Центральный металлический портал РФлучшие сервисы для Вашего бизнеса

 ГЛАВНАЯ   МЕТАЛЛОТОРГОВЛЯ   ОБЪЯВЛЕНИЯ   ПРАЙСЫ   КОМПАНИИ   СТАТЬИ   РАБОТА   ФОРУМ   ГОСТы   МАРОЧНИК   КАЛЬКУЛЯТОР   БИРЖЕВЫЕ ЦЕНЫ   ВЫСТАВКИ  

Полезные статьи -> Обработка металлов -> Термообработка -> Термообработка в кипящем слое -> Конструирование печей с кипящим слоем

Конструирование печей с кипящим слоем

Выбор основных параметров

Температура слоя определяется прежде всего заданными технологическими условиями. Интенсивный теплообмен между слоем и деталью обычно позволяет принимать температуру слоя практически равной конечной температуре нагреваемых изделий. Это гарантирует отсутствие перегрева выступающих или тонких элементов изделия и нагрев его до строго определенной температуры.

Специфика нагрева в кипящем слое, как правило, позволяет или даже заставляет несколько изменить температуру нагрева в процессе термообработки по сравнению с принятой в пламенных заводских печах, что обычно выявляется в процессе проведения предварительных исследований или наладки оборудования.

Особенно это относится к температуре охлаждающих ванн.

Время выдержки складывается из времени прогрева детали и времени, необходимого для протекания диффузионных или иных процессов в металле при заданной температуре. Следует подчеркнуть, что заводские технологические карты, определяющие режимы нагрева тех или иных деталей, составлены с учетом особенностей работы существующего оборудования. Как правило, указанные в картах выдержки (за вычетом времени прогрева) намного превышают те, которые необходимы для протекания соответствующих процессов в металле, поскольку они обычно включают время, необходимое для выравнивания температур по объему садки, ликвидации неравномерности прогрева разных ее участков и т. д. Поскольку в печах с кипящим слоем эти факторы отпадают, время выдержки можно существенно сократить, что следует выяснить экспериментально.

Способ обогрева слоя определяется прежде всего его температурой и требованиями, предъявляемыми к состоянию поверхности нагреваемого металла. «Низкотемпературные» печи и ванны (температурой меньше 800-750° С) можно обогревать либо электрическими нагревателями через стенки, либо с помощью погружных горелок, либо, сжигая газ в затопленной кипящим слоем насадке, либо, наконец, подавая под решетку разбавленные продукты сгорания или нагретый воздух. Во всех случаях греющая среда является окислительной для железа. В продуваемом воздухом электротермическом слое среда при этих температурах также получается окислительной. Безокислительную среду можно получить, лишь используя защитный газ в качестве псевдоожижающей среды, что чаще всего неэкономично вследствие большого его расхода.

К счастью, чаще всего нагрев до этих температур не требует применения защитных атмосфер. Интенсивное окалинообразование на углеродистых сталях начинается с 650-700, быстрорежущих - с 850, а высокохромистых даже с 950° С. В этих условиях быстрый нагрев любых сталей и цветных металлов на основе меди до 600-700° С в окислительной среде вполне допустим, если не требуется светлая поверхность. Для получения светлой поверхности следует применять обогреваемые кипящим слоем муфели с подачей в них защитного газа. Как правило, газовый обогрев следует предпочитать электрическому. Дело в том, что стоимость 1 м3 природного газа (в нормальных условиях), дающего при сгорании 34 МДж тепла, примерно равна стоимости 1 кВт.ч, т. е. 3,6 МДж электроэнергии. Поэтому чаще всего затраты на энергоноситель получаются значительно выше при использовании электроэнергии.

Кипящий слой температурой >800-850° С целесообразнее всего обогревать непосредственным сжиганием в нем газообразного топлива. Если специальных требований к состоянию поверхности не предъявляется, а налипание частиц на окислительную поверхность либо не возникает (температуры ниже 1100° С, деталь не имеет горизонтальных или слабо наклонных поверхностей), либо оно не нарушает технологического процесса (нагрев под закалку, в процессе которой прилипшие частицы отвалятся), газо-воздушную смесь можно сжигать при ав = 1,05-1,1. Если необходимо получить при нагреве чистую (без окалины) поверхность, то нужно использовать двухступенчатую или двухзонную схемы сжигания. Значения ав в зоне нагрева в этом случае должны быть такими, чтобы отношения концентраций окисляющих металл газов (СО2, Н20) в продуктах сгорания к концентрациям соответствующих восстановительных газов (СО, Н2) были меньше термодинамически равновесных величин для реакций окисления металла соответствующими газами (свободный кислород в безокислительной среде, конечно, недопустим). Если состав продуктов сгорания далек от термодинамически равновесного, необходимое значение ав может быть найдено только экспериментально; для равновесного состава оно может быть подсчитано. Безокислительные по отношению к железу продукты сгорания природного и сжиженного газов получаются при ав < 0,5.

При сжигании природного газа в кипящем слое инертных частиц состав, близкий к равновесному, получается при тем больших температурах (1200-1300° С), чем ниже ав (0,6-0,25). Для пропан-бутановой смеси эти температуры примерно на 100° С ниже. Чтобы получить равновесную среду при более низких температурах, необходимо применять катализаторы.

При длительных выдержках стали в кипящем слое, особенно при высоких температурах, среда должна быть нейтральной по отношению к растворенному в стали углероду. Для равновесных продуктов сгорания соответствующее значение ав может быть определено с последующим корректированием на практике, поскольку точно равновесия достичь не удается. В зависимости от содержания углерода в стали и температуры оно оказывается в 1,1-1,5 раза больше ас. Для неравновесных продуктов сгорания его приходится определять экспериментально или расчетом, если известен точный состав газов.

Материал псевдоожижаемых частиц выбирают, исходя из его доступности, прочности на истирание, огнеупорности, способности взаимодействовать с поверхностью нагреваемого металла, стоимости и т. д. Перечень материалов для низкотемпературных печей и ванн достаточно широк (корунд, песок, шамот, окись магния и т. п.). Обычно стремятся выбирать более тяжелые частицы, поскольку их применение гарантирует получение более высоких коэффициентов теплоотдачи, требуя, правда, и больших скоростей псевдоожижения. Для эксплуатации в высокотемпературных (>1100° С) установках, когда существенными становятся эффекты спекания частиц друг с другом и налипания их на металл, проверены фактически лишь два материала: чистый А1203 (электрокорунд белый или черный) и кессонная масса (достаточно чистый MgO). Первый выпускается промышленностью в виде узких (практически любых от 0,04 до 1,6 мм) фракций, но довольно дорог (200-300 руб/т в зависимости от фракции). Второй примерно в 10 раз дешевле, но выпускается в нефракционированном виде. Выпускаемая промышленностью фракционированная окись магния дороже корунда. Возможно применение и других окислов, однако они не должны содержать заметного количества примесей.

Размер псевдоожижаемых частиц определяется необходимостью связать скорость нагрева изделий и время выдержки с удельной производительностью печи. Чем мельче частицы, тем больше коэффициент теплоотдачи, а значит, и скорость нагрева, но тем меньше и скорость псевдоожижающей газо-воздушной смеси, т. е. меньше количество тепла, которое выделяется при ее сжигании. Если выбранный размер частиц окажется меньше оптимального для данных условий, то габариты печи будут определяться необходимостью ввести в нее нужное количество тепла с газовоздушной смесью: по условиям теплообмена между деталью и кипящим слоем можно было бы обеспечить прогрев детали в печи со значительно меньшей площадью пода.

Наоборот, если размер частиц чересчур велик, то площадь пода печи будет определяться интенсивностью прогрева деталей в слое, т. е. временем, необходимым для нагрева и выдержки деталей, и скоростью их движения. В этом случае количество тепла, вводимого с газо-воздушной смесью при оптимальном ее составе (т. е. при суммарном ав = 1,05-1,2) будет слишком большим для поддержания в печи заданной температуры. При подаче под решетку всего необходимого для горения воздуха для уменьшения количества выделяющегося тепла приходится в таких случаях увеличивать ав. Аналогичный прием используют и в двухзонных печах. Понятно, что при этом соответственно уменьшается к. п. д. печи. Следует заметить, что при выборе слишком крупных частиц увеличение эффективности работы печи (например, рекуперацией тепла уходящих газов) затруднено, так как всякое уменьшение расхода топлива приводит к необходимости повышения ав (для поддержания в слое нужной скорости), т. е. относительных потерь с уходящими газами. Поэтому стремление создать высокоэффективную печь всегда приводит к выбору более мелких частиц.

Большое количество расчетов, выполненных нами для печей различного назначения, показывает, что в промышленных установках наиболее экономично применение частиц диаметром не более 0,32-0,4 (редко 0,5) мм. Используя такие частицы, легко получить удельную производительность 1-1,5 т/ч и более с 1 м2 пода печи.

Чем мельче псевдоожижаемые частицы, тем короче и шире получается печь при той же скорости движения деталей. Очень часто оптимальными оказываются частицы диаметром 0,1-0,16 мм и даже меньше. Например, ширина агрегатов для термообработки проволоки определяется минимально допустимым расстоянием между нитками, при котором они не запутываются (меньше 30 мм его брать не рекомендуют, хотя никто, собственно, и не пробовал работать с меньшими шагами). Длина агрегата определяется временем прогрева проволоки. При проработке муфельного варианта, например, оказывается, что даже применяя частицы диаметром 0,2 мм (при скорости псевдоожижения 0,2 м/с), приходится повышать ав до 1,2, чтобы свести тепловой баланс при температуре в печи 1000° С, в то время как экономичнее было бы взять ав = 1,05.

В ваннах с электрическим обогревом, где подвод тепла не связан со скоростью псевдоожижающего агента, выбор более мелких частиц гарантирует соответствующее уменьшение потерь тепла на нагрев псевдоожижающего агента при увеличении, в то же время, интенсивности теплообмена.

К сожалению, применение частиц диаметром менее 0,1- 0,16 мм, особенно в печах с высоким слоем, связано с необходимостью увеличивать высоту отстойной зоны и с опасностью уноса. С точки зрения пыления следует рекомендовать частицы диаметром не менее 0,2 мм. Если по расчету оптимальными являются более мелкие частицы, желательно с помощью конструктивных ухищрений или за счет снижения экономичности найти путь применения частиц диаметром хотя бы 0,2 мм.

В охлаждающих ваннах применение более мелких частиц гарантирует увеличение скорости охлаждения. Иногда этот фактор является решающим, если например, нужные свойства получаются в кипящем слое корунда с диаметром частиц 0,1 мм и не получаются при диаметре частиц 0,2 мм. Высоту отстойной зоны можно в этом случае несколько уменьшить впрыском воды и установкой отбойных сепараторов. Понятно, что в комплексных агрегатах, где возможен перенос материала из камеры нагрева в камеру охлаждения, и в камере нагрева в этом случае приходится применять тот же мелкий корунд, что и в камере охлаждения.

Скорость псевдоожижающего агента w определяется прежде всего размером и материалом частиц и обычно выбирается в 2- 5 раз больше критической, причем меньшие цифры относятся к слою крупных частиц, а большие - мелких. С увеличением w сверх указанных значений повышается интенсивность движения частиц, несколько возрастает (во всяком случае до оптимальной скорости) коэффициент теплоотдачи, но увеличивается и интенсивность выброса частиц, а значит, и необходимая высота отстойной зоны или унос. При слишком малых скоростях псевдоожижение становится неравномерным (особенно в аппаратах с большой площадью решетки), коэффициент теплоотдачи снижается и может быть разным в разных участках печи. При малых скоростях приличное псевдоожижение можно получить лишь при большом относительном сопротивлении газораспределительной решетки.

Форма печи в плане. Садочные печи делают круглыми или прямоугольными, проходные печи небольшой длины также обычно прямоугольные. Поперечное сечение длинных проходных печей целесообразно выбирать с учетом изменения интенсивности теплообмена по их длине. При постоянной температуре слоя разность температур между ним и изделием, а следовательно, и количество передаваемого тепла уменьшается вдоль печи приблизительно по экспоненте. Если поперечный размер печи в каждом сечении будет пропорционален количеству переданного в нем тепла, необходимость в продольном переносе тепла по слою для получения на входной стороне такой же температуры, как и на выходной будет исключена. Практически, учитывая высокую теплопроводность кипящего слоя, в таком строгом соответствии нет необходимости, однако в длинных печах первую по ходу процесса зону целесообразно делать шире остальных тем более, что в ней можно организовать одноступенчатое сжигание газа, имея в виду, что при нагреве до 500-600° С, даже углеродистая сталь практически не успевает окисляться. Иногда целесообразно сделать по длине печи три зоны разной ширины. В каждой из них должно приблизительно выдерживаться равенство между количеством отданного металлу и выделенного при сгорании (за вычетом теплопотерь) тепла. Можно сделать печь с подом, сужающимся к выходу.

Высота слоя определяется способом сжигания топлива и размерами деталей. При ав >1 горение заканчивается на расстоянии 30-50 мм от газораспределительной решетки. Выше этого уровня можно размещать детали. Верхняя граница насыпного слоя не должна быть ниже верхней точки погруженной в слой детали, поскольку выше уровня насыпного слоя коэффициент теплоотдачи резко снижается. Практически в этих условиях изделие размещают на уровне плотного слоя.

При сжигании газа без катализатора с ав = 0,25-0,5 состав газа при температурах слоя выше 1200° С перестает меняться начиная с высоты 100-150 мм (меньшие цифры относятся к большим температурам и значениям аB. При использовании затопленной насадки из катализатора ГИАП-3 высоту ее рассчитывают исходя из допустимых объемных напряжений и скорости газо-воздушной смеси в зависимости от температуры. Обычно она составляет 100- 150 мм. Между катализатором и газораспределительной решеткой необходимо разместить слой (высотой 40-50 мм) из инертных шаров (или кусков) диаметром не меньше 15 мм, чтобы обеспечить прогрев холодной газо-воздушной смеси и предотвратить заугле-роживание катализатора. Теплообмен непосредственно над поверхностью насадки с катализатором никто не исследовал, поэтому изделия (проволоку, например) целесообразно размещать не ближе 30-50 мм от насадки.

Высоту насыпного слоя h0 и в этих случаях выбирают с таким расчетом, чтобы он полностью закрывал погруженные детали. Вторичный воздух подается на расстоянии от газораспределительной решетки, равном (1,2-4-1,3) h0, причем большие цифры относятся к печам с каталитической насадкой, из которой при псевдоожижении большая часть материала выдувается в кипящий над насадкой слой.

Высота отстойной зоны. Печи с кипящим слоем по необходимости имеют большую высоту. Не следует стремиться уменьшать ее уменьшением высоты отстойной зоны - «пустого» пространства над слоем, которое совершенно не используется для нагрева металла. Расстояние от верхней границы плотного слоя до места отвода газов должно быть тем больше, чем выше слой, мельче частицы и больше число псевдоожижения. В разных условиях оно колеблется от 0,5 до 2,0 м и может быть уменьшено лишь при использовании сепарирующих вставок и соответствующей организации отвода газа. В противном случае частицы мелкозернистого материала, подбрасываемые над слоем при разрушении на его поверхности газовых пузырей, могут попадать в выходное отверстие для газа и уноситься из печи.

При правильном выборе высоты отстойной зоны установка пылеулавливающих циклонов не нужна. Средняя скорость газов над кипящим слоем всегда гораздо ниже скорости витания частиц, поэтому частицы могут выноситься из слоя лишь в том случае, если будучи подброшенными с уровня слоя (вместе с каким-то объемом газа), они не будут иметь достаточного места для того, чтобы погасить начальную скорость.

Сопротивление и конструкция газораспределительной решетки. Вопрос о минимальном сопротивлении решетки, обеспечивающем равномерное псевдоожижение по сечению, окончательно не решен. По-видимому, сопротивление самих газораспределителей (не считая подводящего тракта) должно составлять не менее 0,25-0,3 от сопротивления слоя. Является ли это достаточной гарантией для ликвидации пристенного эффекта в печах с высоким слоем, пока не ясно. В любом случае крайние колпачки целесообразно располагать поближе к стенам, а их живое сечение, и, особенно, живое сечение колпачков, расположенных в углах камеры, делать в 1,5-2 раза больше, чем остальных. Нередко сознательно увеличивают число отверстий в колпачках с тем, чтобы в процессе наладки работы решетки можно было уменьшать его там, где это нужно, зачеканивая некоторые отверстия нихромовой проволокой. Торчащий наружу конец проволоки позволяет в случае возникающей при наладке необходимости снова ее вынуть.

Шаг между колпачками не должен превышать высоты слоя и в любом случае его, по-видимому, не следует делать больше 100- 150 (в крайнем случае - 200) мм, хотя этот вопрос о максимально-допустимом шаге еще не изучен до конца.

Газораспределительная решетка должна быть рассчитана на подачу заранее подготовленной газо-воздушной смеси. Положительного опыта работы промышленных печей с кипящим слоем для нагрева металла при раздельной подаче газа и воздуха, насколько известно, нет.

Автор: Администрация   Общая оценка статьи:    Опубликовано: 2012.05.24   

_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

ЛИЧНЫЙ КАБИНЕТ:



запомнить  Регистрация

Металлоторговля:
Объявления
Прайсы (по торг. позициям)
Прайсы (в файлах)

Марки металлов
Калькулятор веса металла

Новости

НОВЫЕ ОБЪЯВЛЕНИЯ

16:49 Полоса нержавеющая зеркальная 60х6х6000мм AISI 304

16:48 Полоса нержавеющая зеркальная 50х5х6000мм AISI 304

16:47 Полоса нержавеющая зеркальная 30х4х6000мм AISI 304

16:46 Полоса нержавеющая зеркальная 20х4х6000мм AISI 304

16:45 Полоса нержавеющая зеркальная 40х4х6000мм AISI 304

16:34 Уголк нержавеющий г/к равнополочный 50х50х5 AISI 304

16:32 Угол нержавеющий г/к равнополочный 40х40х4 AISI 304

16:31 Угол нержавеющий г/к равнополочный 30х30х3 AISI 304

16:30 Угол нержавеющий г/к равнополочный 25х25х3 AISI 304

16:27 Угол нержавеющий г/к равнополочный 20х20х3 AISI 304

НОВОСТИ

27 Мая 2017 18:10
Каскадерские трюки на тракторе

24 Мая 2017 15:48
Мост с подогревом за €2 млн. (16 фото)

27 Мая 2017 17:48
Американский импорт стали в апреле упал на 3,1%

27 Мая 2017 16:04
Нижегородский инвестсовет одобрил льготы ”ВМЗ” по проекту нефтегазопроводных труб

27 Мая 2017 15:37
Выпуск чугуна в странах Азии в апреле вырос на 4,6%

27 Мая 2017 14:08
”Белэнергомаш-БЗЭМ” получил заказы от российских и зарубежных АЭС

27 Мая 2017 13:31
Китайский импорт коксующегося угля за 4 месяца вырос на 52,5%

НОВЫЕ СТАТЬИ

Полы по лагам, тонкости монтажа

Рекламные стенды для выставок и PR-акций

Промышленные вибростолы и другое виброоборудование для про-ва стройматериалов

Распространенные разновидности подъемников

Сыпучие строительные материалы искусственного и естественного происхождения

Металлочерепица и профнастил - металлические кровельные материалы

Автоматические выключатели Easy9

Производство водосточного желоба как идея для предпринимательства

Грохоты промышленные - основные особенности и применение

Утепление ангаров - основные способы

Низкорамные тралы для перевозки крупных грузов

Использование металлоконструкций и бетона в строительстве

Мрамор и гранит в современном интерьере

Электромеханические замки для промышленных помещений

Трубы квадратного сечения из нержавейки

Лист нержавеющий AISI 409 - особенности марки и применение

Характеристики и общие особенности марки стали 40Х13

Свойства и особенности применения проката из нержавейки марки 20Х13

 ГЛАВНАЯ   МЕТАЛЛОТОРГОВЛЯ   ОБЪЯВЛЕНИЯ   ПРАЙСЫ   КОМПАНИИ   СТАТЬИ   РАБОТА   ФОРУМ   ГОСТы   МАРОЧНИК   КАЛЬКУЛЯТОР   БИРЖЕВЫЕ ЦЕНЫ   ВЫСТАВКИ  

Компания "РДМ" предлагает трубы ППУ.

Рейтинг@Mail.ru

О портале : Информация и правила : Реклама : Тарифы для компаний : Наши контакты : Связаться : Личный кабинет : Регистрация

2009-2017 © Любое копирование материалов без активной ссылки на metallicheckiy-portal.ru запрещено!
Использование материалов в печатных изданиях только с разрешения администрации портала.