- диаметр заготовки;

- длина заготовки;

- зазор между крайней заготовкой и стенкой печи.

При двухрядном расположении

(96)

(97)

Пример 13. Определить площадь и размеры пода пламенной нагревательной печи, установленной у штамповочного молота производительностью 600 кг/час, при заготовке диаметром 60 мм, длиной 160 мм, массой 3.5 кг. Время нагрева одиночной заготовки 12.5 м. Расположение заготовок четырехрядное, расстояние между рядами заготовок равно половине диаметра заготовки. Расстояние от стенок печи до крайних заготовок 100 мм.

1. Время нагрева с учетом расположения заготовок

.

Число одновременно нагреваемых заготовок

.

Площадь пода занятая заготовками

С учетом коэффициента загрузки площадь пода

.

Шаг укладки .

Ширина пода

.

Глубина пода .

Размеры пода надо скорректировать до стандартных размеров в сторону увеличения.

Стенки печи. Всегда выполняются двухслойными, иногда – трехслойными. Внутренний слой из огнеупорного (шамотного) кирпича, наружный слой (один или два) делают из теплоизоляционного материала (легковесный шамот). В стенках печей выполняют отверстия: рабочие окна (одно или два), смотровые окна, отверстия для горелок.

Для того чтобы эти отверстия не ослабляли кладку, изоляционный слой около их не выкладывают, а кладку из огнеупорного кирпича ведут прямо до кожуха, на всю толщу стены. Окна сверху перекрываются либо специальными брусьями, либо арочными сводами.

С наружной стороны – устанавливают литые чугунные рамы. В высокотемпературных печах рамы делают водоохлаждаемыми. В рамах есть наклонные направляющие, по которым перемещаются заслонки. Заслонки тоже футерованы огнеупорным кирпичом.

Устройства для сжигания топлива

Для сжигания газообразного топлива применяются горелки, для сжигания жидкого топлива – форсунки. Назначением горелок является смешивание горючего газа и воздуха и подача горючей смеси в зону горения.

По способу смешивания газа и воздуха горелки разделяются на горелки с полным предварительным смешиванием газа и воздуха, с частичным предварительным смешиванием и с внешним смешиванием.

Горелки с полным предварительным смешиванием газа и воздуха относятся к горелкам высокого давления. Они работают на газе, подающемся под давлением 0.5-1.5 атм. (50-150 кПа). Являются инжекционными. Состоят из смесителя и собственно горелки. Смеситель представляет собой корпус конической формы, к горловине которого подведена газовая труба, заканчивающаяся газовым соплом. На трубу перед соплом навернута регулирующая шайба.

Газ, поступающий в корпус смесителя через сопло, инжектирует (засасывает) из окружающего пространства потребный для горения воздух через щель между шайбой и корпусом. Шайба по нарезке перемещается, приближаясь или удаляясь от корпуса.

Таким образом можно регулировать подвод воздуха. Благодаря такой конструкции при изменении расхода топлива автоматически поддерживается коэффициент расхода воздуха, так как изменение расхода газа влечет изменение инжектируемого воздуха.

В смесителе происходит перемешивание газа и воздуха. Приготовленная смесь поступает в горелку, имеющую выходное отверстие. Для надежного воспламенения и стабильного горения в отверстие в стенке печи вставляется огнеупорный блок с туннелем.

Инжекционные горелки устойчиво работают на газе высокого давления, что обеспечивает скорость истечения смеси из сопла горелки не менее скорости горения смеси. В случае низкого давления газа может быть проскок пламени в смеситель.

В случае слишком большого давления – отрыв пламени от горелки. Так как смешивание топлива и воздуха предварительное, то скорость горения зависит только от скорости протекания химических реакций окисления и горение является кинетическим. Факел пламени получается бесцветным и коротким. Поэтому они не пригодны для печей, где требуется растянутый факел пламени. Чтобы добиться равномерных температур в длинных печах, необходимо размещать большое количество мелких горелок по длине рабочего пространства.

Горелки могут работать как на холодном газе и воздухе, так и на подогретых (температура смеси не должна быть выше 400^оС).

Горелки с частичным предварительным смешиванием газа и воздуха. Применяются в печах небольших размеров, когда необходим слабо светящийся факел умеренной длины. В этих горелках часть воздуха смешивается с газом внутри корпуса горелки.

Остальной воздух, необходимый для горения, смешивается со смесью богатой газом при выходе горелки. Горение такой смеси сильно зависит от скорости диффузии топлива и воздуха. В результате и получается слабосветящийся факел. Могут работать на холодных газе и воздухе с коэффициентом расхода воздуха .

Горелки с внешним смешиванием топлива и воздуха. Это так называемые пламенные горелки. Для них характерно, что для выхода из горелки топливо и воздух подаются по отдельным каналам. Перемешивание газа и воздуха происходит на выходе из горелки в рабочем пространстве печи.

В результате этого горение топлива затягивается и для обеспечения необходимой полноты сжигания нужен коэффициент расхода воздуха 1.1-1.15. Горелки могут работать на самых различных печах и с применением газа различной теплоты сгорания. Как правило горелки этого типа применяют для подогретых газа и воздуха для работы методических печей.

Устройство для удаления продуктов горения

Включают дымовые каналы в поду и стенках печи, горизонтальные и вертикальные дымоходы, дымовые трубы и дымососные установки.

В участках, где протекающие продукты горения имеют высокую температуру, дымоходы футерованы огнеупорным, где продукты горения имеют низкую температуру – выкладываются красным кирпичом. Сечение дымоходов прямоугольное с арочным сводом.

Площадь сечения дымовых каналов и дымоходов определяется из средней, приведенной к нормальным условиям скорости дымовых газов

; , (102)

где - расход продуктов горения при 0^оС и 760 мм ртутного столба;

- коэффициент объемного расширения газа;

- площадь сечения дымохода или суммарная площадь сечения дымовых каналов.

Отсюда

(103)

При естественной тяге скорость принимают каналах кладки печи 3-4 м/с, в дымовых 2-3 м/с. Вытяжка и выбрасывание в атмосферу продуктов горения через вытяжную трубу. Вытяжные трубы строятся кирпичные, бетонные и металлические.

Во всех случаях нижняя часть дымовой трубы футеруется шамотным кирпичом. Трубы устанавливаются на фундаменты, которые рассчитывают по правилам строительной механики. Выходная часть трубы называется устье, нижняя часть – основание.

Вытяжка дымовых газов обеспечивается нометрическим напором, создаваемым высотою трубы, в которой проходит газ, имеющий плотность меньше плотности окружающего трубу воздуха. Диаметр устья трубы выбирают так, чтобы скорость в нем была 2.5-8 м/с. Диаметр основания в полтора раза больше диаметра устья у кирпичных труб.

Высота трубы определяется с помощью уравнения Бернулли, составленного из устья и основания трубы.

(104)

При расчете учитывается понижение температуры продуктов горения, которое для кирпичных труб составляет 1-1.5^оС на метр высоты, для железных 3-4 ^оС/м.

Для основания

- геометрический напор

- давление продуктов горения у основания трубы,

- динамический напор

Нижний слой кладки выполняется из хромистого или хромомагнезитового кирпича. Высота стен при определенной площади пода определяет объем рабочего пространства, толщину слоя продуктов горения над металлом.

То есть определяет условия теплопередачи от продуктов горения и внутренней поверхности кладки к металлу. Если теплообмен в основном конвективный, то надо обеспечить большую скорость движения продуктов горениядля увеличения . Если теплообмен идет в основном за счет излучения, то надо иметь достаточную толщину слоя газа для обеспечения интенсивного теплоизлучения от газов и стен печи.

Нормативы на высоту стен печи устанавливают по степени развития кладки – величине обратной угловому коэффициенту металл – кладка

, (98)

где - степень развития кладки;

- эффективная тепловоспринимающая площадь поверхности металла;

- площадь внутренней поверхности кладки стен и свода печи.

- для арочного свода.

Тогда

(99)

Откуда

(100)

Толщина стен должна удовлетворять механической прочности при высокой температуре, достаточной теплоизоляции и малой теплоемкости.

Толщина огнеупорного слоя устанавливается по допустимой нагрузке на сжатие (300 кН/м²) по весу стен и свода печи. Толщина теплоизоляционного слоя определяет тепловые потери через стенку в окружающую среду.

Удельный тепловой поток через стенку составляет

(101)

Свод печи. При ширине печи до 4 м изготавливается арочным из клиновидного кирпича, толщиной в один кирпич. Сверху засыпается теплоизоляционной засыпкой (трепел). Радиус арочного свода равен его ширине. При ширине пролета 4 м и более слишком большим становится распорное усилие, поэтому свод печи изготавливается подвесным. Его набирают из кирпичей специальной формы, укрепляемых на поперечных связях каркаса.

- потерянный напор на входе в трубу.

Для устья

,

где - высота трубы;

, - плотность газа и воздуха при Н.Ф.4;

; ; ; - абсолютные температуры газа и воздуха для сечений 1, 2, среднее значение

; ; - скорости движения продуктов горения средняя, в сечении 1 и 2, приведенные к нормальным условиям.

принимается на 30% больше, чем потери энергии на пути двидения продуктов горения от печи до основания трубы