Файл: Известны следующие технологические варианты заливки чугуна.docx
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 10.11.2023
Просмотров: 37
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
дополнительных фактора внешнего теплообмена, замет-но влияющих на нагрев металла: расположение заготовок в печи и изменение степени черноты металла в процессе его
нагрева.
От расположения заготовок на поду печи в процессе их нагрева зависит, какая часть поверхности каждой заготов¬ки способна воспринимать тепло. Возможны такие случаи,. когда заготовки в той или иной мере экранируют одна дру¬гую и тем самым уменьшают общую тепловоспринимающую поверхность металла, что приводит к увеличению вре¬мени нагрева металла.
78. Огнеупорными называются материалы, предназначенные для сооружения тепловых устройств, в частности металлургических печей, и способные противостоять воздействию высоких температур и физико-химических процессов, протекающих в этих агрегатах.
Наиболее широко применяемые в металлургии огнеупоры делят на кремнеземистые на основе Si02 (динасовые и кварцитовые изделия); алюмосиликатные на основе А1203 и Si02 (полукислые, шамотные и высокоглиноземистые); магнийсодержащие на основе MgO (магнезитовые, или периклазовые); магнезиально-известковые на основе MgO и СаО (магнезитодоломитовые или периклазоизвестковые и доломитовые); магнезиально-шпинелидные на основе MgO, и Сг203 и А1203. (магнезитохромитовые, хромомагнезитовые, периклазошпинелидные и шпинельные); магнезиально-силикатные на основе MgO и Si02 (периклазфорстеритовые и форстеритовые); цирконистые на основе Zr02 (циркониевые и цирконовые); углеродистые на основе С (углеродистые графитированные и глинистографитовые); карбидкремниевые на основе SiC (карборундовые и карбидкремнийсодержащие).
Как видно из этого перечня, большинство промышленных огнеупорных материалов имеет в своей основе тот или иной оксид. Тип оксида, служащего огнеупорной основой материала, позволяет отнести его к одной из трех категорий: кислый (Si02), нейтральный (А1203) или основной (MgO).
.
Свойства огнеупорных материалов
Огнеупорные материалы характеризуются огнеупорностью; предельной температурой службы; термической стойкостью; механической прочностью; плотностью; пористостью; шлакоустойчивостью; теплопроводностью; удельной теплоемкостью; электропроводностью.
64. Устройства для сжигания жидкого топлива (форсунки)
Для осуществления широко применяемого в печах факельного метода сжигания жидкого топлива применяют специальные устройства, называемые форсунками
Общие принципы выбора рациональных методов сжигания топлива в печах
Устройства для сжигания топлива предназначены для того, чтобы обеспечить превращение химической энергии топлива в тепловую энергию, необходимую для осуществления тех¬нологических операций в рабочем пространстве печи. Метод сжигания топлива выбирают в зависимости от вида топли¬ва и назначения печи.
Устройства для сжигания газа (горелки)
Основным назначением горелок является организация процесса горения топлива так, чтобы обеспечить заданный, экономически целесообразный режим работы печи. Для до¬стижения этой цели горелка должна обеспечить:
Горелки с полным предварительным смешением (инжекционные горелки)
Горелки с внешним смешением (пламенные горелки)
Горелки типа «труба в трубе». Эти горелки (их часто называют двухпроводными) могут работать на различных печах и на различном топливе при небольшом давлении и допускают широкие пределы регулирования.
Турбулентные горелки. Эти горелки по конструктивным формам очень многообразны, однако общим для них является то, что в них воздушная струя поступает тангенциально по отношению к газовой.
Горелки с регулируемой длиной факела. В некоторых печах расход топлива изменяется во времени. При этом в соответствии с изменением тепловой нагрузки изменяются скорость истечения газа и воздуха и длина факела, что может привести к нежелательному изменению температуры по длине рабочего объема печи. Чтобы избежать этого, применяют горелки с регулируемой длиной пламени.
Форсунки высокого давления
Форсунки низкого давления
75. Нагревательные печи применяют для нагрева материалов с целью обжига и сушки, а также для придания металлу пластических свойств перед обработкой давлением. Значительное число нагревательных печей применяют для термической обработки, чтобы изменить внутреннее строение и структуру металла. В нагревательных печах металлы и материалы не меняют своего агрегатного состояния.
Виды: колпаковые садочные печи и протяжные печи постоянного действия, Печи с муфелированием металла, методические толкательные печи до самого последнего времени удовлетворяли требованиям по производительности и удельному расходу тепла. В последнее время наметилась прогрессивная тенденция к увеличению длины заготовки, и как следствие, к увеличению ширины нагревательных печей.
Плавильные печи предназначены для получения металлов из руд и переплавки металла с целью придания ему необходимых свойств. В плавильных печах материалы меняют свое агрегатное состояние. Виды: ДСП, доменная печь, мартеновская печь.
59. В топливных печах источником теплоты является химическая энергия твердого, жидкого или газообразного топлива.
Теплота выделяется в результате сгорания топлива.
Теплоносителями являются газообразные продукты сгорания топлива – дымовые газы.
Топливные металлургические печи подразделяются на два класса: пламенные и слоевые.
Рабочее пространство пламенных печей в малой степени заполнено обрабатываемым материалом, который располагается на поду.Основной объем рабочего пространства заполнен пламенем и дымовыми газами, передающими теплоту материалу.Современные пламенные печи работают на газообразном или на жидком топливе - мазуте.Для сжигания газообразного топлива служат горелки, для сжигания мазута – форсунки.К классу пламенных печей относятся сталеплавильные (мартеновские) печи, печи для плавки медных концентратов на штейн, печи для рафинирования меди, разнообразные печи прокатного и кузнечно-прессового производства: нагревательные колодцы, методические, кольцевые, роликовые печи, печи с выкатным подом, вращающиеся трубчатые печи для обжига сыпучих материалов.Известны три разновидности слоевых топливных печей: с плотным, "кипящим" и со взвешенным слоем обрабатываемого материала.В вертикальных шахтных печах с плотным слоем шихта, в состав которой может входить и твердое кусковое топливо, расположена по всему объему печи и медленно опускается сверху вниз.
Горячие газы – продукты горения топлива – движутся через слой между кусками шихты снизу вверх, т.е. в противотоке.
Шахтные печи с плотным слоем шихты широко распространены в металлургии.
К ним относятся доменные печи, вагранки, печи для производства извести путем обжига известняка, печи никелевых и свинцовых заводов.
В печах с "кипящим" слоем под действием движущихся снизу вверх газов размельченная шихта, в состав которой может входить и размельченное топливо, разуплотняется.
Отдельные частицы шихты потоком газов поднимаются над слоем подобно кипящей жидкости.
61. Тепловой и температурный режимы. Современные нагревательные колодцы являются камерными печами периодического действия с переменным во времени тепловым и температурным режимом. В подавляющем большинстве нагревательных колодцев нагрев металла осуществляется садками, т.е. после выдачи всех нагреваемых слитков ячейки колодцев вновь загружают слитками. При выдаче и посадке слитков в результате частого открывания крышки кладка рабочего пространства нагревательных колодцев охлаждается. Поэтому при работе колодцев на горячем посаде в первый момент нагрева температура слитков выше температуры поверхности кладки и основной потребитель тепла в этот период — кладка колодца.
На рис. 122 показан температурный режим и приведен тепловой баланс колодца при нагреве слитков горячего посада для различных периодов нагрева. Из этого рисунка видно, что в начальный период нагрева подают максимальное количество тепла, соответствующее тепловой мощности колодцев. После того, как кладка достигнет своей рабочей температуры, начинается интенсивный нагрев металла.
Расход тепла поддерживают максимальным до тех пор, пока температура той части слитка, которая нагревается быстрее, не достигнет предельного значения. Этот период называется периодом нагрева. Вслед за ним наступает период выдержки, в течение которого происходит постепенное уменьшение расхода тепла, так как в течение этого времени температура поверхности слитков остается постоянной и тепло расходуется только на прогрев слитка по сечепию. В этот период температура отходящих продуктов сгорания остается приблизительно постоянной.
62. ажнейшими процессами, протекающими в рабочем пространстве металлургических печей, являются процессы теплообмена. От них зависят все (или почти все) основные качественные и количественные показатели работы печей. Работа и конструкция печи должны выполняться так, чтобы в ее рабочем пространстве обеспечивался наиболее рациональный режим теплообмена. Достижению этого должны быть подчинены такие процессы, как процессы сжигания топлива, движения газа и т. п.
Процессы движения газов теснейшим образом связаны с процессами теплообмена. От них зависят интенсивность и равномерность нагрева металла, стойкость футеровки печи. Неправильная организация движения раскаленных газов в рабочем пространстве печи может служить причиной не только ухудшения работы печи, но и выхода ее из строя.
Движение газов в рабочем пространстве промышленных печей бывает естественное (свободное) и вынужденное. Причиной свободного движения является разность плотностей объемов газа, находящихся при разной температуре. Это «вялое» движение с малыми скоростями. Вынужденное (принудительное) движение происходит под действием внешних сил (струи, вентилятор). Ему присущи высокие скорости, оказывающие влияние на процессы теплообмена. При этом струи топлива и воздуха, выходящие из форсунок и горелок, являются в современных печах основным фактором, влияющим на характер движения газов. Это не означает, конечно, что естественное движение в печах не существует. Оно существует, но играет подчиненную роль. По мере развития печей изменялась и роль дымовой трубы. Из устройств, оказывающих большое влияние на движение газов в печи и одновременно с этим предназначенных для удаления дымовых газов, современные дымовые трубы выполняют, по существу, только вторую роль. В настоящее время в ряде случаев, когда необходимо создать большое разрежение, применяют различные дымососы (прямого и непрямого действия), оставляя дымовой трубе роль канала, через который удаляется дым в атмосферу в соответствии с санитарными нормами. Это делается в тех случаях, когда пришлось бы строить крайне дорогие чрезмерно высокие дымовые трубы или когда дымовая труба вообще не приемлема. В связи с изложенным выше прежде всего остановимся на рассмотрении струй и дымососов прямого и не прямого действия
63. Нагрев металла – это процесс либо предшествующий обработке металла давлением (прокатке, ковке), либо являющийся частью основного процесса термической обработки металла. Нагрев металла имеет важное назначение, так как от его качества зависят количество конечной продукции и работа прокатного (кузнечного) оборудования. Нагрев металла проводят по определенной технологии, характер которой зависит от цели нагрева.
Процесс нагрева металла сопровождается некоторыми нежелательными явлениями, из которых наиболее характерными являются его окисление (угар) и обезуглероживание.
Необходимо отметить, что время нагрева, являющееся важным фактором технологии нагрева, определяет основные размеры рабочего пространства нагревательных печей.
Нагрев стали в печах прокатных, кузнечных и некоторых термических цехов проводят в атмосфере продуктов сгорания топлива. При этом происходит взаимодействие окружающих нагреваемую сталь газов с железом, углеродом и летающими элементами, которое приводит к окислению и обезуглероживанию ее поверхности.
67. Термически тонкое тело. - тело, у которого разность температур по сечению пренебрежительно мала при нагреве и охлаждении. Обычно термически тонкими считаются тела, для которых число Био имеет значение меньше 0,25: Bi < 0,25.
Термически массивное тело (ТМТ) – это тело, при нагреве которого внутреннее термическое сопротивление соизмеримо с внешним или больше его.
Из опыта работы нагревательных устройств установлено, что к тонким телам можно отнести такие, у которых Bi< 0,25, а при Bi > 0,5 тела следует считать массивными.
69. В основе теплового баланса металлургической печи лежит общий закон сохранения энергии и материи. Анализ теплового баланса позволяет дать обоснованную оценку степени совершенства работы действующего агрегата, установить основные показатели работы печи (коэффициент полезного действия, коэффициент использования топлива и другие тепловые характеристики), определить направление реконструкции печи или пути улучшения ее теплового режима. Уравнение теплового баланса состоит из приходной и расходной частей. Первая часть учитывает все источники тепловой энергии, вторая — все виды потерь теплоты теплового агрегата. Поэтому прежде, чем приступить к составлению теплового баланса, необходимо изучить особенности конструкции печи, технологического процесса. Затем путем расчета или по экспериментальным данным составляют материальный баланс технологического процесса.
нагрева.
От расположения заготовок на поду печи в процессе их нагрева зависит, какая часть поверхности каждой заготов¬ки способна воспринимать тепло. Возможны такие случаи,. когда заготовки в той или иной мере экранируют одна дру¬гую и тем самым уменьшают общую тепловоспринимающую поверхность металла, что приводит к увеличению вре¬мени нагрева металла.
78. Огнеупорными называются материалы, предназначенные для сооружения тепловых устройств, в частности металлургических печей, и способные противостоять воздействию высоких температур и физико-химических процессов, протекающих в этих агрегатах.
Наиболее широко применяемые в металлургии огнеупоры делят на кремнеземистые на основе Si02 (динасовые и кварцитовые изделия); алюмосиликатные на основе А1203 и Si02 (полукислые, шамотные и высокоглиноземистые); магнийсодержащие на основе MgO (магнезитовые, или периклазовые); магнезиально-известковые на основе MgO и СаО (магнезитодоломитовые или периклазоизвестковые и доломитовые); магнезиально-шпинелидные на основе MgO, и Сг203 и А1203. (магнезитохромитовые, хромомагнезитовые, периклазошпинелидные и шпинельные); магнезиально-силикатные на основе MgO и Si02 (периклазфорстеритовые и форстеритовые); цирконистые на основе Zr02 (циркониевые и цирконовые); углеродистые на основе С (углеродистые графитированные и глинистографитовые); карбидкремниевые на основе SiC (карборундовые и карбидкремнийсодержащие).
Как видно из этого перечня, большинство промышленных огнеупорных материалов имеет в своей основе тот или иной оксид. Тип оксида, служащего огнеупорной основой материала, позволяет отнести его к одной из трех категорий: кислый (Si02), нейтральный (А1203) или основной (MgO).
.
Свойства огнеупорных материалов
Огнеупорные материалы характеризуются огнеупорностью; предельной температурой службы; термической стойкостью; механической прочностью; плотностью; пористостью; шлакоустойчивостью; теплопроводностью; удельной теплоемкостью; электропроводностью.
64. Устройства для сжигания жидкого топлива (форсунки)
Для осуществления широко применяемого в печах факельного метода сжигания жидкого топлива применяют специальные устройства, называемые форсунками
Общие принципы выбора рациональных методов сжигания топлива в печах
Устройства для сжигания топлива предназначены для того, чтобы обеспечить превращение химической энергии топлива в тепловую энергию, необходимую для осуществления тех¬нологических операций в рабочем пространстве печи. Метод сжигания топлива выбирают в зависимости от вида топли¬ва и назначения печи.
Устройства для сжигания газа (горелки)
Основным назначением горелок является организация процесса горения топлива так, чтобы обеспечить заданный, экономически целесообразный режим работы печи. Для до¬стижения этой цели горелка должна обеспечить:
Горелки с полным предварительным смешением (инжекционные горелки)
Горелки с внешним смешением (пламенные горелки)
Горелки типа «труба в трубе». Эти горелки (их часто называют двухпроводными) могут работать на различных печах и на различном топливе при небольшом давлении и допускают широкие пределы регулирования.
Турбулентные горелки. Эти горелки по конструктивным формам очень многообразны, однако общим для них является то, что в них воздушная струя поступает тангенциально по отношению к газовой.
Горелки с регулируемой длиной факела. В некоторых печах расход топлива изменяется во времени. При этом в соответствии с изменением тепловой нагрузки изменяются скорость истечения газа и воздуха и длина факела, что может привести к нежелательному изменению температуры по длине рабочего объема печи. Чтобы избежать этого, применяют горелки с регулируемой длиной пламени.
Форсунки высокого давления
Форсунки низкого давления
75. Нагревательные печи применяют для нагрева материалов с целью обжига и сушки, а также для придания металлу пластических свойств перед обработкой давлением. Значительное число нагревательных печей применяют для термической обработки, чтобы изменить внутреннее строение и структуру металла. В нагревательных печах металлы и материалы не меняют своего агрегатного состояния.
Виды: колпаковые садочные печи и протяжные печи постоянного действия, Печи с муфелированием металла, методические толкательные печи до самого последнего времени удовлетворяли требованиям по производительности и удельному расходу тепла. В последнее время наметилась прогрессивная тенденция к увеличению длины заготовки, и как следствие, к увеличению ширины нагревательных печей.
Плавильные печи предназначены для получения металлов из руд и переплавки металла с целью придания ему необходимых свойств. В плавильных печах материалы меняют свое агрегатное состояние. Виды: ДСП, доменная печь, мартеновская печь.
59. В топливных печах источником теплоты является химическая энергия твердого, жидкого или газообразного топлива.
Теплота выделяется в результате сгорания топлива.
Теплоносителями являются газообразные продукты сгорания топлива – дымовые газы.
Топливные металлургические печи подразделяются на два класса: пламенные и слоевые.
Рабочее пространство пламенных печей в малой степени заполнено обрабатываемым материалом, который располагается на поду.Основной объем рабочего пространства заполнен пламенем и дымовыми газами, передающими теплоту материалу.Современные пламенные печи работают на газообразном или на жидком топливе - мазуте.Для сжигания газообразного топлива служат горелки, для сжигания мазута – форсунки.К классу пламенных печей относятся сталеплавильные (мартеновские) печи, печи для плавки медных концентратов на штейн, печи для рафинирования меди, разнообразные печи прокатного и кузнечно-прессового производства: нагревательные колодцы, методические, кольцевые, роликовые печи, печи с выкатным подом, вращающиеся трубчатые печи для обжига сыпучих материалов.Известны три разновидности слоевых топливных печей: с плотным, "кипящим" и со взвешенным слоем обрабатываемого материала.В вертикальных шахтных печах с плотным слоем шихта, в состав которой может входить и твердое кусковое топливо, расположена по всему объему печи и медленно опускается сверху вниз.
Горячие газы – продукты горения топлива – движутся через слой между кусками шихты снизу вверх, т.е. в противотоке.
Шахтные печи с плотным слоем шихты широко распространены в металлургии.
К ним относятся доменные печи, вагранки, печи для производства извести путем обжига известняка, печи никелевых и свинцовых заводов.
В печах с "кипящим" слоем под действием движущихся снизу вверх газов размельченная шихта, в состав которой может входить и размельченное топливо, разуплотняется.
Отдельные частицы шихты потоком газов поднимаются над слоем подобно кипящей жидкости.
61. Тепловой и температурный режимы. Современные нагревательные колодцы являются камерными печами периодического действия с переменным во времени тепловым и температурным режимом. В подавляющем большинстве нагревательных колодцев нагрев металла осуществляется садками, т.е. после выдачи всех нагреваемых слитков ячейки колодцев вновь загружают слитками. При выдаче и посадке слитков в результате частого открывания крышки кладка рабочего пространства нагревательных колодцев охлаждается. Поэтому при работе колодцев на горячем посаде в первый момент нагрева температура слитков выше температуры поверхности кладки и основной потребитель тепла в этот период — кладка колодца.
На рис. 122 показан температурный режим и приведен тепловой баланс колодца при нагреве слитков горячего посада для различных периодов нагрева. Из этого рисунка видно, что в начальный период нагрева подают максимальное количество тепла, соответствующее тепловой мощности колодцев. После того, как кладка достигнет своей рабочей температуры, начинается интенсивный нагрев металла.
Расход тепла поддерживают максимальным до тех пор, пока температура той части слитка, которая нагревается быстрее, не достигнет предельного значения. Этот период называется периодом нагрева. Вслед за ним наступает период выдержки, в течение которого происходит постепенное уменьшение расхода тепла, так как в течение этого времени температура поверхности слитков остается постоянной и тепло расходуется только на прогрев слитка по сечепию. В этот период температура отходящих продуктов сгорания остается приблизительно постоянной.
62. ажнейшими процессами, протекающими в рабочем пространстве металлургических печей, являются процессы теплообмена. От них зависят все (или почти все) основные качественные и количественные показатели работы печей. Работа и конструкция печи должны выполняться так, чтобы в ее рабочем пространстве обеспечивался наиболее рациональный режим теплообмена. Достижению этого должны быть подчинены такие процессы, как процессы сжигания топлива, движения газа и т. п.
Процессы движения газов теснейшим образом связаны с процессами теплообмена. От них зависят интенсивность и равномерность нагрева металла, стойкость футеровки печи. Неправильная организация движения раскаленных газов в рабочем пространстве печи может служить причиной не только ухудшения работы печи, но и выхода ее из строя.
Движение газов в рабочем пространстве промышленных печей бывает естественное (свободное) и вынужденное. Причиной свободного движения является разность плотностей объемов газа, находящихся при разной температуре. Это «вялое» движение с малыми скоростями. Вынужденное (принудительное) движение происходит под действием внешних сил (струи, вентилятор). Ему присущи высокие скорости, оказывающие влияние на процессы теплообмена. При этом струи топлива и воздуха, выходящие из форсунок и горелок, являются в современных печах основным фактором, влияющим на характер движения газов. Это не означает, конечно, что естественное движение в печах не существует. Оно существует, но играет подчиненную роль. По мере развития печей изменялась и роль дымовой трубы. Из устройств, оказывающих большое влияние на движение газов в печи и одновременно с этим предназначенных для удаления дымовых газов, современные дымовые трубы выполняют, по существу, только вторую роль. В настоящее время в ряде случаев, когда необходимо создать большое разрежение, применяют различные дымососы (прямого и непрямого действия), оставляя дымовой трубе роль канала, через который удаляется дым в атмосферу в соответствии с санитарными нормами. Это делается в тех случаях, когда пришлось бы строить крайне дорогие чрезмерно высокие дымовые трубы или когда дымовая труба вообще не приемлема. В связи с изложенным выше прежде всего остановимся на рассмотрении струй и дымососов прямого и не прямого действия
63. Нагрев металла – это процесс либо предшествующий обработке металла давлением (прокатке, ковке), либо являющийся частью основного процесса термической обработки металла. Нагрев металла имеет важное назначение, так как от его качества зависят количество конечной продукции и работа прокатного (кузнечного) оборудования. Нагрев металла проводят по определенной технологии, характер которой зависит от цели нагрева.
Процесс нагрева металла сопровождается некоторыми нежелательными явлениями, из которых наиболее характерными являются его окисление (угар) и обезуглероживание.
Необходимо отметить, что время нагрева, являющееся важным фактором технологии нагрева, определяет основные размеры рабочего пространства нагревательных печей.
Нагрев стали в печах прокатных, кузнечных и некоторых термических цехов проводят в атмосфере продуктов сгорания топлива. При этом происходит взаимодействие окружающих нагреваемую сталь газов с железом, углеродом и летающими элементами, которое приводит к окислению и обезуглероживанию ее поверхности.
67. Термически тонкое тело. - тело, у которого разность температур по сечению пренебрежительно мала при нагреве и охлаждении. Обычно термически тонкими считаются тела, для которых число Био имеет значение меньше 0,25: Bi < 0,25.
Термически массивное тело (ТМТ) – это тело, при нагреве которого внутреннее термическое сопротивление соизмеримо с внешним или больше его.
Из опыта работы нагревательных устройств установлено, что к тонким телам можно отнести такие, у которых Bi< 0,25, а при Bi > 0,5 тела следует считать массивными.
69. В основе теплового баланса металлургической печи лежит общий закон сохранения энергии и материи. Анализ теплового баланса позволяет дать обоснованную оценку степени совершенства работы действующего агрегата, установить основные показатели работы печи (коэффициент полезного действия, коэффициент использования топлива и другие тепловые характеристики), определить направление реконструкции печи или пути улучшения ее теплового режима. Уравнение теплового баланса состоит из приходной и расходной частей. Первая часть учитывает все источники тепловой энергии, вторая — все виды потерь теплоты теплового агрегата. Поэтому прежде, чем приступить к составлению теплового баланса, необходимо изучить особенности конструкции печи, технологического процесса. Затем путем расчета или по экспериментальным данным составляют материальный баланс технологического процесса.