Классификация печей

Классификация печей по принципу твплогенерации

Тепловыделение в печах представляет собой процесс пре­вращения какого-либо вида энергии в тепловую энергию. Источниками получения тепла являются: а) химическая энергия топлива (топливные печи); б) химическая энергия жидкого металла или шихты; в) электрическая энергия.

Превращение химической энергии топлива в тепловую происходит в результате сгорания топлива в так называе­мых топливных печах. В металлургии к таким печам отно­сятся пламенные печи и печи, работающие по слоевому ре­жиму. Рабочее пространство пламенных печей только в очень малой степени заполнено обрабатываемым материа­лом, который обычно располагается на поду. Основная часть рабочего пространства заполнена пламенем и раска­ленными дымовыми газами, передающими тепло материа­лу. Подобные печи работают на газообразном и жидком топливах.

Кроме пламенных, сжигание топлива осуществляется в печах, работающих по слоевому режиму, который обычно применяют при обработке кускового материала. Чаще все­го это происходит в вертикальных (шахтных) печах, где материал либо распределяется по всему объему и раска­ленные газы проходят между его кусками, либо частицы его распределены в газообразном теплоносителе. Для слоевого режима работы печей характерно тесное переплетение всех трех видов теплопередачи (тепловое излучение, кон­векция, теплопроводность). Разделить их часто не пред­ставляется возможным.

Известны три разновидности слоевого режима: с плот­ным, кипящим и со взвешенным слоем обрабатываемого материала.

В печах с плотным (фильтрующим) слоем шихта, в со­став которой входит и твердое кусковое топливо, расположена плотным слоем по всему объему печи и медленно продвигается вниз. Раскаленные газы — продукты сгора­ния топлива проходят через слой между отдельными его кусками. Это наиболее распространенный режим работы слоевых печей. Он характерен для шахтных печей, широко распространенных в металлургии.

В печах с взвешенным слоем слой под динамическим действием газов находится в разуплотненном состоянии и энергично перемешивается.

В таких печах может выгорать как размельченное топ­ливо, так и горючие компоненты, содержащиеся в обраба­тываемой шихте. Иногда вместе с воздухом подают газооб­разное топливо. Широкое использование печи с кипящим слоем получили в цветной металлургии для обжига суль­фидных концентратов различных металлов, для сушки и кальцинации глинозема.

В печах, работающих со взвешенным слоем, обрабаты­вают материалы, доведенные до пылевидного состояния. При этом мелкие частицы материала отделены друг от друга газовой прослойкой и, будучи «взвешены», движутся вместе с ним. В качестве топлива может использоваться размолотое твердое и газообразное топливо. В печах цвет­ной металлургии широко используется тепло горения серы при плавке сульфидов цветных металлов.

Как в черной, так и в цветной металлургии широко распространены печные агрегаты, в которых источником получения тепловой энергии является процесс выгорания элементов, заключенных в обрабатываемом металле или в проплавляемой шихте. В черной металлургии таким основ­ным элементом является углерод, который выжигается из чугуна при производстве стали в конвертерах.

Во всех этих агрегатах процесс теплогенерации проис­ходит непосредственно в материале или в объеме, заполненном размельченной шихтой и поэтому органически сочетается с принятой технологией, причем выделяющееся тепло равномерно распределяется по всей массе обрабаты­ваемого материала.

Существуют и такие печи, в которых тепловыделение обусловлено и химической энергией топлива, и химической энергией жидкого металла. К таким печам, занимающим промежуточное положение между топливными печами и конвертерами, относятся мартеновские печи. В этих печах топливо сгорает над ванной металла, пламя и раскаленные газы также находятся над ванной металла, т.е. идут про­цессы, присущие пламенным печам. Вместе с тем в металли­ческой ванне происходит выгорание примесей, сопровожда­емое выделением тепла, причем очень существенным, вплоть до того, что в некоторые периоды плавки теплогенерация за счет химической энергии жидкого металла может иметь решающее значение.

В основе работы электрических печей лежит генерация тепла за счет электроэнергии. Эта теплогенерация может осуществляться различными методами, рассматриваемыми подробно ниже. Будет показано различие этих методов, что накладывает отпечаток на конструкции и работу печей, поэтому классификация электрических печей осуществля­ется в соответствии со способом теплогенерации (см. § 1, гл. IX).

Вид процесса теплогенерации, осуществляемого в печ­ном агрегате, в решающей мере определяет не только кон­струкцию печи, но и характер протекающих в ее рабочем пространстве тепломассообменных процессов.

Классификация печей по технологическим и конструктивным признакам

По технологическому назначению металлургические пе­чи делят на плавильные и нагревательные.

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.

Нагревательные печи применяют для нагрева материа­лов с целью обжига (известняка, магнезита, огнеупорных материалов и др.) и сушки (литейных форм, руды, песка и др.), 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.

Внутри каждой из этих групп печи подразделяют в со­ответствии с теми операциями, которые в них проводят. Так, плавильные печи могут быть чугуноплавильные, ста­леплавильные, медеплавильные и др. Нагревательные печи могут служить для обжига огнеупорных материалов, нагре­ва металла перед прокаткой и ковкой, термообработки ме­талла. Эти группы печей, ограниченные определенными технологическими операциями, подразделяют еще и по конструктивным признакам, методам транспортирования ме­талла в печи, характеру продукта, подвергаемого нагреву. Например, нагревательные печи для нагрева перед прокат­кой разделяют на следующие группы: а) нагревательные колодцы, методические печи, камерные нагревательные и др.; б) садочные, толкательные, с вращающимся подом; в) для нагрева слитков, блюмов, труб, сутунки и др.

Топливные печи подразделяют по виду применяемого топлива. Так, сталеплавильные мартеновские печи могут быть газовые и мазутные.

В соответствии с методами утилизации тепла отходя­щих дымовых газов печи подразделяют на регенеративные и рекуперативные.

Электрические печи классифицируют по способу превра­щения электрической энергии в тепловую: дуговые электри­ческие печи, печи сопротивления и индукционные печи.

Современные печи представляют собой сложные тепло­вые агрегаты, состоящие из собственно печи и вспомога-тельного оборудования. Собственно печь включает в себя рабочее пространство и устройства для получения тепловой энергии: горелки, форсунки в топливных печах и электро­ды, резисторы в электрических печах. В состав вспомога­тельного оборудования входят устройства для утилизации тепла отходящих дымовых газов, вентиляторы и дымососы, дымовые трубы, различные клапаны, задвижки и др.

В рабочем пространстве печи осуществляются те техно­логическое операции, для которых предназначена печь. Все остальные элементы печи служат для обеспечения наи­более эффективного проведения главной технологической операции.