Толкательные методические печи.

История развития.

Толкательные методические печи предназначены для нагрева стальных заготовок прямоугольного или круглого первоначального сечения перед прокаткой. Имеет место тенденция по увеличению длины заготовок и как следствие по увеличению ширины толкательной печи, что значительно усложняет процесс её эксплуатации. В последнее время все больше внедряются современные нагревательные печи с шагающими балками, работающими в режиме методического нагрева. Однако методические печи остаются основными печами, обеспечивающими бесперебойную работу прокатного оборудования.

Технологические особенности работы методической печи

Основным признаком классификации методических печей, является число зон. Число зон сжигания топлива характеризует конструктивные особенности печи, профиль рабочего пространства и т.д. Число температурных зон характеризует режим её работы

.. Диаграмма двухзонного температурного и теплового режимов работы печи.

Различают двухзонный и трехзонный температурный режим печи. При двухзонном температурном режиме рабочее пространство печи, по длине, делиться на две характерные зоны: методическая зона - зона предварительного нагрева материала, в которой сжигание топлива не происходит, при этом значительно снижается рабочая температура (температура уходящих газов); сварочная зона - зона с наиболее высокой и маломеняющейся в пределах зоны температурой.

Сварочных зон может быть несколько, т.е. двухзонный температурный режим может быть реализован при любом числе зон сжигания топлива. В каждой сварочной зоне уровень температур практически одинаков. При высокой производительности печи и значительной толщине заготовок длина зоны нагрева увеличивается. Однако при длине сварочной зоны более 9 м, трудно обеспечить расчетное постоянство температур по длине зоны, следовательно, при большой расчетной длине сварочной зоны ее делят на 2 – 3, а то и более зон.

В сварочной и методической зонах может применяться односторонний или двухсторонний нагрев материала. Для увеличения производительности печи, уменьшения времени нагрева, и как следствие, уменьшения угара металла, в настоящее время применяется двухсторонний нагрев. При одностороннем нагреве заготовки располагаются на специальных продольных направляющих монолитного пода. Движение заготовок осуществляется навстречу газовому потоку из методической зоны в сварочную. В методической зоне идет предварительный нагрев материала до начала состояния пластичности. В сварочной зоне температура и интенсивность нагрева максимальна, следовательно влияние лучистого теплообмена на нагрев материала значительно выше чем в методической зоне.

Рис. 1. Общий вид и разрез методической нагревательной печи:

1 – заготовки подлежащие нагреву; 2 – толкатель; 3 – охлаждаемые подовые трубы; 4 – горелки; 5 – окно для отвода продуктов сгорания топлива из печи; 6 – боров;
7 – рекуператор; 8 – дымовая труба; 9 – вентилятор.

При двухстороннем нагреве материал движется по водоохлаждаемым, глиссажным трубам навстречу газовому потоку. Глиссажные трубы поддерживаются опорными водоохлаждаемыми трубами.

В местах контакта материала с трубой, образуется зона местного недогрева заготовки. При этом разность температур по толщине заготовки в зоне контакта с трубой может достигать 300 °С. Чтобы выровнять температуру по сечению заготовки, в печи предусмотрен участок с монолитным подом длиной до 6 м. На этом участке нагрев заготовки односторонний (только сверху). Отсутствие водоохлаждаемых труб в зоне с монолитным подом, способствует быстрому выравниванию температуры по сечению. Конечный перепад температур, не должен превышать 2 °С на 1 см толщины заготовки.

Если рабочая температура в зоне с монолитным подом соответствует температуре в сварочной зоне – эта зона называется сварочной с монолитным подом. Если же температура ниже чем в сварочной зоне на 20 – 40 °С, то эта зона называется томильной, а печи с томильной зоной – трехзонными.

Рис. 3. Диаграмма трехзонного температурного и теплового режимов печи.

Снижение рабочей температуры, в томильной зоне, способствует уменьшению угара металла. В томильной зоне преобладает внутренний теплообмен, в результате уменьшается перепад температур по толщине заготовки, а температура наружной поверхности растет незначительно.

В качестве топлива в методических печах используется смесь доменного и природного или доменного и коксового газов, с теплотворной способностью . В качестве резервного топлива может применяться мазут.

Частичная утилизация тепла уходящих из печи газов с температурой 850 – 1000 °С, осуществляется в воздухоподогревателе. Подогрев воздуха до температуры 400-450 °С происходит, как правило, в металлических трубчатых U-образных рекуператорах.

Футеровку стен и свода выполняют из шамота типа А и В. В некоторых случаях свод сварочной зоны выполняют из динаса. Подовую часть печи выполняют из огнеупорного материала, не взаимодействующего с окалиной (магнезит или хромомагнезит). Для уменьшения потерь тепла с охлаждающей водой, глиссажные и опорные трубы теплоизолируют, как правило, пеношамотной полукорковой изоляцией с внутренним слоем из волокнистых термостойких материалов.

.Анализ работы нагревательных печей удобно проводить на базе теплового баланса.

Примерный тепловой баланс методической нагревательной печи.

Табл.____

Приходную часть теплового баланса печи определяет тепло горения топлива до 85%, с нагретым воздухом вносится до 12% и за счет экзотермических реакций окисления металла поступает около 4% тепла. Необходимо учитывать, что тепло экзотермической реакции окисления выделяется непосредственно на поверхности нагреваемого заготовки и практически полностью поглощается материалом.

Способы повышения эффективности работы методических печей

На эффективность работы методических печей влияет: температура уходящих газов, температура подогрева воздуха подаваемого на горение, коэффициент избытка воздуха в топочном пространстве печи, потери с охлаждающей водой, потери в окружающую среду через кладку и окна, предварительный нагрев заготовок перед подачей в печь.

Коэффициент использования тепла в печах данного типа составляет

η = 0,54-0,56

После рекуператора могут устанавливать котел утилизатор, что позволяет снизить температуру уходящих газов до 200 °С. С понижением температуры уходящих из печи газов, увеличивается коэффициент использования тепла однако, при этом, уменьшается скорость нагрева материала и как следствие, уменьшается производительность печи. Удельный расход топлива, в этом случае будет увеличиваться.

Существенное влияние на экономические показатели печи оказывают: коэффициент избытка воздуха, качество смешения топлива и воздуха, выбивание продуктов сгорание через окна и неплотности печи. Все эти недостатки устраняются правильной регулировкой и настройкой горелочных и тягодутьевых устройств.

Потери тепла с охлаждающей водой в печах с двухсторонним обогревом заготовок составляют 15 – 20% и более. Переход от водяного к испарительному охлаждению позволяет существенно уменьшить эти потери (за счет уменьшения теплоперепада между трубой и печью более чем на 100 °С), уменьшить отвод тепла от заготовок к глиссажным трубам (за счет увеличения температуры поверхности глиссажных труб), увеличить производительность печи (меньше тепла отводиться к трубам, быстрее нагреваются заготовки). А также, можно полезно использовать пар системы испарительного охлаждения, особенно в сочетании с котлом утилизатором.

Установками испарительного охлаждения оборудуются вновь строящиеся и реконструируемые нагревательные печи. При испарительном охлаждении увеличивается срок службы подовых труб до 10 и более лет. Паропроизводительность систем испарительного охлаждения в крупных печах достигает 60 т/ч с давлением 1,2 – 1,5 МПа.

Существенное снижение удельных затрат тепла (до 15 %) и увеличение производительности печи можно достичь организацией предварительного струйного нагрева заготовок в специальных камерах.

Рис. 4. Схема нагревательной печи с камерой предварительного нагрева, размещенной с боку: 1 – дымовая труба; 2 – камера предварительного нагрева; 3 – нагревательная печь; 4, 5 – трубопровод отходящих газов; 6 – рекуператор; 7 – дымосос;

Принцип нагрева состоит в том, что отходящие газы с высокой скоростью подаются на поверхность металла через специальные сопла, обеспечивая высокий коэффициент теплоотдачи. Камера предварительного нагрева может выполняться как продолжение печи со стороны загрузки материала или сбоку как пристройка. Продукты сгорания подаются в камеру высокотемпературным дымососом по специальным футерованным каналам.