Колпаковые печи.

Принцип действия

Колпаковые печи относят к термическим печам периодического действия. Главный недостаток камерных печей периодического действия - большие потери на аккумуляцию тепла кладкой. Стремление к снижению этих потерь в печах периодического действия привело к созданию конструкций колпаковых печей, которые широко применяются для термической обработки материалов.

Предназначаются колпаковые печи в основном для термообработки рулонов, ленты, листов, стального и чугунного литья, проката и т.д.

Принцип действия колпаковой печи заключается в том, что один колпак обслуживает несколько поддонов, на которых уложены нагреваемые изделия.

Колпак – металлический цилиндр, внутри футеруется огнеупорными материалами.

Оборудован:

- горелками – топливные колпаковые печи;

- электронагревателями – электрические колпаковые печи сопротивления

Схема колпаковой печи представлена на Рис ___

Рис.__. Схема колпаковой печи:

1 – вход в дымовой боров; 2 – инжектор; 3 – кольцевой канал сжатого воздуха; 4 – конвекторное кольцо; 5 – рулон; 6 – нагревательный колпак; 7 – крышка; 8 – двойной муфель; 9 – рабочее колесо вентилятора; 10 – газопровод;

11- горелка; 12 – песочный затвор.

.

Колпак переставляется с поддона на поддон (стенд) с помощью крана. Время переноса и подключения невелико, поэтому колпак сохраняет основную часть аккумулированного тепла. Большинство колпаковых печей выполняется с циркуляцией защитной атмосферы под муфелем.

Весь процесс обжига делится на следующие этапы:

- загрузка стоп металла на стенд;

- установка муфеля и заполнение подмуфельного пространства инертным газом;

- установка наружного колпака с нагревателями или горелочными устройствами;

- нагрев садки до 700-750˚С в защитной атмосфере;

- охлаждение садки под муфелем до 150-170˚С с защитной атмосферой и дальше охлаждение на воздухе.

Поскольку время охлаждения садки примерно в три раза больше времени его нагрева, то, как правило, один наружный колпак обслуживает три стенда (поддона).

Муфель и колпак уплотняются песочными затворами.

Масса садки в колпаковых печах составляет от 10 т в печах по обжигу цветных металлов, до 150 т в печах по обжигу рулонной стали. В качестве топлива используется любое газообразное топливо, чаще всего коксодоменную смесь с теплотворной способностью Q_н^р=6 – 10 мДж/м³.

Продукты сгорания удаляются из печи с помощью эжектора в дымоотводящие трубопроводы и дальше через дымосос в дымовую трубу.

Процесс горения идет в зазоре между жаропрочным муфелем и колпаком. Тепло муфелю передается от газов, и от кладки колпака излучением.

Металлу тепло передается излучением от муфеля и конвекцией от циркулируемой защитной среды. Следует учитывать, что рулон представляет собой анизотропное тело. Коэффициент теплопроводности вдоль оси рулона λ= 30÷45 Вт/м·К, коэффициент теплопроводности в радиальном направлении λ= 1,5÷4 Вт/м·К. Это связано с наличием воздушных зазоров между витками рулона.

Для ускорения нагрева рулонов, в настоящее время, в стопу между рулонами устанавливаются конвекторные кольца высотой 50-120 мм, как правило, из меди.

Они представляют собой набор узких параллельных спиралевидных каналов между плоскими пластинами. Проходящие по каналам газы обеспечивают подвод тепла к торцам рулонов, что значительно сокращает время нагрева садки. Равномерность нагрева металла определяется типом направляющего аппарата расположенного в самом низу муфеля. Внутри аппарата располагается рабочее колесо циркуляционного вентилятора центробежного типа.

Вентилятор засасывает защитный газ из внутренней части стопы рулонов и подает его в зазор между рулоном и муфелем.

Применение принудительной вентиляции в два раза сокращает время нагрева рулонов и снижает расход топлива.

Тепловой баланс

Примерный тепловой баланс топливной колпаковой печи приведен в табл _

Таблица __

Повышение эффективности.

Пути повышения эффективности работы колпаковых печей:

- применение рекуператоров для подогрева воздуха дутья до 350-400˚С, позволит снизить расход топлива на 10-15%;

- интенсификация теплообмена между колпаком и муфелем за счет увеличения скорости движения газов (скоростные горелки) и увеличения степени черноты внутренней поверхности колпака (специальная обмазка);

- оптимизация конструкции конвекторных колец, обеспечивающих высокую теплоотдачу к торцам рулонов;

- замена огнеупорной кладки колпака на волокнистые огнеупорные материалы с обмазкой, что позволяет более чем в два раза снизить: вес колпака, потери в окружающую среду, потери на аккумуляцию тепла кладкой;

- изменение схемы подачи защитного газа в центр рулона и вывод его через конвекторные кольца струями к муфелю. При этом усиливается теплообмен внутри рулона, что сокращает цикл термообработки на 20-25% и соответственно снижается расход топлива.