует и является балластом. Суммарное содержание серы: S_общ=S_о+S_к+S_с

В твёрдом топливе – есть три вида серы. В жидком – в виде свободной серы и в виде органической (S_л). В газообразном – в виде H₂S (S_л) и в видеSO₂(S_с). Сера является вредной частью топлива, так как она насыщает металл  и отравляет окружающий воздух.

Зола— составляющая негорючей части топлива. Она состоит из глинозема Al₂O₃, двуокиси кремния-SiO₂ ,извести, окись железа FeO, Fe₂O₃ – и других минеральных примесей.

При оценке качества топлива по зольности необходимо знать не только процентное содержание зoлы, но и температуру её плавления. Температура плавления золы  зависит от её состава: присутствие кремнезёма и глинозёма повышает, а щелочных соединений снижает температуру её плавления. Температура плавления >1400^оC  называется тугоплавкой; 1200-1400^oC-среднеплавкой, а ниже 1200^oC-легкоплавкой.

Легкоплавкость золы – отрицательное качество, так как она вытекает из зоны высокой температуры, застывает на колосниковой решётке в виде шлака, забивает отверстия решётки и нарушает процесс горения.

Кроме того, увеличиваются потери топлива со шлаком.

Влага – вторая составляющая негорючей части топлива. При горении топлива часть теплоты бесполезно расходуется на нагревание и испарение влаги.

В результате этого понижается теплопроводность топлива и температура горения.

Находящаяся в топливе влага подразделяется на внешнюю (или механическую) и внутреннюю. Внешняя влага попадает в топливо из окружающей среды при его добычи, транспортировке, хранении. Она удаляется при подсушке на закрытых складах  (под навесами), после этого топливо называется воздушно – сухим.

Внутренняя влага делится на гигроскопическую и гидратную. Гидратной называется влага, входящая в состав минеральных и органических соединений. Обычно её не включают в общее содержание влаги и не определяют в лаборатории. Она удаляется при температуре 900-1000^оС. В лабораторных исследованиях топлива определяют гигроскопическую влагу, которая зависит от состава топлива и давления насыщенного водяного пара в окружающей среде. Для её определения навеска измельчённого топлива высушивается до постоянного веса при температуре 105-110^оС. Количество потерянной влаги будет характеризовать гигроскопическую влагу. Иначе её называют влагой аналитической пробы и обозначают W^o.

Внешняя и гигроскопическая в сумме составляют влагу рабочего топлива. Меньше всего влаги содержат антрациты 1,5-3%, больше всего торф и бурый уголь-до 40-55%.

В жидком топливе – влага является случайной примесью, попадающей при добычи, транспортировке, хранении.

В газообразном – влага находится в виде водяных паров.

Летучие вещества выделяются из топлива при нагреве его без доступа воздуха до температуры выше 800^оС. Летучие вещества воспламеняются первыми и способствуют развитию процесса горения. Они состоят из  углеводородов: CO, CO₂, H₂S, H₂, O₂, N₂ и др.

После выделения летучих при нагревании каменного угля без доступа воздуха остаётся твёрдая часть топлива – кокс.

Наименьшее количество летучих выделяется из антрацида – около 4 %, а наибольшее из дров – около 80 %.

Газообразное топливо-это смесь горючих и негорючих газов и водяных паров. К горючим газам относят CH₄ (метан); СО, Н₂, H₂S и углеводороды C_mH_n.

К негорючим газам относят – CO₂,N₂,O₂.

Состав сухой части записывается в объёмных процентах.

Количество газа измеряется в нормальных кубометрах (HM³). Содержание примесей даётся в граммах на нормальный кубометр сухого газа (г/м).

 

Теплота сгорания топлива

Количества тепла, выделяемого при сгорании топлива определяется его химическим составом. Количество тепла, выделяющегося при сжигании единицы топлива, называют теплотой сгорания топлива. Её выражают в кДж/кг(ккал/кг);кДж/м³(ккал/м³) или кДж/кмоль (ккал/кмоль) 1 ккал=4,2 кдж.

При сгорании топлива образуются водяные пары, на это затрачивается большое количество тепла. В связи с этим различают высшую и низшую теплоту сгорания.

Высшая теплота сгорания (Q_B) соответствует условию при котором все водяные пары, содержащиеся в продуктах горения, доводятся до жидкого состояния при 0^оС.

При этом возвращается следующее количество тепла:

1. Скрыта теплота испарения-1кг (H₂O) равна 539 ккал

то есть всего  639 ккал.

Низшая теплота сгорания (Q^H) соответствует условию, при котором влага продуктов горения находится в виде пара при температуре 20^оС. Возвращается следующее количество тепла:

Q= M*C*Δ t

Q= 1*0.48 * (100-20) = 38.4 ккал

Практически приходится иметь дело с низшей теплотой сгорания топлива, так как при сжигании топлива пары воды уносятся с продуктами сгорания. Следовательно, тепло, затраченное на нагрев и испарение воды, теряется.

Количественная разница между Q^B и Q^H для 1 кг воды составляет Q^в-Q^н = 639-38,4=600 ккал/кг H₂O 4,2=25200кдж/кг

Значения Q^н  для различных видов топлива приводятся в справочниках.

Теплоту сгорания твёрдого и жидкого топлива можно определить по эмпирическим формулам.

Достаточно точные результаты даёт  формула Д.И. Менделеева

Qн= 81С^p+ 300H^p+26 (S^p-O^p)-6 (9A^p+W^p)ккал/кг

Состав топлива в формуле выражается в весовых %.

Теплотворность газообразного топлива может быть найдена, если известны содержание горючих газов и теплота реакций горения их:

Q=30.45CO+86.3CH₄+25.7H₂ + 55.2H₂S + 151.8C₂H₆+……

                                     ……Ккал/нм³

Состав газа принимается в объёмных процентах.

Пример.

Определить низшую теплоту сгорания каменного угля следующего состава:        C=80%; H=5%; O=3%; S=1%; A=6%; W=4%

По формуле Д.И. Менделеева:

Q _{н =} 8180 + 03006 +26 (1 — 3) – 6 (96 + 4) =7800 ккал/кг

Теплота сгорания условного топлива равна 7000ккал/кг или 29000 кдж/кг.

Горючесть и реакционная способность топлива

Горючесть топлива — свойство, характеризующее способность топлива реагировать с кислородом. За меру горючести в лабораторных исследованиях принимается потеря веса топлива в единицу времени при прокаливании в струе воздуха ( или кислорода).

Под реакционной способностью — подразумевается поведение твёрдого топлива в присутствии углекислого газа. Определяется реакционная способность следующим образом: мелкораздробленные куски топлива помещаются в трубчатую печь, нагретую до 900^оС. Через печь пропускается равномерная струя СО₂. Часть СО₂ превращается в CO.

R= -CO/CO₂+CO *100%, где R- реакционная способность.

 

Чем ниже реакционная способность кокса, тем он лучше.

 

Рекомендуемая литература [1, 2]

 

Контрольные задания для СРС

1. Топливный баланс [1, 2]

 

Тема 3 Твердое топливо (2 часа)

План лекции

1. Естественное твердое топливо.

2. Искусственное твердое топливо.

 

Естественное твёрдое топливо

В основном естественные виды твёрдого топлива имеют растительное происхождение. В древности поверхность земли была покрыта большими лесными массивами. Отмиравшие растения образовали залежи, которые подвергались физико-химическим превращениям. Постепенно топливо обогащалось углеродом. Древесина сначала превращалась в торф, затем в  бурый уголь, и, наконец, в каменный уголь. Дрова-50 % С, торф-55-60%, бурый уголь 67-78%, каменный уголь-80-90%С.

Дрова — как топливо используются в основном в быту. Влажность до 60%, зола 2-6 %.

Торф — занимает промежуточное положение между древесиной и углём. Влажность от 80 до 95%, зольность-3+10%. Торф заменяет древесину. На торфе работают электростанции.

Бурые угли— занимают промежуточное положение между торфом и каменным углём. Молодой бурый уголь трудно отличить от торфа. Влажность их 11+45О; зольность-7-40%. В них большой  процент серы- до 3%. Ввиду низкой теплоты сгорания и малой прочности бурые угли нецелесообразно возить на большие расстояния.

Их используют как местное топливо. На них работают электростанции.

Каменный уголь— характеризуется высоким содержанием углерода. Разведанные геологические запасы угля в СССР составляют около 58% мировых запасов. Однако свыше 93% запасов угля в СССР находится на Востоке страны и главным образом в Восточной Сибири (78%).

Характеристика донецких каменных углей

№ пп	Торговая марка	С	Выход летучих	Характеристика кокса
1	Длиннопламенный (Д)	76,0	>37	Неспёкшийся
2	Газовый (Г)	80,5	>35	Слабоспёкшийся, рыхлый
3	Паровичный жирный (ПЖ)	84,0	27-35	Спёкшийся умеренно плотный	Для получения кокса
4	Коксовый (К)	87,0	18-27	Спёкшийся плотный
5	Паровичный спекающийся (ПС)	88,0	12-18	Спекающийся от плотного до умеренно плотного
6	Тощий (Т)	89,5	9-17	Неспёкшийся, порошкообразный
7	Антрацит (а)	93,5	<9	То же

 

Для металлургии большое значение имеют сорта угля, идущего на коксование. В Донбассе запас коксующихся улей составляет – 15 %, а в Кузбассе около 6 %, но в них низкое содержание серы.

В углях Карагандинского бассейна также низкое содержание серы; из них можно получать кокс после предварительного обогащения.

Влажность каменных углей – 5-7%.

Наиболее древний возраст топлива — у антрацита. Содержание углерода- 90-96%,выходлетучих- до 4%. Запасы его невелики- около 3% от запасов всех углей.

Горючие сланцы— содержат очень много золы (до 70%), но в них высокое содержание водорода (до10%). Содержание углерода в основном 60%. Хотя теплота сгорания горючей массы сланцев велика 6600-8000 ккал, но теплота сгорания рабочего топлива невелика из-за большой зольности. Поэтому они используются как местное топливо вблизи их добычи. В литейном производстве они не применяются. Добываются в Прибалтике, Карелии и Ленинградской области.

 

Искусственное твёрдое топливо

Методы переработки твёрдого топлива можно разделить на 2 группы физико- механические и физико-химические. К первой группе относятся — сортировка, обогащение, сушка, измельчение и брикетирование. Ко второй группе — углежжение, полукоксование, коксование, газификация.

При сортировке производится разделение топлива по крупности кусков.

Классификация каменных углей по размеру кусков.

Класс	Условное обозначение	Размер кусков, мм
Крупный Орех Мелкий	К О М	50-100 26-50 13-25
Семечко Штыб Рядовой	С Ш Р	6-13 Менее 6 Не ограничен

 

При обогащении происходит отделение пустой породы и  минеральных примесей.

Брикетирование — это прессование мелкого и пылевидного топлива в брикеты для улучшения процесса горения, уменьшения потерь топлива.

Измельчение топлива до пылевидного состояния позволяет передавать по трубам, сжигать его с помощью специальных горелок как газообразное топливо.

Углежжение — производится при температуре 600-800^оС для получения древесного угля. Средний выход угля-35% от веса сухой древесины. Теплота его сгорания 6500-7300 ккал/кг.

Ввиду малой прочности, малого объемного веса и большой реакционной способности применение его ограничено. В литейных цехах его применяют для подогрева прибылей (засыпают в прибыли).

Торфяной кокс — по своим свойствам похож на древесный уголь.

Газификация – процесс получения искусственного газа при сжигании угля под землей (в шахтах).

Лучший кокс дает барабанную пробу 340 кг., минимальная допустимая масса остатка  для доменного и литейного кокса составляет 280 кг.

Полукоксованием – называется сухая перегонка каменных углей при 500^о— 550^оС, для получения искусственного жидкого топлива. Полукокс или газовый кокс применяется в быту, энергетике.

Термоантрацит – получается после особой термической обработки антрацита. Его медленно нагревают и продувают водяным паром при температуре около 1200^оС. По сравнению с антрацитом термоантрацит имеет повышенную прочность, пористость и термоустойчивость.

При его применении в вагранках достигается более высокая температура и меньший расход топлива.

Синтетический кокс (или пекотощий) получается из некоксующихся углей или антрацита с добавкой битума и смол. Практика показала, что он может применяться в вагранках.

 

Рекомендуемая литература [1, 2]

 

Контрольные задания для СРС

1. Преимущества и недостатки твердого топлива [1, 2]

2. Современные виды искусственного твердого топлива [1, 2]

 

Тема 4 Жидкое топливо (2 часа)

План лекции

1. Преимущества и недостатки жидкого топлива.

2. Виды жидкого топлива.

 

Жидко топливо по сравнению с твердым обладает следующими преимуществами:

1. Сгорает почти без остатка.

2. Легко транспортируется (по трубопроводам).

3. Позволяет регулировать режим процесса сжигания в более широких пределах, чем твердое.

Естественное жидкое топливо – это сырая нефть. Нефть – это сложная смесь углеводородов, кислородных, сернистых и азотистых соединений. Как  топливо ее не используют, т.к. использование продуктов ее переработки дает неизмеримо более высокий эффект, чем использование ее в сыром виде.
Д.И. Менделеев говорил: «Нефть – это не топливо. Топить можно и ассигнациями!» Содержание золы – до 0,5 %, воды 1 – 1,3,%.

Нефть образовалась из органических соединений  под воздействием температуры, давления, деятельности бактерий, радиоактивного излучения и из неорганических соединений.

Искусственное жидкое топливо – это в основном продукты переработки нефти.

Продуктами переработки нефти – являются бензин, спирт, керосин, мазут, смолы и мосла.

Для отопления промышленных печей применяется мазут и различного рода смолы. По вязкости мазут различается на марки 40, 60, 80, 100. С увеличением номера марки возрастают плотность, вязкость, температура застывания и вспышки.

Температура застывания – это температура, при которой мазут теряет свою подвижность.

Температура вспышки – это температура, при которой воспламеняется в воздухе выделяющиеся из мазута летучие при приближении к ним открытого огня = 100^о С.

Искусственное жидкое топливо получают из твердого, путем полукоксования и другими способами.

Кроме мазута в промышленных печах нередко применяют и смолы. Смолы – являются продуктами сухой перегонки древесины, газификации торфа и бурых углей и коксование каменных углей.

 

Рекомендуемая литература [1, 2]

 

Контрольные задания для СРС

1. Продукты, получаемые из нефти [1, 2]

2. Современные виды искусственного жидкого топлива [1, 2]

 

Тема 5  Газообразное топливо  (2 часа)

План лекции

1. Преимущества газообразного топлива.

2. Виды газообразного топлива.

3. Основы теории горения.

 

Газообразное топливо по сравнению с твердым или жидким,  обладает рядом преимуществ.

1. Более простое смещение горючего и воздуха.

2. Легкость транспортировки.

3. Простота обслуживания печей.

4. Отсутствие золы.

Поэтому газообразное топливо постепенно вытесняет другие виды топлива в различных отраслях промышленности.

Природный газ – наиболее дешевое топливо. По запасам его страны СНГ стоят на первом месте в мире. Только в 10 месторождениях в СНГ сосредоточено свыше 50%  мировых запасов.

Природный газ состоит в основном из метана СН₄ (93-98%) и других углеводородов.

Искусственное газообразное топливо

Генераторный газ – продукт полной газификации твердого топлива.

Остается лишь зола и шлак, содержащие незначительную часть углерода топлива. Газификация может быть проведена тремя способами при помощи воздуха (воздушный газ, )  водяного пара(водяной газ) или паро-воздушной смесью (смешанный газ).

Коксовальный газ – полученный при коксовании углей  и применяется в основном в мартеновских печах.

Доменный газ – получается в прочесе доменной плавке 3м ³  на 1 т. чугуна. Применяется в печах металлургических заводов.

 

Основы теории горения

Горением называют прочес взаимодействия топлива с окислителем, с выделением тепла, а иногда и света. Роль окислителя чаще всего выполняет кислород воздуха.

Всякое горение предполагает прежде всего тесный контакт между молекулами топлива и окислителя. Поэтому необходимо смешать топливо с воздухом, а следовательно прочес горения складывается из двух стадий:

1) смешение топлива с воздухом;

2) горение топлива.

Во время протекания второй стадии происходит сначала воспламенение, а затем уже горение топлива.

В процессе горения топлива образуется пламя, в котором протекают реакции горения составляющих топлива и выделяется тепло. В технике при сжигании газообразного жидкого и твердого пылевидного топлива применяют факельный метод сжигания. Факел – это частный случай пламени, когда топливо и воздух поступают в рабочее пространство печи в виде струй, которые постепенно перемешиваются друг с другом.

При факельном, наиболее распространенным в машиностроении, сжигании топлива основы процесса составляют струйные течения. На практике при создании устройств для сжигания топлива применяют различные конструктивные средства, чтобы организовать смешение воздуха с топливом так, как это необходимо для каждого конкретно.

Различают гомогенное и гетерогенное горение. Гомогенное горение – происходит между телами, находящимися в газообразном состоянии.               Процесс гомогенного горения протекает в объеме при смешении газообразного топлива и воздуха.

При гетерогенном горении тепло и массообмен происходит между телами, находящимися в разных агрегатных состояниях. Такое горение свойственно жидкому и твердому топливу.

Можно отметить, что при горении жидкого и твердого топлива в результате испарения жидкости и выделения,  летучих частично происходит и гомогенное горение. Но в основном горение протекает на поверхности топлива.

 

Рекомендуемая литература [1, 2]

 

Контрольные задания для СРС

1. Расчеты горения топлива [1, 2]

 

Тема 6  Огнеупорные и теплоизоляционные материалы (2 часа)

План лекции

1. Виды огнеупоров.

2. Основные теплоизоляционные материалы.

 

Условие работы отдельных частей печи различны. Внутренняя поверхность подвергается воздействию наиболее высоких температур (в сталеплавильных печах до 1700ºС). Наружная поверхность не превышает 100150ºС. Внутренняя поверхность плавильных печей подвергается физическому и химическому воздействию газов, шлаков, металла. Поэтому правильный выбор материала оказывает большое влияние на качество металла, стоимость и т.д.

Огнеупорными называются материалы, способные противостоять действию высоких температур, сохраняя в заданных пределах свои физико-механические свойства.

Химическая стойкость играет большую роль для огнеупоров в плавильных печах, когда они соприкасаются со шлаками.

Кислые шлаки слабо воздействуют на кислые огнеупоры и энергично растворяют основные. И, наоборот основные шлаки энергично растворяют кислые огнеупоры.

Кремнеземистые изделия

Динас – огнеупорный материал, содержащий не менее 93% SiO₂. сырьем для производства динасовых изделий служат чистые кварциты (свыше 95% SiO₂ и огнеупорность >1710ºС). В кварцитах стараются снизить содержание щелочей (K₂O и Na₂O)Al₂O₃ и TiO₂, которые резко снижают огнеупорность.

Для связывания кварцитовых зерен применяют в качестве связующего известь или сульфитно-спиртовую барду.

Кирпич-сырец формует в прессах, и сушат (до 11,5% влаги), а затем обжигают при 14301450ºС.

Динас применяют для футеровки кислых мартеновских и электропечей. Динас хорошо сопротивляется коррозионному воздействию кислых шлаков и неустойчив против действия основных шлаков. У динаса низкая термостойкость (динасовая футеровка не должна охлаждаться ниже 700ºС из-за высокого коэффициента термического расширения при этой температуре. Огнеупорность 1710ºС  1690ºС).

Высокоплотный динас – изготавливают из чистых кварцитов, содержащих более 98,5% SiO₂. отличается от обычного динаса низкой пористостью, повышенной огнеупорностью (на 30ºС) и лучшей устойчивостью против действия шлаков. Огнеупорность >1700ºС.

Динасохромит – изготавливают из кварцитов, содержащих более 97% SiO₂ и хромита, содержащего не менее 50% Cr₂O₃. Обладает повышенной сопротивляемостью против шлаков и окислов железа. Огнеупорность — 1720ºС.

 

Алюмосиликатные изделия

Полукислые изделия

Сырьем для полукислых изделий служат полукислые глины, в качестве добавок применяют кварцевый песок. Полукислые изделия отличаются от шамотных большей плотностью и малой пористостью, малой усадкой при повторном отжиге и повышенной температурой начала размягчения (на 50-100ºС), но у них пониженная огнеупорность и термостойкость.

Применяются для футеровки воздухонагревателей, коксовых печей, для футеровки нагревательных печей и сушил непрерывного действия. Огнеупорность — 1690 1710ºС.

Шамотные изделия

В настоящее время в производстве огнеупоров шамотные изделия занимают первое место (около 70-75%). Их широко применяют в промышленности и в том числе и в металлургии.

Сырьем для шамотных изделий служат огнеупорные глины и каолины (Al₂O₃·2SiO₂), в которых 46% Al₂O₃ и 54% SiO₂. Каолины используются для изготовления высококачественных изделий.

Шамотом называют глину, содержащую от 30 до 46% Al₂O₃, обожженную до постоянного объема. Обжиг шамота проводят в шахтных или вращающих трубчатых печах.

Обжиг шамотных изделий проводят в следующем порядке: сначала их нагревают до 250-300⁰С со скоростью 5 град/мин, чтобы не появились трещины в период удаления гигроскопической влаги, а затем нагревают до температуры обжига 1350-1400⁰С со скоростью 10-12 град/мин.

Свойства шамотных изделий – невысокой огнеупорность, низкая температура, начала размягчения, хорошая термостойкость, появление усадки при дополнительном обжиге, хорошая сопротивляемость действию восстановительной и окислительной сред.

Шамотные изделия совершенно не выдерживают воздействия железистых и марганцовистых шлаков и окалины.

Огнеупорность обычных класса А – 1730, класса Б – 1670 и класса В – 1610⁰С. Огнеупорность каолиновых – 1750⁰С.

 

Высокоглиноземистые изделия

Сырьем служат природные минералы и искусственные глиноземистое сырье.

Высокоглиноземистые изделия изготавливают двумя способами: формования и последующим обжигом (спекаемые изделия) и литьем из расплавов (литые изделия).

Для получения особо плотных изделий способом формования вводят до 2% TiO₂.

Огнеупорность их от 1750 до 2000⁰С.

До 1300⁰С хорошо противостоят действию основных и кислых шлаков, а выше 1300⁰С хорошо противостоят действию только кислых шлаков. У них высокая термостойкость.

Стойкость корундовых изделий против действия шлаков в 10 раз выше, чем шамотных. Они широко применяются в стекловарной промышленности, для футеровки доменных, мартеновских и высокотемпературных нагревательных печей. Для ковшевого и сталеразливочного припаса для специальных сталей.

 

Магнезиальные изделия

К магнезиальной группе огнеупоров относятся магнезитовые доломитовые, форстеритовые, тальковые и шпинельные огнеупоры.

К магнезитовым огнеупорам относятся материалы, содержащие более 90% MgO.

Магнезитовые огнеупоры применяют двух видов: в виде штучных изделий и в виде металлургического порошка. Сырьем служат магнезит MgCO₃.

Саткинское месторождение (на Урале) – одно из самых мощных в мире. Получают магнезит также по реакциям осажения из морской воды

MgCl₂+Ca(OH)₂=Mg(OH)₂+CaCl₂

MgSO₄+Ca(OH)₂=Mg(OH)₂+CaSO₄

Магнезит подвергают обжигу для удаления СО₂ (650-690⁰С)

MgСO₃=MgO+СO₂

При дальнейшем нагревании до 1550-1650⁰С аморфная окись магния переходит в кристаллическое состояние (периклаз). Этот материал служит сырьем для производства металлургического порошка и штучных изделий.

Металлургический порошок получается дроблением спекшегося магнезита до размеров зерен от 2 до 15 мм. Применяют его для наварки и заправки подов сталеплавильных печей.  Для этих же целей служит мартенсит – синтетический материал, созданный на базе магнезитового порошка. Он значительно облегчает наварку подин. Состав его 66-80% MgO, 10-14% СаО, 8-10% Fe₂O₃, 1,5+2% Al₂O₃ и 3-5% SiO₂.

Для получения штучных магнезитовых изделий спекшийся магнезит измельчают до зерен величиной 0,8-2,0 мм, добавляют клеящие добавки (сульфитно-спиртовую барду, жидкое стекло). Из приготовленной массы прессуют изделия, из-за малой пластичности этих масс приходится применять гидравлические прессы высокого давления. Чем выше давление прессования, тем более плотным и термостойким получаются изделия. Это объясняется тем, что под действием высокого давления кристаллы периклаза разрушаются и масса уплотняется. Затем изделия сушат и обжигают, постепенно нагревая до 1550-1650⁰С. Качество кирпича получается более высоким при более высокой температуре. В результате переплавки спекшегося магнезита в дуговых печах получается плавленый магнезит. Из расплавов получают литые кирпичи и брусья, обладающие большой плотностью и коррозионностойкие против шлаков. При остывании из расплава образуется чистый от примесей магнезит. Из него изготавливают ответственные изделия, например: тигли индукционных вакуумных печей.

Изделия из плавленого магнезита отличаются от обычных магнезитовых хорошей термостойкостью до 14-27 водяных теплосмен против 1-2. Высокая стоимость – препятствие.

Магнезитовые изделия хорошо противостоят воздействию основных шлаков и окислов железа и плохо кислым шлакам, имеют сравнительно постоянный объем при высоких t⁰ и высокую механическую прочность, но низкую термостойкость и низкую t⁰ начала деформации, что не позволяет его использовать в сводах и арках печей, но высокую огнеупорность – свыше 2000⁰С.

MgO не взаимодействует с металлическим железом до 2000⁰С, поэтому для выплавки очень чистого железа тигли изготавливают из чистого MgO.

 

Доломитовые огнеупоры

Сырьем для изготовления доломитовых изделий служит естественный минерал доломит – двойная углекислая соль магния и кальция – CaСО₃·MgСО₃. После обжига при t⁰=1500-1700⁰C получают металлургический доломит, состоящий в основном из СаО и MgO. Применяется он для заправки стен и откосов основных мартеновских печей.

СаО в доломите жадно поглощает влагу из атмосферы и хранить обожженный доломит в закрытом помещении можно не более 2-х месяцев.

Чтобы этого избежать связывают СаО в силикаты за счет добавки флюсующих примесей. Такой доломит получил название водоустойчивого или стабилизированного доломита. Этот материал отличается высокой термоустойчивостью и применяется для футеровки основных вагранок.

Для изготовления штучных изделий берут тонкомолотый порошок (0,8-2 мм) доломита и смешивают с обезвоженной смолой, составленной из 65-80% пека и 35-20% антраценового масла. После прессования обжигают в восстановительной среде при 1000-1100⁰С, смола при этом коксуется и служит связкой зерен минералов в готовом изделии.

Форстеритовые огнеупоры – изготавливаются из природных минералов (оливина и др.) с добавкой обожженного магнезита и жидкого стекла в качестве связующего.

Прессуются под высоким давлением, сушатся и обжигаются при температуре 1600-1650˚С.

Отличительная особенность – стойкость при высоких температурах к окислам железа и высокая температура начала деформации. Заменители магнезитовых изделий:

Тальк (3MgO-4SiO₂·2H₂O) – огнеупорность – 1500-1550˚С. Мягкость. Объем при нагревании практически постоянен (увеличение объема за счет SiO₂ компенсирует усадку). Из него выпиливают кирпичи и фасонные части. Применяют как составную часть облицовки высокотемпературных печей. Дешевый материал – заменяет дорогостоящий магнезит и форстеритные изделия. Температура начала деформации – 1300-1350˚С, малая термостойкость и большая пористость.

Шпинельные огнеупоры — MgO·Al₂O₃, характеризуются высокой температурой расплавления — 2035˚С. в чистом виде в природе не встречается и изготавливают из магнезита и технического глинозема. Обожженные и плавленые. Обожженные — 70% глинозема и 30% обожженного магнезита. К этой смеси добавляют 2% хромита и 3-4% сульфитно-спиртовой барды. Смесь прессуют в брикеты, обжигают при температуре 1650˚С и затем дробят до порошка. Из этого порошка на связке формуют изделия и вновь обжигают при 1650˚С. Этот двойной процесс необходим, так как при синтезе шпинели из окислов происходит большая усадка (20-24%). Применяют их в основном в цветной металлургии, так как при температуре свыше 1600˚С они быстро разрушаются железистыми шлаками.

 

Хромистые огнеупоры

К хромистым огнеупорам относятся хромитовые и хромомагнезитовые. Основной составляющей хромитовых изделий является минерал – хромит FeO·Cr₂O₃, температура плавления 2180˚С. Хромитовые  изделия отличаются постоянством объема при повторном обжиге и до 1700˚С и слабо взаимодействуют с динасовыми и магнезитовыми огнеупорами. Поэтому их применяют как разделительную прослойкой между магнезитовой стенкой и динасовым оводом основных сталеплавильных печей.

Хромомагнезитовые огнеупоры – содержат 15-20% Cr₂O₃ и 30-70% MgO. Изготавливают их из размолотого хромистого железняка (50-60%) и обожженнего магнезита (40-50%). Из смеси формуются изделия, сушатся и обжигаются при 1600˚С. Огнеупорность >2000˚С, термостойкость 35 водяных теплосмен. Высокая огнеупорность и хорошая стойкость против основных шлаков и окислов железа делают их пригодными для применения в сводах основных электропечей.

Карбидные огнеупоры

Карборундовые и арбошамотные.

Карборунд – карбид кремния SiC – искусственный кристаллический продукт получаемый плавлением в электропечах сопротивления при t₀=2000-2200˚C шихты, состоящей из кварца, кокса, древесных опилок 510% и по вареной соли 1-1,5%. Опилки – для разрыхления шихты, чтобы обеспечить прохождения через нее СО, а соль для удаления вредных примесей (Fe и Al) в виде хлоридов. Реакция образования карборунда происходит в два стадии:

SiO₂ + 2C = Si + 2CO

Si + C = SiC, где 70% Si и 30% С.

Карборундовые изделия изготавливают из карборундового порошка на органической связке или на связке растворимого стекла рефракс или на глинистой связке – карбошамот (карборунд 20-85%, шамот и пластичная глина).

Рефракс обладает высокой теплопроводностью, термостойкостью, не деформируется до 1700˚С и может безвредно нагреваться в окислительной атмосфере до 1800˚С.

Изготовление муфели туннельных печей, высокоомные сопротивления для электропечей – силитовые.

Цирконийсодержащее огнеупоры (слайд 116) – изготавливаются или на базе окиси циркония – цирконистые ZrO₂ (t⁰_пл — 2715˚С) или на базе циркона ZrO₂·SiO₂ (t⁰_пл — 1775˚С).

Цирконистые стойки к расплавам фторидом и кремнезема, но не стойки по отношению к окислам железа и марганца.

Из окиси циркония изготавливают тигли для получения спектрально чистых металлов платиновой группы.

Цирконовые стойки против хлоридов, но разрушается фторидами. Они применяются для облицовки соляных ванн при закалке специальных сталей и в стеклоплавильных печах, а также при плавке алюминия.

Окисные огнеупоры  – изготавливаются из технических окислов. Они имеют огнеупорность более 2000˚С, а некоторые – более 3000˚С.

Недостаток – высокая стоимость и трудность их изготовления (высокотемпературный обжиг).

Легковесные огнеупоры – служат для снижения потерь тепла через кладку и для аккумуляции в кладке. Это достигается за счет снижения теплоемкости теплопроводности.

Они должны быть, возможно, более пористыми, но при этом обладать необходимой прочностью и термоустойчивостью.

 

Рекомендуемая литература [1, 2]

 

Контрольные задания для СРС

1. Физические свойства огнеупорных  материалов. [1, 2]

2. Эксплуатационные свойства огнеупоров. [1, 2]

 

Тема 7  Тепловой режим печи (2 часа)

План лекции

1. Расчет теплового режима печи

2. Определение размеров рабочего пространства печей.

 

Работа печи определяется в основном количеством тепла, поступающего в печь. Количество тепла, которое подают в печь в каждый данный момент времени, носит название тепловой нагрузки.

То наибольшее количество тепла, которое печь может нормально (без недожога топлива в рабочем пространстве) усвоить, называют тепловой мощностью.

Тепловой и температурный режим тесно связаны. Температура и тепловая нагрузка в печах постоянна и периодического действия. Коэффициент полезного теплоиспользования (К.П.Т.) и использования тепла (К.И.Т.) характеризуют качество работы печи и ее совершенство как теплового агрегата.

К.П.Т. в общем виде определяют по выражению:

 

К.П.Т. =  , где

 

В – часовой расход топлива кг/ч;

 

Qт = В^.Qh       — химическое тепло топлива, ккал/ч; (кДж/ч);

Qм. и Qшл.      – тепло металла и шлака, ккал/ч; (кДж/ч);

Qэнд. и Qэкз.   – тепло эндотермических и экзотермических (кроме горения топлива) реакций, ккал/ч; (кдж/ч);

Qф – физическое тепло топлива, воздуха и материала отнесенное к единице количества топлива, ккал/ч; (кДж/ч).

 

Для электрических печей можно написать формулу:

Qт+В^.Qф=860Р, где Р – мощность печи, кВт.

 

Если Qф=0, т.е. в печь поступает только тепло топлива, то К.П.Т. превращается в коэффициент полезного топливоиспользования.

Т.к. Qм+Qшл.+Qэнд.-Qэкз.=Qт+B^.Qф-В^.Qг-Qпот., где

 

Qг – тепло уходящих газов, отнесенное к единице количества топлива, ккал/кг, кДж/кг.

 

Qпот – тепловые потери, ккал/ч; кДж/ч.

 

К.П.Т. =  , из этого выражения следует, что

 

Увеличение подогрева топлива и воздуха, а также  снижение температуры уходящих дымовых газов и тепловых потерь благоприятно влияет на К.П.Т. печи.

Тепловые потери в печах зависят от факторов, связанных с конструкцией печи; поэтому, чтобы характеризовать топливо и условия его сжигания, применяют коэффициент использования тепла, К.И.Т.:

 

К.И.Т.=

 

Из сопоставления выражений К.И.Т. и К.П.Т. видно, что К.П.Т. всегда меньше К.И.Т., поэтому при проектировании и эксплуатации печей стремятся к тому, чтобы К.П.Т. максимально приближался к значению К.И.Т.

Одним из важнейших показателей работы печей является производительность, т. к. именно в производительности проявляются все положительные и отрицательные конструкции тепловой работы печи.

Производительность печи зависит от характера загруженного материала (шихты) – в плавильных печах; от начальной температуры металла в нагревательных печах, температуры отходящих газов и температуры рабочего пространства, от интенсивности и характера теплоотдачи к нагреваемому металлу. Поэтому производительность различных печей будет рассматриваться при изучении конкретных конструкций печей.

Обычно различают общую и удельную производительность.

Общая — характеризует размеры агрегата и измеряется в т/ч или т/сутки.

Удельная – (т/м ч) характеризует интенсивность работы печи и служит для оценки качества работы и сравнения печей. Ее часто называют напряженностью пода печи. Различают напряженность активного пода и напряженность габаритного пода. В первом случае производительность относят к площади пода, занятой металлом, во втором – ко всей площади пода печи.

Размеры рабочего пространства нагревательных печей определяют исходя из заданной производительности и времени нагрева металла.

 

Длина печи

Если Р – заданная производительность печи, т/ч, а τ – время нагрева, ч, то для обеспечении этой производительности в печи в процессе нагрева должна постоянно находиться осадка металла, равная

М=Р·τ

Поскольку всегда известны размеры нагреваемых заготовок и масса каждой из них, обозначаемой М _З., кг. Следовательно, можно определить число заготовок, постоянно находящихся в печи, т. е.

n=  в шт.

Если а – ширина, м; в – толщина, м; ℓ — длина заготовки, м, то длина печи при однородном сплошном расположении заготовок будет равна

 

L=а∙n, м

Для непроходных печей длину следует увеличивать на 1-1.5м.Если число заготовок превышает 200 или печь получается конструктивно неудачно (длинной или узкой), следует применить двухрядное расположение заготовок. В этом случае длина печи соответственно уменьшится.

Если используется не сплошное расположение заготовок в печи, то полезной длине следует прибавить интервалы между заготовками.

 

Ширина печи

В печах между заготовками и стенами следует оставлять расстояние, принимаемое обычно равным 0.25м. При неоднорядном расположении такое расстояние следует оставлять и между рядами заготовок. Таким образом, ширина В определяется как сумма длины заготовки (или нескольких длин) плюс величина необходимых зазоров. Произведение L·B=F_г, м²  дает площадь габаритного пода. Т. к. заготовки занимают не всю площадь пода, а только ее активную часть F_а, то вводят в расчет коэффициент использования пода, т. е.

К=  , который обычно равен 0.8-0.85.

 

Высота печи

Часто высоту свода определяют конструктивно, исходя из опыта хорошо работающих печей. Но иногда по формуле М.А.Глинкова:

м, где

А – коэффициент, равный 0.5 – 0.55 для частей печи с температурой газов меньше 900⁰С и 0.65 больше 1500⁰С;

В – ширина печи, м;

t_n – температура газов той части печи, для которой определяют высоту, ⁰С.

Размеры печей можно также определять на основе результатов работы печей аналогичной конструкции. Величина напряженности пода Н для однотипных печей изменяется в узких пределах, поэтому ее можно использовать для определения ориентировочных размеров печей. Поэтому, проектируя новую печь, можно приблизительно знать величину Н для печей подобной конструкции и по ней определить площадь пода

;  где Р – производительность печи;

Н_г – напряженность габаритного пода, кг/(м²ч);

k – коэффициент использования пода.

 

Зная длину заготовки, нетрудно определить ширину печи, а затем и ее длину

, м.

Определение размеров печи заканчивают конструктивным выбором высоты печи h.

Если известны длина L, ширина В и высота h печи, то можно определить степень развития кладки ω, столь необходимую для определения времени нагрева (см. гл. IV Кривандин) и точных размеров печи.

Так для проходных печей (пренебрегая торцами)

;

для камерных печей

.

 

Рекомендуемая литература [1- 5,7,8]

 

Контрольные задания для СРС

1. Теплотехнические характеристики работы печей [1- 3]

2. Температурный режим [1, 2]

 

Тема 8  Рекуперация и регенерация тепла. Теплообменные агрегаты (2 часа)

План лекции

1. Регенераторы.

2. Рекуператоры.

 

Промышленные печи являются крупным потребителем топлива всех видов, поэтому использование тепла отходящих газов для подогрева воздуха или ожигаемого газа позволяет значительно экономить топливо.

Покидающие печь дымовые газы уносят с собой значительное количество тепла, которое тем больше, чем выше температура газов и чем ниже коэффициент использования топлива у печи. Потери тепла с отходящими газами составляют от 30 до65% всего тепла, внесенного с топливом печь. Экономия топлива достигаемая при подогреве воздуха (или газа) за счет тепла отходящих газов, зависит от вида топлива и обычно достигает 30-50%.

Одним из эффектных способов использования тепла отходящих газов является установка на их пути теплообменных устройств для подогрева воздуха (или сжигаемого газа). Сжигание топлива с подогретым воздухом, кроме экономии топлива, дает повышение температуры в печи.

Теплообменные устройства по принципу осуществляемого в них обмена тепла, подразделяется на три группы рекуператоры, регенераторы и котлы-утилизаторы.

Рекуператоры работают при стационарном тепловом режиме. Отходящие газы и нагреваемый воздух проходят через рекуператор одновременно. Передача тепла в них от горячих газов нагреваемому воздуху происходит через стенку (металлическую или керамическую) при непрерывном движении с одной стороны стенки дымовых газов с другой стороны нагревающегося воздуха. В зависимости от температурных условий работы рекуператора стенки изготавливаются керамическими или металлическими.

 

Регенераторы

Регенератор представляет собой камеру, заполненную кирпичной многорядной решеткой (насадкой), выложенной из огнеупорных кирпичей, Кирпичи располагаются так, что между ними остаются проходы для газов.

Сначала через регенератор пропускают сверху вниз дымовые газы, а затем в обратном порядке воздух. В этот период насадка отдает воздуху ранее аккумулированное тепло. Время одного полного цикла работы регенератора слагается из двух периодов дымового и воздушного: причем для мартеновских регенераторов эти периоды равны между собой.

Продолжительность этих периодов (или частота перекидки клапанов) определяется следующими факторами:

1) степенью нагрева регенеративной насадки

В начале дымового периода температура насадки мала и перепад температуры между газами и кирпичами насадки наибольший. Постепенно насадка нагревается и разность температур уменьшается. Ко времени перекидки клапана температура насадки может находится на грани огнеупорности кирпичей;

2) изменением температуры воздуха, вызываемый постепенным охлаждением насадки во время воздушного периода.

Понижение температуры воздуха приводит к снижению температуры горения и снижает температуру печи. Поэтому для поддержания высокой температуры в печи нужно работать с частой перекидкой клапанов.

К насадкам предъявляются следующие требования:

1. Высокий общий коэффициент теплопередачи.

2. Минимальное аэродинамическое сопротивление.

3. Максимальная поверхность нагрева.

4. Минимальная склонность к засорению.

5. Необходимую прочность и стойкость при высоких температурах.

Кирпич для насадки применяют в основном шамотный, и лишь верхняя треть объема насадки (высокая температура) выкладывается из хромагнезитового кирпича.

У каждой печи устанавливают минимум два регенератора; при этом, когда через один идут дымовые газы, через другой пропускается воздух. Регенераторы работают в нестационарном режиме. Смена направления движения газа и воздуха производится при помощи перекидных устройств.

Подобная работа регенераторов определяет их основные недостатки:

1)    регенераторы не могут обеспечить постоянную температуру подогрева газа или воздуха; эта температура падает по мере остывания насадки;

2)    перекидка клапанов и непостоянство температуры подогрева воздуха ограничивает возможности использования автоматического регулирования и теплового контроля печи;

3)    при перекидке клапанов на какое-то время прекращается питание печи теплом;

4)    при подогреве в регенераторах газообразного топлива происходит вынос части горючего газа через дымовую трубу. К моменту перекидки клапанов весь регенератор заполняется горючим газом, а после перекидки весь этот объем уносится с дымовыми газами в трубу. Потери его достигают 5-6% от его полного расхода;

5)    необходимость в применении специальных механизмов – перекидных устройств;

6)    весьма большие объем и масса регенераторов.

Однако, несмотря на ряд очень серьезных недостатков, регенераторы применяют в настоящее время на высокотемпературных печах (доменные и мартеновские печи). т.к. они могут работать при весьма высокой температуре дымовых газов (1500-1600⁰С), при которой рекуператоры пока работать не могут.

Рекуператоры более прогрессивны и совершенны. Они свободны от большинства недостатков присущих регенераторам.

В тех случаях, когда тепло нецелесообразно отнимать у дыма и возвращать в рабочее пространство печи, рационально применять котлы-утилизаторы (котлы, производящие пар). Экономический эффект от их применения достигается за счет того, что на работу котлов не затрачивается топливо.

Часто такие котлы ставятся за регенераторами. Так, на мартеновских печах, где температура дымовых газов после регенераторов составляет 700-800⁰С, установка котлов-утилизаторов весьма рациональна (слайд 132).

 

Рекуператоры

По взаимному направлению потоков дыма и воздуха рекуператоры могут быть разделены следующим образом:

1) со встречным движением воздуха и дыма (противопоток);

2) с движением дыма и воздуха в одном направлении (прямопоток);

3) с перекрестным движением воздуха и дыма (перекрестный ток);

4) с комбинацией различных движений.

Исследования показали, что тип рекуператора с встречным током дает более высокую температуру нагрева воздуха благодаря более высокой средней разности температур, чем тип рекуператора с движением воздуха и дыма в одном направлении. Рекуператоры перекрестного и комбинированного тока в этом отношении занимают среднее место.

В отношении длительности службы в более выгодном положении оказываются рекуператоры с движением дыма и воздуха в одном направлении.

По конструктивным особенностям рекуператоры могут быть разделены на трубчатые (гладкие, ребристые, игольчатые), термоблочные и пластинчатые – все изготавливаются из металла – и, кроме того, фигурные, изготавливаются из фигурных кирпичей или целых керамических секций.

По методу передачи тепла от дыма к стенкам рекуператоры делятся на радиационные (главным образом — лучеиспускание) и конвективные (главным образом – методом конвекции). На стороне воздуха тепло передается от стенок к воздуху исключительно методом конвекции.

Основным требованием к материалу для рекуператоров является хорошая теплопроводность, поэтому металлические рекуператоры до 800-850⁰С всегда предпочтительней керамическим.

Керамические рекуператоры имеют ряд недостатков по сравнению с металлическими. Они занимают много места, обладают большой тепловой инерцией, имеют низкий коэффициент теплоотдачи и имеют неплотности, которые увеличиваются с течением времени и сильно снижают эффективность всей установки.

По применяемым материалам рекуператоры могут быть разделены на следующие типы:

 

Тип	Материал	Температура газов
Металлические	Сталь углеродистая	3500
	Чугун	5000
	Жароупорный чугун	700-8000
	Жароупорная сталь	9000 (10000)
Керамические	Шамот	13000
	Карборунд	15000

 

Применение фасонных кирпичей уменьшило, но не уничтожило пропуск воздуха. Единственное достоинство керамических рекуператоров заключается в том, что они допускают высокий нагрев воздуха (до 700-800⁰С).

Карборундовые рекуператоры лучше шамотных, т.к. обладают большим коэффициентом теплопроводности, но они значительно дороже шамотных.

Наиболее простые кирпичные рекуператоры выкладываются из стандартных шамотных кирпичей, но вследствие большого подсоса воздуха они применяются все реже.

В керамических рекуператорах, выложенных из фасонных кирпичей, дымовые газы пропускаются по каналам в фасонных кирпичах, а воздух идет между каналами перекрестным током.

Металлические рекуператоры бывают стальные или чугунные. Конструкция рекуператора должна обеспечить герметичность системы, недопустимость местных перегревов стенок, обеспечить условия для чистки поверхности нагрева и свободное расширение и сжатие элементов рекуператора при изменении температуры.

Конструкция должна обеспечивать скорость движения воздуха до 25 м/сек и газов до 10 м/сек.

Наиболее старой конструкцией являются чугунные трубчатые рекуператоры. Для повышения стойкости применяют чугуны типа силал (5-6% Si) и хромистые (12-16% Cr).

С целью увеличения поверхности нагрева на единицу объема применяют ребристые или игольчатые трубы.

Ребра и иглы в последнее время стали ставить только на стороне воздуха, т.к. на стороне дыма они быстро забиваются остатками несгоревшего угля, сажей.

В местах сочленения секций применяются уплотнения. Стальные жароупорные рекуператоры делаются трубчатыми и пластинчатыми. Трубы ввариваются только с одного конца, чтобы обеспечить термическое расширение, а с другого конца ставятся уплотнительные кольца. Трубы гладкие из цельнокатаных стальных труб. Газы проходят внутри труб, а воздух снаружи. Не все жароупорные стали пригодны для рекуператоров. Пригодны лишь стали достаточно пластичные при рабочих температурах (6% Cr; 16-18% Cr и 4-6% Cr и 0,6% Mo).

Использование тепла отходящих газов с высокой температурой осуществляется в радиационных металлических рекуператорах, представляющих собой два вертикальных концентрически расположенных цилиндрах. В центре и снаружи проходят продукты горения с температурой до 1400⁰С. Эти газы нагревают стенки цилиндра главным образом с лучеиспусканием. Между цилиндрами с большой скоростью движется воздух (до 100 м/сек). Нагрев воздуха от стенок цилиндра происходит за счет конвекции. В таких рекуператорах воздух может быть нагрет до 700-800⁰С.

Пластинчатые рекуператоры обычно делаются с вертикальными нагревательными поверхностями с целью уменьшения засорения пылью и сажей. Воздушную щель делают не более 12-15 мм, а газовую 30-50 мм. По узким щелям сверху вниз проходит воздух, а снизу вверх зигзагообразно движутся горячие газы. Пластинчатые рекуператоры более компактны, чем все остальные. Объем их иногда в 4 раза меньше трубчатых.

 

Рекомендуемая литература [1- 5]

 

Контрольные задания для СРС

1. Основные элементы конструкции печей [1 – 5, 7, 8]

 

 

 

Тема 9 Устройства для сжигания топлива (2 часа)

План лекции

1. Устройства для сжигания твердого топлива.

2. Устройства для сжигания жидкого топлива.

3. Устройства для сжигания газообразного топлива.

 

Часть печи, предназначенная для сжигания топлива, называется топливосжигающим устройством. Оно должно обеспечить подачу в рабочее пространство печи требуемого количества продуктов горения с заданной температурой, а также возможность регулирования расхода топлива.

Газообразное и пылевидное топливо сжигается посредством горелок, а жидкое – форсунок непосредственно в рабочем пространстве печи или в отдельных устройствах. Твердое кусковое топливо всегда сжигается на колосниковых решетках, вынесенных за пределы рабочего пространства печи (кроме вагранок).

В соответствии с этим все существующие в настоящее время топливосжигающие устройства можно разделить на следующие группы:

а) устройства для сжигания твердого топлива;

б) устройства для сжигания пылевидного топлива;

в) устройства для сжигания жидкого топлива;

г) устройства для сжигания газообразного топлива.

 

Устройства для сжигания твердого топлива

Их обычно называются просто топками.

Топки состоят из камеры, снабженной горизонтальной или наклонной колосниковой решеткой, разделяющей топку на две части. Верхняя часть является камерой горения, а нижняя служит для подвода воздуха под решетку в слой топлива, а также для сбора проваливающейся вниз золы.

На колосниковой решетке в слое топлива происходит выделение влаги и летучих продуктов, горение кокса и образование золы и шлака.

В камере и частично в рабочем пространстве печи горят летучие горючие продукты, выделившиеся из слоя топлива, унесенные газом мелкие частицы топлива.

В промышленных печах нашли применение простые, полугазовые и механизированные топки.

Литейные печи и сушила обычно снабжаются простыми топками с горизонтальными колосниками. Топливо (обычно уголь) загружается в такие топки слоем 150-250 мм на колосниковую решетку через дверцу. Часть топки, расположенная ниже колосниковой решетки, называется зольником, а выше – топочным объемом.

Воздух для горения поступает под колосники через зольник и проходит через слой топлива благодаря разности  давлений. Колосники обычно отливаются из чугуна и опираются на чугунные балки, заделанные в кладку.

Топочные дверки изготавливают литыми из чугуна. Конструкция их должна обеспечивать герметичное закрытие окна топок и легкое открывание дверок.

Дверки зольника изготавливают литыми или сварными. При искусственном дутье зольник должен быть закрыт дверкой герметично, чтобы предотвратить выдувание воздуха из него.

После загрузки очередной порции топлива преобладают процессы подогрева топлива и его подсушки.

Затем следуют процессы возгонки летучих и горение их в топорной камере наряду с горением кокса в слое. В этот момент в топке устанавливаются наиболее высокие температуры. В момент перед загрузкой очередной порции топлива протекает последний этап горения – дожигание твердых горючих. В этот момент температура снижается и остается пониженной при процессах подогрева и подсушки топлива.

Основные недостатки топок с горизонтальными колосниками:

1. Изменчивость температурного режима во времени;
2. Высокий коэффициент избытка воздуха из-за несовершенства процесса горения топлива;
3. Ограничение возможности подогрева воздуха;
4. большие затраты труда на обслуживание.

Более равномерно горение протекает в топке со ступенча­тыми (наклонными) колосниками. Угол наклона колосников делается несколько меньше угла естественного откоса топлива (30-35°). На верхней наклонной части решетки топливо подсушивается и те­ряет часть летучих. Горизонтальная часть колосников служит для дожигания топлива, не сгоревшего на наклонной части.

По мере сгорания топлива на нижней части колосников часть проталкивают либо сверху либо через зазоры между ступеньками.

На таких решетках в разных частях решетки одновременно протекают различные стадии горения топлива и работа топки полу­чается более равномерной. Такие решетки наиболее пригодны   для сжигания мелкого кускового топлива.

Полугазовые топки —   обеспечивают постоянство температур­ного режима и стабилизации процесса горения.

Топливо в полугазовых топках сжигается толстым слоем, вы­сота которого для углей составляет 200-400 мм. Обязательным ус­ловием работы полугазовой топки является двойной подвод воздуха.

Непосредственно под колосники дается 60-70% воздуха, необ­ходимого для горения. Этот воздух называется первичным.

Остающийся, вторичный воздух подводится в рабочее пространство соплами со скоростью 20-40 м/сек.

При работе такой топки над колосниками получается газ, со­держащий СО и летучие. Этот газ эжектируется вторичным воздухом в рабочее пространство, смешивается с ним и сгорает. Часто вто­ричный воздух подогревается. При этом в рабочем пространстве по­лучается более высокая температура, а работа самой топки прохо­дит при пониженных температурах, что увеличивает срок службы.

Первичный воздух иногда увлажняют. Пары воды, проходи через раскаленное топливо, разлагается по реакции:

Н₂О + С =Н₂ + СО и обогащают газ горючими составляющими.

Кроме того, они снижают температуру в топке и разрыхляют топливо. Хорошее перемешивание газа с воздухом, более устойчивая работа топки позволяют снизить коэффициент избытка воздуха до η = 1,05 — 1,15. Это приводит к снижению потерь с отходящими газами и уменьшению окисления нагреваемого металла.

Полугазовые топки экономичны, обеспечивают более высокую производительность печи и могут быть применены для сжигания бу­рых и газовых углей.

Механизированные топки — обеспечивают лучшее сжигание топлива, облегчают условия обслуживания печей. В таких топках топли­во подается метательными лопатами, питающими барабанами, шнеками, качающимися колосниками и т.д.

Несмотря на ряд преимуществ, механические топки применяются пока только в котельных установках.

 

Устройства для сжигания жидкого топлива

Использование жидкого топлива в промышленных печах позволя­ет получить хорошо светящийся факел и высокие температуры. Высо­кая теплотворная способность, удобство транспортировки отсутствие золы и невысокая влажность жидкого топлива — все это способствует его широкому применения в качестве источника тепловой энергии.

Весь процесс горения жидкого топлива можно разбить на сле­дующие пять стадий:

1) распыление жидкого топлива;

2) испарение топлива;

3) расщепление тяжелых углеводородов под действием высокой темпе­ратуры;

4) смешивание полученных газообразных и жидких продуктов с возду­хом;

5) горение смеси жидкой и газообразной фаз.

Сжигание жидкого топлива осуществляется с помощью форсунок, в которых происходит распыливание жидкого топлива и смешение его с воздухом.

В качестве жидкого топлива в основном применяется мазут. Распылением мазута достигается превращение его в дисперсное сос­тояние, приближающееся к газообразному. Сущность процесса распы­ления сводится к разрушению струй жидкости и   превращение ее в мельчайшие капли (0,08- 0,15 мм). Чтобы обеспечить хорошее распыление и сжигание мазута необходимо его подогревать до температуры не ниже 70°С.

По способу распыления все форсунки делятся на две большие группы низкого и высокого давления.

В форсунках низкого давления  в качестве распыли­теля служит вентиляторный  воздух с давлением (300-900 мм вод.ст,),

причем весь воздух, необходимый для горения, подается через форсунки в виде распылителя.

Форсунки низкого давления, в которых применяют подогрев воздуха до 300°С, применяют на различных нагревательных печах. Их преимущество — в более полном сгорании мазута за счет участия  большой массы воздуха в распыливании.

В форсунках высокого давления  в качестве рас­пылителя применяют компрессорный воздух (6-8 атм.) или водяной пар (6-13 атм.). Этот воздух составляет всего 7-12%  от всего количества воздуха, необходимого для горения. Остальной воздух проходит по специальным каналам, не смешиваясь предварительно с жидким топливом. Если же применяют пар в качестве распылителя, то весь воздух подают в виде вторичного.

Поскольку вторичный воздух можно подогревать до высоких температур (до 1200°С), форсунки высокого давления применяют  в высокотемпературных печах .

В настоящее время форсунки типизированы, что  позволяет выбирать их в зависимости от требуемой производительности. В ли­тейных цехах применяются только форсунки низкого давления. Их производительность 25-95 кг/час мазута.

Форсунки высокого давления — от 3 до 450 кг/час.

 

Устройства для сжигания газообразного топлива

Их называ­ют горелками. При использовании газообразного топлива есть возможность использовать для горения, не только подогретый воздух, но и по­догретый до высоких температур газ.

Чтобы  сжечь газ, необходимо предварительно смешать его с воздухом и подогреть эту смесь до температур горения. Прогрев смеси и горение газа протекают очень быстро, поэтому лимитирующим процессом горения газообразного топлива является процесс смешения.

По способу смешения газа с воздухом горелки делят на две большие группы:

— с полным предварительным смешением газа и воздуха;

— с внешним смешением. Существуют горелки с частичным предва­рительным смешением газа и воздуха.

К первой группе относят такие горелки, которые обеспе­чивают полное смешение газа и воздуха еще до их выхода в печь. В этом случае в зону горения печи подают заранее подготовлен­ную горячую смесь, процесс горения носит кинетический характер (т.e. продолжительность смесеобразования несоизмеримо меньше дли­тельности горения τ_см << τ_г   ). Такие горелки   часто называют беспламенными, т.к. заранее подготовленная газо-воздушная смесь сгорая, почти не дает видимого пламени. Беспламенные горелки дают факел о малой излучательной  способностью» В случае, когда длительность смесеобразовария τ_см >> τ_г,    весь процесс происходит в диффузионной области. Диффузионное горение встречается на практике  при применении горелок с внешним смешиванием гaзa и воздуха.

Таким образом, при диффузионном горении смесеобразование происходит в одном объеме с горением и образуется хорошо видимое пламя. Такие горелки называются — пламенными.

Газовые горелки подразделяются также по давлению газа, требуемого для их нормальной работы, на две группы:

— горелки низкого давления (до 100 мм вод. ст.)

— горелки высокого давления (свыше 500 мм вод. ст.)

Наибольшее распространение имеют пламенные горелки низ­кого давления и беспламенные горелки высокого давления.

 

Рекомендуемая литература [1 – 5, 7, 8]

 

Контрольные задания для СРС

1. Устройства для сжигания пылевидного топлива [1 – 3, 5]

2. Пламенные и беспламенные горелки [1 – 3, 7]

 

Тема 10 Печи для плавки чугуна     (2 часа)

План лекции

1. Вагранка.

 

Вагранка является  основным плавильным агре­гатом в  чугунолитейных цехах. Высокая производительность на еди­ницу занимаемой площади и низкая себестоимость чугуна позволяют вагранке успешно конкурировать с электропечами для плавки чугуна.

Переплавляемая шихта,  включающая чугун, лом, флюсы и кокс, используемый в качестве топлива, загружается в виде кусков в футерованную шахту цилиндрической формы и, располагаясь в ней плотным слоем, медленно перемещается вниз под действием силы тя­жести.

Воздух вдувается в нижнюю часть шахты через фурмы и расходуется для сжигания кокса.  Расплавление металлической шихты происходит за счет выделяющегося тепла. Образовавшиеся продукты горения проходят вверх, фильтруются через слой шихты и отдают ей тепло. Расплавленный чугун стекает в горн, находящийся внизу шахты, и  выпускается через отверстие (летку) либо в ковш, либо в копильник.

Вагранка представляет собой плавильную печь шахтного типа. На рис.1  схематически изображена типовая вагранка с копильником. Конструкция ее довольно проста. Вертикальный цилиндрический кожух 9, изготовленный из листовой стали тол­щиной 8—12 мм, установлен на подовой плите 18. Внутри кожух футеруется огнеупорным материалом 10. Толщина футеровки 250—300 мм. Подовая плита установлена на четырех колон­нах 19. В центре подовой плиты имеется круглое отверстие для удаления остатков плавки.

Отверстие закрывается двумя полу­круглыми дверцами 21, подвешенными на петлях. Специальный затвор не дает возможности дверцам раскрыться. Иногда двер­цы подпираются снизу еще стойкой 20. В кожухе вагранки выре­заются отверстия для загрузочного окна 12, рабочего окна 15, фурм 7, соединительной летки 6.

Часть кожуха от загрузочного окна до подовой плиты назы­вается шахтой 13. Часть кожуха, расположенная выше загрузоч­ного окна, называется трубой 11. Ниже загрузочного окна на 0,8—1,2 м шахта выкладывается не огнеупорными, а чугунными пустотелыми блоками, которые лучше противостоят ударам за­гружаемого металла. Набивка пода 17 и розжиг

 

Рис. 1 Конструкция вагранки с копильником

 

вагранки дро­вами производится через рабочее окно, которое перед началом плавки плотно закрывается дверцей 16. Копильник 4 предназ­начен для сбора необходимого количества жидкого чугуна. Ко­пильник, как и вагранка, имеет кожух и футеровку. Жидкий металл из вагранки поступает в копильник через летку 6. Металл из копильника выпускается через летку 2 по желобу 1; шлак — через шлаковую летку 3. Съемный свод 5 облегчает условия ре­монта.

Воздух вначале поступает в фурменный пояс 8 и затем по патрубкам направляется к фурмам. Шиберы 14, установлен­ные на патрубках, позволяют регулировать расход воздуха на фурмы. На верхней части дымовой трубы, выходящей из здания, устанавливается искрогаситель, предназначенный для улавливания раскаленных частиц и пыли, выбрасываемых из вагранки во время работы.

Важнейшими мероприятиями по интенсификации ваграночного процесса являются применение кислорода и использование тепла уходящих газов для подогрева дутья.    При обогащении дутья кис­лородом уменьшаются потери тепла с уходящими газами.

Кислород может вводиться либо в воздушную коробку, либо непосредственно в фурмы.    Применение кислородного дутья повыша­ет температуру чугуна на 80 … 100°С, производительность вагранки на 40…50% и   снижает расход кокса на 20 … 30%  за счет , более полного горения топлива.

Стремление к снижению расхода кокса за счет частичной за­мены его дешевым природным газом привело к созданию коксогазо­вой вагранки. Расход кокса снижается до 50%, а тем­пература жидкого чугуна повышается до 1500°С

Расплавленный чугун разливается в  ковши ручные, открытые крановые и барабанного типа.

 

Рекомендуемая литература [1 – 3, 5]

 

Контрольные задания для СРС

1. Тепловая работа вагранки [1- 3, 5]

2.  Газовые вагранки [1 – 3, 5]

 

Тема 11 Электрические индукционные печи (2 часа)

План лекции

1. Канальные печи.

2. Тигельные печи.

 

В индукционных плавильных печах создаются условия для по­лучения более чистого металла, чем в пламенных печах, где источ­никами загрязнения могут служить газы, а в дуговых печах (электроды). В индукционных печах металл перемешивается за счет электродинамических усилий и во всей массе поддерживается высокая температура. Индукционная печь обеспечивает наименьший угар ме­талла.

Индукционные печи подразделяются на канальные печи или
печи со стальным сердечником и тигельные или бессердечниковые
печи.

Основным отличием индукционной канальной печи, т.е. печи со стальным сердечником, является относительно узкий заполнен­ный жидким металлом канал, который окружает индуктор.

Эти печи делят на два типа:

1) с открытым горизонтальным каналом, который в тоже время представляет и плавильное пространство печи;

2) с закрытым   каналом, в которых  плавильное пространство  отделено от нагревающего узкого канала.

Печи с открытым каналом получили промышленное применение

в 1901г. В настоящее время они почти не эксплуатируются. Это

печи непосредственной индукции,  т.к. металл в   них плавится за счет тепла, выделяемого непосредственно индуцированным  в нем током.

Печь с закрытым каналом, получила промышленное применение с 1914г. и распространена широко для плавки цветных металлов.

Устройство ее отличается от устройства печей с открытым ка­налом тем, что электроэнергия индуцируется в металле канала печи, садка же плавится вследствие циркуляции металла:  холодный — в канал, а горячий наверх из канала.

По принципу работы индукционная печь со стальным сердечни­ком является своеобразным трансформатором: первичная обмотка которого насажена на стальной сердечник, а вторичная совмещена с нагрузкой и представляет собой замкнутое кольцо расплавленного металла.

В печах с закрытым каналом необходимо применять специальную футеровку, получившую название подового камня, в котором пре­дусмотрен узкий канал соответствующей формы  и сечения.

В этих печах в канале всегда должен оставаться металл, что­бы обеспечить питание течи током.   Отсюда основной недостаток — можно плавить только сплав определенного состава, а переходить на другой состав очень сложно. Второй недостаток — это то, что можно плавить сплавы со сравнительно невысокой температурой плавления.

Преимуществами печей с закрытым каналом перед другими электропечами являются:

1) Интенсивная циркуляция металла ускоряет процесс плавки и обеспечивает получение однородного состава.
2) Угар металла в этих печах ниже, чем в каких-либо других.

Объясняется это тем, что металл нагревается в них изнутри к по­верхности, Вследствие этого пары летучих низкотемпературных ме­таллов, например, цинка, поднимаясь вверх из канала, соприкаса­ются с более холодными массами металла, охлаждаются, конденси­руются и остаются в садке.

Эти печи особенно распространены на плавке медно-цинковых сплавов. Индукционные печи со стальным сердечником и закрытыми каналами изготовляют на емкости от 200 кг до нескольких  десятков тонн.

В канальных печах  вокруг индуктора с зам­кнутым магнитопроводом (сердечником) выкладывают концентрический (горизонтальный или вертикальный) узкий кольцевой канал из огнеупорного материала. Канал должен быть заполнен расплавленным ме­таллом,  чтобы образовать замкнутое электропроводное кольцо.

Индукционные тигельные печи при плавке немагнитной шихты, т.е. цветных металлов и их сплавов, а также магнитной шихты выше точки Кюри, представляют собой трансформатор, первичной обмоткой которого является медный индуктор, а вторичной – загруженная в тигель металлическая шихта.

Принцип работы печи основан на поглощении электромагнит­ной энергии материалом    садки, которая заложена в  тигель, поме­щенной в  переменное электромагнитное поле. Нагрев и расплавление металлической шихты происходит в результате наведения электри­ческого тока и выделения тепла в кусках металла. Наибольшая плот­ность тока в жидкой ванне будет в слое, прилегающем к стенкам тигля, а наименьшая — в центральной части    садки.

Печь этого типа чрезвычайно проста. Вся установка состоит из преобразователя частоты, конденсаторной батареи, тигля, ин­дуктора и поворотного механизма.

Для получения чистого металла с  высокими свойствами приме­няются установки для плавки в вакууме.

Загрузка крупных индукционных печей осуществляется корзина­ми с раскрывающимися днищами. В корзины заранее загружается шихта а, затем они подаются в печь и шихта аккуратно выкладывается на  подину.

Тигель изготовляется из огнеупорной массы. Для основной футеровки применяется смесь магнезита или доломита с мелкомоло­тым мартеновским шлаком и добавкой 3%  огнеупорной глины;  для кислой футеровки — смесь кварца с 1,5% борной кислоты.

Просушенный тигель прокаливают током, индуктируемым внутри железного шаблона, который оставляют в тигле. Печи могут рабо­тать от промышленной частоты от 50  до 10 000 Гц. Чем выше ем­кость печи, тем ниже частота.

Главным недостатком работы индукционных плавильных печей является низкая температура получаемого в ней шлака. Поэтому эти печи используют в основном для переплавки легированных от­ходов и   выплавки сталей из чистых шихтовых материалов.

Кроме того,   при плавке в центре зеркала ванны создается выпуклость металла. В результате шлак оттесняется к стенкам печи. Попадая на стенки тигля, шлак разъедает футеровку или обра­зует наросты, затрудняющие обслуживание печи. Чтобы сохранить шлак на зеркале металла, приходиться расходовать повышенное количество шлака. Для устранения  этого изменяют положение ин­дуктора по отношению к металлической садке, либо применяют трех­фазные печи. В обоих случаях меняется характер движения металла. Поэтому зеркало ванны становится из выпуклого плоским или вог­нутым.

Преимущества индукционных  тигельных печей позволяют на­иболее эффективно применять  их при выплавке  из отходов высоколегированных и малоуглеродистых сплавов при минимальных потерях легирующих  элементов.

Благодаря быстроте плавки и возможности выдачи металла из печи небольшими порциями в равные промежутки времени эти печи очень выгодны, в производстве мелкого стального литья. Большее количество литья удается получать на сравнительно малых площа­дях.

Тигельная печь по конструкции проще канальной, но сложнее и дороже как электрическое устройство.

По сравнению с канальными печами,   тигельная    характеризуется рядом преимуществ:

1) огнеупорный тигель простой формы может работать при более вы­соких температурах, чем узкий открытый канал;

2) легче происходит плавка холодной шихты, особенно на   повышен­ной частоте;

3) более высокая удельная мощность при плавке;

4)  замена футеровки дешевле и проще;

5) легко переходить с одной марки сплава на другой.

 

 

Рис 2 Индукционная тигельная печь

а- средней емкости; б – большой емкости.

1-футеровка, 2- сигнализатор контроля состояния футеровки;

3 – индуктор; 4 – корпус печи; 5 – свод; 6 – механизм подъема и поворота

свода; 7 – внешний магнитопровод; 8 – механизм наклона печи

 

К недостаткам тигельной печи следует отнести:

1) более низкий КПД;
2) более высокую стоимость;
3) более сложное обслуживание, т.е. необходимость более высокой квалификации обслуживающего персонала.

 

Рекомендуемая литература [1 – 5, 7, 8]

 

Контрольные задания для СРС

1. Электронно-лучевые печи [4, 8]

Тема 12  Дуговые печи (2 часа)

План лекции

1. Печи для плавки цветных металлов и сплавов.

2. Дуговые сталеплавильные печи.

 

Для плавки цветных металлов на медной основе при­меняют электрические дуговые печи с независимой электрической дугой косвенного действия. Питаются они однофазным переменным током от специального трансформатора, включенного в сеть высо­кого напряжения. Это печи типа ДМ.

Температуру внутри печи регулируют изменением силы тока в цепи, сближая или, отдаляя электроды. Рабочей камере печи при­дана бочкообразная форма, что позволяет лучше использовать эк­ран дуги.

Печи ДМ качающиеся,  поэтому они дают однородный по сос­таву и равномерно нагретый металл. Емкость этих печей 250 кг – ДМ  — 0,25 и 500кг — ДМ — 0,5, бывают и 1000 кг. Электрический ток подводится к электродам при помощи гибких кабелей. В   пе­чах емкостью до 500 кг передвижным делается только один элек­трод, а в печах 500 кг и выше  — оба электрода передвижные.

Печь футеруется высококачественным шамотным кирпичом. Основной недостаток этих печей — угар металла 6 …7%.

Для плавки черных металлов применяют трехфазные электри­ческие печи с дугой прямого действия. Они применяются для кисло­го и основного процесса. Могут служить для дуплекс-процесса (ваг­ранка + эл .печь).

Емкость печей от 0,25т – ДС  — 0,25 до ДСП – 200 — 200т. Все печи этого типа работают на угольных, графитовых   или комби­нированных электродах.

У печей ДС вертикально расположенный кожух выложен внутри теплоизоляционным и огнеупорным кирпичом. Свод (из динаса или хромомагнезита) опирается на кольцо швеллерного сечения. Печь имеет два окна: большое для загрузки и меньшее для слива ме­талла. Металлоконструкции этих окон охлаждаются водой. Наклон печи осуществляется при помощи двух зубчатых секторов. Ток подводится к электродам через бронзовые зажимы, охлаждаемые во­дой. Угол наклона —
40-45⁰. Загрузка печей, начиная с 3 т., делается механизированной. Свод печи остается на месте, а кор­пус отъезжает. Шихта подается в специальных корзинах с раскры­вающимся днищем. Есть и системы печей с отворачивающимся и отъезжающим ово­дом.

Рис. 3 Дуговая электрическая печь

1 – угольные или графитовые электроды; 2 – направляющие колонны;
3 – проводники тока; 4 – каретки; 5 – электрододержатели; 6 – электронные
холодильники; 7 – тросы; 8 – механизм перемещения каретки;

9 – стальной кожух; 10 – набивной под; 11 – выпускное отверстие (летка);
12 – опорные зубчатые рейки; 13- зубчатые секторы; 14 – шарнирная гайка;

15 –съемный свод; 16 – рабочая площадка; 17 – дверка рабочего окна;

18 – шпиндель; 19 – электродержатель базового механизма наклона.

 

Рекомендуемая литература [1 – 5, 7, 8]

 

Контрольные задания для СРС

1. Плазменно-дуговые печи [4, 8]

 

Тема 13  Электрические печи сопротивления (2 часа)

План лекции

1. Принцип работы печей.

2. Разновидности электрических печей сопротивления.

 

Известно, что при включении проводника в электрическую
цепь в нем выделяется тепло. Количество выделяющегося тепла
оп­ределяется закона Джоуля-Ленца. Этот принцип исполь­зуется в печах сопротивления.

Электрические печи сопротивления — применяются в основном для плавки цветных сплавов на алюминиевой   основе. Это печи САН (наклоняющиеся) и САК (камерные). Емкость печей САН от 300кг до 3 т., печей САК 150 и
250 кг. Металл нагревается нихромовыми и хромалевыми спиралями, заложенными в специальные пазы свода, сделанного из фасонных кирпичей. Спирали могут включаться в нор­мальную заводскую сеть напряжением 380 или 220 В. Монтируются они секциями и их можно менять, не останавливая печь. Передача тепла – излучением.

В печах САН жидкий металл выливается через носок при накло­не печи, а в печах САК — металл выбирают черпаком через   разда­точное окно (установлен непосредственно у кокильных машин).

Кожух у этих печей горизонтальный — прямоугольный   у печей типа САК и полуцилиндрическйй у печей типа САН.

Печь САН внутри разделена на 3 зоны: две плавильные каме­рыи  металлосборник.  Против  середины металлосборника с одной   стороны расположено сливной окно, а с другой — смотровое. Загру­зочные окна расположены на торцевых стенках.

Есть  печи сопротивления, в которых металл подогревается в графитовых тиглях. Они  применяются для плавки магниевых, цин­ковых и других легких сплавов, а могут также применяться для плавки и подогрева алюминиевых и медных сплавов.

 

Рекомендуемая литература [1 – 5, 7, 8]

 

Контрольные задания для СРС

1. Молекулярная теплопроводность  [1, 2]

 

Тема 14  Термические печи и сушила (2 часа)

План лекции

1. Термические печи для термообработки отливок.

2. Сушила литейных цехов.

 

Нагревательные печи классифицируются по трем основным приз­накам
1) по технологическому назначению (отжиг, нормализация, закалка отливок из чугуна, стали и цветных сплавов).

2) по способу механизации загрузки, выгрузки и движения деталей
в печи.

3) по источнику тепловой энергии и способу передачи тепла от­ливкам.

 

Термические печи для термообработки отливок

Термическая обработка стальных отливок производится либо при 900 — 950°С для нагрева углеродистых сталей под закалку и нор­мализацию, либо при 700° ± 10°С для получения ферритной струк­туры,  либо при 500 — 650°С для снятия внутренних напряжений.

Для этих целей применяются как топливные, так и электри­ческие печи. Наибольшее распространение получили для индивиду­ального и мелкосерийного производства камерные периодические печи с выдвижным подом, а для массового производ­ства туннельные печи непрерывного действия.

Отжиг мелких отливок производится в коробах, установленных на выдвижном поду или подвешенных на конвейере.

Периодические печи..

1. Камерные печи — применяются для термообработки мелких и средних отливок. В настоящее время распространены только на неболь­ших заводах и в ремонтных цехах. Наиболее характерной конструк­цией камерной термической печи является печь с подподовой топкой. Такое расположение топки позволяет ускорить нагрев изделий, т.к. тепло подводится к металлу дополнительно со стороны теп­лой подины.

Закрытая топка обеспечивает защиту металла от перегрева, а наличие двух щелей в своде топочной камеры позволяет осу­ществлять естественную циркуляцию газов благодаря инжектирующему действию струи факела пламени.

Печь с выкатным подом это  наиболее распро­страненная конструкция.

В печах с выкатным подом топки располагаются вдоль боковых стен. Для обеспечения нагрева изделий снизу на подине устанавли­ваются подставки высотой 300- 300мм. Изделия укладываются  на эти подставки, а горячие газы циркулируют под изделиями.

Рабочее окно закрывается или подъемной заслонкой, или парапетом (стенкой), установленным на подине. Установка парапета упрощает конструкцию печи, но требует тщательной закладки щелей между парапетом  и кладкой печи.

КПД периодических печей составляет 10-20%, а удельная про­изводительность 100-120 кг/м²  час.

Непрерывно действующие печи

I. Проходные толкательные печи — служат для нагрева при термо­обработке мелких и средних стальных отливок. Нагреваемые изде­лия укладываются на поддоны и при помощи толкателя продвигаются  вдоль печи по жароупорным направляющим.

2. Конвейерные печи — по своей тепловой схеме ничем не отличаются от проходных печей, но отливки передвигаются вдоль печи с по­мощью конвейера. Конструкций конвейерных печей много, но основных типа — два: печи с открытым  и  с закрытым конвейером.

В печах с открытым конвейером тяговый орган конвейера на­ходится в рабочем пространстве печи, а с закрытым   — скрыт в ще­лях пода печи, а в рабочее пространство выступают только съем­ные опорные гребни из жароупорной стали, на которых располагают­ся нагреваемые отливки.

3. Туннельные печи — состоят из коридора, по которому продвигают­ся вагонетки с уложенными на них отливками. Продвижение вагоне­ток осуществляется с помощью толкателя. Производительность сос­тавляет до 180 т/сутки.

Туннельные печи.

По методу передачи тепла и принципу работы туннельные пе­чи являются прямой противоположностью камерным печам. Продвигаясь по вагонеткам по печи, отливки в разных ее частях проходят необходимые стадии назначенного температурного режима, т.к. температура в различных ее частях различна.

До последнего времени распространены туннельные муфель­ные печи типа Дресслера.

Сушила литейных цехов

Сушила ямного типа — сооружаются в литейных цехах для сушки круп­ных форм. Сушило представляет собой камеру, расположенную ниже уровня пола цеха. Загрузка опок в камеру производится  краном сверху при снятых секциях свода. Нижний ряд опок укладывается на стеллажи, следующие укладываются одна на другую с металлическими прокладками между ними.

Сушило отапливается газом. Продукты горения из нижней час­ти топочного пространства поступают через каналы в рабочее про­странство сушила и, проходя между опоками, остывают и насыщаются влагой. Затем поступают в боров и дымовую трубу.

Камерные сушила.

В камерных сушилах старого типа без рециркуляции горящие газы из топки проходили через судшила и затем уходили в трубу. В таких сушилах был большой перепад температур по высоте и длине камеры и совершенно недостаточно использовалась влагопоглотительная   способность дымовых газов.

Впервые в истории техники Грум-Гржимайло создал применяю­щейся и теперь тип камерных сушил с естественной рециркуляцией.

В сушилах, созданных Грум-Гржимайло, газы из топки пода­ются в продольные каналы (+), по которым через отверстия, рас­положенные по всей длине этихканалов, поднимаются  вверх, где, соприкасаясь с нагреваемыми стержнями и  испаряя влагу, охлаж­даются и опускаются вниз. Меньшая часть газов уходит в канал (-), соединенный с трубой , а большая часть, смешиваясь с горя­чими  газами, вновь поднимается вверх, осуществляя рециркуляцию.

Такие сушила с естественной рециркуляцией в последнее вре­мя были усовершенствованы путем искусственного усиления рецир­куляции. Это достигается как усовершенствованием ввода горящих газов в сушило, так и установкой вентилятора.

Камерные сушила оборудуются выкатными тележками, выкатными этажерками, выдвижными и поворотными полками.

Переносные сушила — в настоящее время в основном отапли­ваются  газом  и представляют собой одну    или несколько газовых горелок, установленных на специальном кожухе  закрывающем по­верхность формы.

Раньше такие сушила, отапливались твердым  топливом и пред­ставляли собой громоздкую и неудобную конструкцию.

Сушила непрерывного действия

Периодически действующие сушила имеют ряд недостатков. Ка­мерное сушило охлаждается после каждого цикла сушки. В результа­те тратится излишнее тепло на его нагрев при следующем цикле.

В сушилах непрерывного действия эти недостатки отсутству­ют. В них изделия медленно передвигаются внутри сушила, которое работает при постоянном тепловом режиме и постоянных   температу­рах в различных его зонах. В процессе работы тепло не расходует­ся на прогрев стенок сушила.

Горизонтально конвейерные сушила

Сушильная камера таких суки представляет собой длинный коридор, вмешавший движущийся горизонтально конвейер. На подвес­ных этажерках этого конвейера устанавливают стержни. Внутри су­шила конвейер поворачивается  в горизонтальной плоскости, делая от двух до четырех оборотов.

Подвод топочных газов в сушильную камеру делается снизу, а отвод —  вниз при помощи системы железных коробчатых дымоходов и  вверх через отверстия в  перекрытии сушила.    Все дымовые газы собираются  в общий коллектор, установленный на крыше сушила,  из которого они  поступают в дымовую трубу. Если естественной тяги не хватает, устанавливается вентилятор. Сушило может отапливать­ся твердым, жидким и газообразным топливом.

Недостатком сушил данного типа является неравномерность просушки стержней по высоте этажерки: на нижних полках сушка происходит интенсивнее, чем на верхних;  возможен пережог; от­сутствует рециркуляция.

Преимуществом — является постепенный нагрев и охлаждение стержней в процессе сушки; возможность создания поточности и высо­кая производительность — до 15 т/час.

Вертикальные конвейерные сушила — так же, как и горизонтальные представляют собой металлоконструкцию с кон­вейером в вертикальной плоскости. Сушило может также работать на любом виде топлива. Производительность их от 0,5 до 1,5т/час.

Недостатком является то, что этажерки с сырыми стержнями поступают в рабочее пространство сушила в непосредственной  бли­зости с топкой, поэтому стержни сразу же подвергаются воздей­ствию газов высокой температуры. Поэтому  в вертикальных суши­лах   массивные стержни сушить нельзя.

 

Рекомендуемая литература [1, 2, 5]

 

Контрольные задания для СРС

1. Печи, применяемые при отжиге на ковкий чугун [1- 5]

2. Сущность процесса сушки материалов [1]

 

Тема 15  Защита окружающей среды от выбросов тепловых агрегатов литейного производства (2 часа)

План лекции

1. Источники загрязнения окружающей среды.

2. Способы сокращения вредных выбросов.

 

Литейное производство является одним из наиболее вредных для экологической среды. При производстве 1 т отливок в атмосферу выбра­сывается от 10 до 75 кг пыли, более 150 кг окиси углерода, до 1 кг окислов серы и ряд других вредных веществ. Значительная часть этих выбросов приходится на долю плавильных агрегатов. Так, при получении 1 т жидкого металла плавкой в вагранке в отходящих газах содержится 10… 13 г/м³ пыли, 10…15% СО; при индукционной плавке — 0,1 г/м³ пыли, а при плав­ке шихты со стружкой это количество увеличивается в несколько раз. В дуговых печах в отходящих газах содержится до 10 г/м3 пыли, тогда как предельно допустимое содержание пыли при выбросе в атмосферу составляет 30 мг/м³, а СО — не более 0,1%

Для уменьшения содержания СО в отходящих из печи газах возмо­жен только один путь — дожигание СО до С0₂. В вагранках дожигание ведется или у завалочного окна с помощью специальных горелок, или в воздухонагревателях. В дуговых печах дожигание СО происходит в отводных патрубках, которые крепятся к сводовому коль­цу, а между патрубком и стационарным газоходом устанавливается зазор 50…80 мм для подсоса холодного воздуха, который снижает температуру газов и дожигает СО.

Для осаждения наиболее крупных частиц пыли (более 40 мкм) обычно применяют сухие или мокрые инерционные пылеосадители и скрубберы различных конструкций. Наибольшее распространение нашли циклоны и мультициклоны, которые при температуре газов более 673 К футеруются. В тех цехах, в которых имеется система гидрошламоудаления, для пред­варительной очистки газов применяются мокрые пылеосадители. Тонкая очистка газов представляет большие трудности из-за наличия мелких фракций и пленок органических веществ на поверхности частиц. Наиболее широко для тонкой очистки пыли используют турбу­лентные скоростные мокрые пылеуловители, тканевые рукавные пыле­осадители,  дезинтеграторы,  а  также сухие  и  мокрые  электрофильтры.

В странах СНГ  наибольшее распространение получили мокрые пылеуловители с эжекторными трубами Вентури, имеющие КПД 96…97% и обеспечивающие остаточное содержание пыли 0,1…0,15 мг/м³. Газы про­ходят через горловину трубы Вентури с небольшой скоростью (10… 15 м/с), а вода подается в газовый поток с большой скоростью. Разные скорости, воды и газов, порозность водяного факела и определенный угол его раскрытия обеспечивают коагуляцию пыли на каплях воды и эжекцию газового потока. Установка с трубами Вентури обладает высокой надежностью в работе, проста в эксплуатации и не имеет в линии трубопроводов участков, находящихся под разряжением, что исключает возможность образования в них взрывоопасной газовой  смеси.

На дуговых печах для очистки газов от пыли применяются также и слоевые фильтры, наполненные доломитовым порошком определенной фракции. При прохождении газов через слой порошка газы очищаются от пыли и дымососом выбрасываются в атмосферу. Доломит периодически очищается от пыли на грохоте и вновь подается в слоевой фильтр.

Применение упомянутых методов очистки выбросов печей литейного производства позволяет снизить уровень содержания вредных примесей
и пыли в атмосфере цехов и окружающей заводы жилой среды до уровня, установленного ГОСТ 17.2.3.02—78, что необходимо при использовании

современного печного оборудования в цехах, находящихся на городских
территориях.

 

Рекомендуемая литература [1- 5]

 

Контрольные задания для СРС

1. ПДК выброса вредных веществ [1- 5]

2. Современные методы очистки выбросов плавильных агрегатов [ 5].

 

 

5 Методические указания для выполнения лабораторных работ

 

Лабораторная работа №1

Определение газопроницаемости огнеупорных материалов. (2 часа)

 

Порядок выполнения работы

1. Ознакомиться с методикой определения газопроницаемости.
2. Определить газопроницаемость 2-3 образцов из различных огнеупорных материалов.

3. Определить коэффициенты газопроницаемости.

 

Контрольные вопросы

1. Что такое газопроницаемость?
2. Какова должна быть газопроницаемость огнеупорных материалов?
3. Устройство прибора для определения газопроницаемости.
4. Как производится расчет коэффициента газопроницаемости материала?

 

Рекомендуемая литература [1, 6]

 

Контрольные задания для СРС [1 — 8]

1. Альтернативные способы определения газопроницаемости.

 

Лабораторная работа №2

Работа дымовой трубы. (2 часа)

 

Порядок выполнения работы

1. Ознакомиться с экспериментальной установкой.
2. С помощью газовой горелки произвести нагрев печи.

3. Измерить температуру газов и величину разряжения у основания трубы при высоте 1,2 м; 2,0 м; 2,5 м.

4. Полученные данные свести в таблицу.

5. Сравнить экспериментальные и расчетные данные.

 

Контрольные вопросы

1. Для чего предназначена дымовая труба?
2. Как определяется высота дымовой трубы?
3. Что такое разряжение?
4. Как определяется разряжение, создаваемой дымовой трубой?
5. С помощью какого устройства производится регулирование давления  внутри рабочего пространства печи?
6. Из каких основных узлов состоит экспериментальная установка?

 

Рекомендуемая литература [1, 6]

 

Контрольные задания для СРС [1-8]

1. Динамика газов в печи

2. Расчет высоты дымовой трубы

 

Лабораторная работа №3

Технический анализ твердого топлива. (3 часа)

 

Порядок выполнения работы

1. Ознакомиться с методиками определения влажности зольности и выхода летучих веществ.

2. Приготовить пробы.
3. Определить влажность, зольность и выход летучих веществ каменного угля различных марок.

 

Контрольные вопросы

1. Какие параметры определяют при техническом анализе твердого топлива?
2. Как определяют влажность твердого топлива?
3. Что такое зольность и как ее определяют?
4. Как производится определение выхода летучих веществ?

 

Рекомендуемая литература [1, 6]

 

Контрольные задания для СРС [1-8]

1. Технический анализ жидкого топлива

2. Технический анализ газообразного топлива

 

 

 

Лабораторная работа №4

Определение условной вязкости вискозиметром типа ВУ. (2 часа)

 

Порядок выполнения работы

1. Ознакомиться с методикой определения вязкости на вискозиметре типа ВУ.

2. Испытуемое жидкое топливо предварительно обезводить и освободить от механических примесей.

3. Подготовить вискозиметр для  исследования.

2. Определить «водное число» вискозиметра ВУ.

3. Определить вязкость жидкого топлива.

 

Контрольные вопросы

1. Что такое вязкость?
2. Что является характеристикой  условной вязкости нефтепродуктов?
3. Что такое «водное число» вискозиметра?
4. Как вычисляют условную вязкость жидкого топлива?
5. Какие расхождения допускаются при определении водного числа вискозиметра?
6. Как определить истинную марку нефтепродукта?

 

Рекомендуемая литература [1, 6]

 

Контрольные задания для СРС [1-8]

1. Определение вязкости по различным методикам

2. Современное оборудование для определения вязкости

 

Лабораторная работа № 5

Определение термической устойчивости огнеупоров. (2 часа)

 

Порядок выполнения работы

1. Ознакомиться с методикой определения термической устойчивости огнеупорных материалов.
2. Изучить экспериментальную установку для исследований.

3. Провести два цикла испытаний различных огнеупорных материалов на термостойкость.

4. Результаты свести в таблицу.

 

Контрольные вопросы

1. Что такое термическая устойчивость огнеупоров?
2. Какой формулой выражается зависимость термической устойчивости огнеупоров от различных переменных?
3. Как определяется термостойкость огнеупоров?
4. Как оценивается пригодность огнеупоров для кладки различных элементов печи?

 

Рекомендуемая литература [1, 6]

 

Контрольные задания для СРС [1-8]

1. Классификация огнеупоров по термической устойчивости

2. Выбор огнеупоров в зависимости от температуры в печи

 

Лабораторная работа №6

Определение сортности огнеупорных материалов по внешним признакам и определение объемного веса. (4 часа)

 

Порядок выполнения работы

1. Описать огнеупорное изделие.
2. Определить форму и размер огнеупорных изделий.

3. Определить отбитости углов и притупленности ребер.

4. Определить выплавки на поверхности огнеупоров.

5. Определить ошлакованности.

6. Определить просечки и трещины.

7. Определить объемный вес огнеупорного изделия.

 

Контрольные вопросы

1. Какие огнеупорные материалы относятся к основным, кислым и нейтральным?
2. Как определяется сортность огнеупорных материалов?
3. Как определяют глубину притупленности ребер?
4. Как определяются размеры выплавок?
5. Что такое ошлакованность?
6. Как определяется объемный вес огнеупорного изделия?

 

Рекомендуемая литература [1, 6]

 

Контрольные задания для СРС [1-8]

1. Основные свойства огнеупорных  материалов

2. Требования, предъявляемые к огнеупорным и теплоизоляционным материалам

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6 Тематический план самостоятельной работы студента с преподавателем

Наименование темы СРСП

Цель занятия

Форма проведения занятия

Содержание задания

Рекомен дуемая литература

 

1	2	3	4	5
Тема 1. Классификация печей литейных цехов	Углубление знаний по данной теме	Письменная работа	Анализ типов печей	[1-5]
Тема 2. Топливо и его сжигание	Формирование умения аргументировать, отстаивать свою точку зрения	Дискуссия	Сравнительный анализ	[1]
Тема 3. Твердое топливо	Углубление знаний по данной теме	Отчет по индивидуальным заданиям	Виды твердого топлива и способы его сжигания	[1]
Тема 4. Жидкое топливо	Углубление знаний по данной теме	Отчет по индивидуальным заданиям	Виды жидкого топлива и способы его сжигания	[1]
Тема 5. Газообразное топливо	Углубление знаний по данной теме	Отчет по индивидуальным заданиям	Виды газообразного топлива и способы его сжигания	[1]
Тема 6. Огнеупорные и теплоизоляционные материалы	Формирование умений  работать со справочной литерарурой	Систематизация	Классификация огнеупорных материалов	[1]
Тема 7. Тепловой режим печи	Углубление знаний по данной теме	Отчет по индивидуальным заданиям	Решение задач	[1-5]
Тема 8. Рекуперация и регенерация тепла	Формирование умений  работать со справочной литературой	Систематизация	Анализ разновидностей теплообменных агрегатов	[1-5]
Тема 9. Устройства для сжигания топлива	Формирование умений  работать со справочной литературой	Систематизация	Способы сжигания различных видов топлива	[1- 5]
Тема 10. Печи для плавки чугуна	Углубление знаний по данной теме	Графическая работа	Типы вагранок	[1-5]
Тема 11. Электрические индукционные печи	Углубление знаний по данной теме	Графическая работа	Схемы печей	[1-5]
Тема 12. Дуговые печи	Углубление знаний по данной теме	Графическая работа	Схемы печей	[1-5]
Тема 13. Электрические печи сопротивления	Формирования  умений к анализу и синтезу	Письменная работа	Составить аналитический отчет	[1-5]
Тема 14. Термические печи и сушила	Углубление знаний по данной теме	Графическая работа	Схемы печей и сушил	[1-5]
Тема 15. Защита окружающей среды	Мини-проект	Презентация мини-проектов	Способы уменьшения вредных выбросов и пыли	[1-5]

 

7 Материалы для контроля знаний студентов в период рубежного контроля и итоговой аттестации

 

7.1 Тематика письменных работ по дисциплине

Тематика контрольных работ

1. Топливо.  Виды топлива и его горение.

2. Свойства огнеупорных и теплоизоляционных материалов.

3. Элементы конструкции печей.

 

Домашние задания

1. По индивидуальному заданию провести расчет горения топлива.

2. По индивидуальному заданию провести расчет основных параметров печи.

 

7.2 Вопросы  для самоконтроля

1. Какие виды топлива применяются в литейных печах?

2. Что такое зола?

3. Что такое влага топлива?

4. Что относится к естественному твердому топливу?

5. Что относится к искусственному твердому топливу?

6. Что такое реакционная способность топлива?

7. Что такое горючесть топлива?

8. Как рассчитывается теплота сгорания топлива?

9. Какими преимуществами обладает жидкое топливо?

10. Что относится к естественному жидкому топливу?

11. Что относится к естественному твердому топливу?

12. Что такое температура вспышки топлива?

13. Основные преимущества газообразного топлива.

14. Что относится к естественному газообразному топливу?

15. Что относится к искусственному газообразному  топливу?

16. Какое горение называется гомогенным?

17. Какое горение называется гетерогенным?

18. Что такое теоретический расход воздуха?

19. Как определяются количество и состав продуктов горения?

20. Как определяется температура горения?

21. Какие существуют методы повышения температуры печей?

22. Что такое геометрическое давление?

23. Что такое пьезометрическое давление?

24. Что такое потерянное давление?

25. Уравнение расхода газа.

26. Уравнение Бернулли для идеальных и реальных газов.

27. Как осуществляется движение газов в печи?

28. Какой режим называется ламинарным?

29. Какой режим называется турбулентным?

30. Какими способами происходит передача тепла в рабочем пространстве печи?

31. Что такое тепловой КПД печи?

32. Какие материалы называются огнеупорными?

33. Какие огнеупорные материалы относятся к кислым?

34. Какие огнеупорные материалы относятся к основным?

35. Какие огнеупорные материалы относятся к нейтральным?

36. Что такое тепловая нагрузка печи?

37. Что такое напряженность пода печи?

38.  Как определяются размеры рабочего пространства печи?

39. Для чего предназначены температурные швы?

40. Каково назначение фундамента печи ?

41. Что такое под печи?

42. Что такое свод печи? В каких условиях он работает?

43. Для чего предназначены теплообменные агрегаты?

44. Как называют устройства для сжигания твердого топлива?

45. Из каких стадий состоит процесс горения жидкого топлива?

46. Как называются устройства для сжигания жидкого топлива?

47. Как называются устройства для сжигания газообразного топлива?

48. Как классифицируют печи литейных цехов?

49. В чем заключается принцип работы вагранки?

50. В чем заключается принцип работы дуговой электропечи?

51. В чем заключается принцип работы индукционной тигельной печи?

53. В чем заключается принцип работы электрических печей сопротивления?

54. В чем заключается принцип работы плазменно-дуговой печи?

55. В чем заключается принцип работы электронно-лучевой печи?

56. Как классифицируют нагревательные печи литейных цехов?

57. В чем заключается процесс сушки?

58. Как классифицируются сушила литейных цехов?

59. Как осуществляется сушка песка и глины в литейных цехах?

60. Какие существуют способы снижения вредных выбросов  печей литейного производства?

7.3 Экзаменационные билеты

ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 1

1. Классификация печей литейных цехов.

2. Высококремнеземистые изделия.

3. Электрические индукционные печи.

 

ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 2

1. Виды топлива.

2. Магнезиальные изделия.

3. Канальные печи.

 

ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 3

1. Химический состав топлива.

2. Доломитовые огнеупоры.

3. Тигельные печи.

 

ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 4

1. Теплота сгорания топлива.

2. Хромистые огнеупоры.

3. Электронно-лучевые печи.

 

ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 5

1. Тепловой баланс.

2. Карбидные огнеупоры.

3. Печи для плавки цветных металлов и сплавов.

 

ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 6

1. Естественное твердое топливо.

2. Физические свойства огнеупоры материалов.

3. Дуговые сталеплавильные печи.

 

ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 7

1. Искусственное твердое топливо.

2. Эксплуатационные свойства огнеупоров.

3. Электрические печи сопротивления.

 

ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 8

1. Преимущество и недостатки твердого топлива.

2. Расчет теплового режима печи.

3. Термические печи для термообработки.

ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 9

1. Современные виды искусственного твердого топлива.

2. Теплообменные агрегаты.

3. Сушила литейных цехов.

 

ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 10

1. Виды жидкого топлива.

2. Регенераторы.

3. Печи, применяемые при отжиге на ковкий чугун.

 

ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 11

1. Преимущества и недостатки жидкого топлива.

2. Рекуператоры.

3. Сущность процесса сушки.

 

ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 12

1. Продукты, получаемые из нефти.

2. Устройства для сжигания твердого топлива.

3. Источники загрязнения окружающей среды.

 

ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 13

1. Современные виды искусств жидкого топлива.

2. Устройства для сжигания жидкого топлива.

3. Способы сокращения вредных выбросов.

 

ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 14

1. Виды газообразного топлива.

2. Устройства для сжигания газообразного топлива.

3. ПДК выброса вредных веществ.

 

ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 15

1. Преимущества газообразного топлива.

2. Устройства для сжигания пылевидного топлива.

3. Современные методы очистки выбросов плавильных агрегатов.

 

ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 16

1. Основы теории горения. Искусственное газообразное топливо.

2. Пламенные и беспламенные горелки.

3. Способы интенсификации ваграночных процессов.

ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 17

1. Виды огнеупоров.

2. Печи для плавки чугуна.

3. Способы сокращения вредных выбросов.

 

ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 18

1. Основные теплоизоляционные материалы.

2. Устройство вагранки.

3. Пути уменьшения вредных выбросов и газов при работе вагранки.

 

ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 19

1. Кремнеземистые изделия.

2. Тепловая работа вагранки.

3. Печи для плавки цветных металлов и сплавов.

 

ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 20

1. Алюмосиликатные изделия.

2. Газовые вагранки.

3. Классификация каменных углей.