Особенности теплообмена в слое

2.3 Особенности теплообмена в слое

Топливные печи широко применяются в черной металлургии. Их используют для получения чугуна из железной руды, в них вы­плавляют сталь, нагревают металл перед обработкой давлением и осуществляют термическую обработку. Все топливные печи черной металлургии могут быть подразделены на две большие группы: слоевые и пламенные.

В слоевых печах с плотным (фильтрующим) слоем исполь­зуется твердое кусковое топливо. Их применяют для выплавки чугуна из руды, расплавления металла перед литьем, обжига же­лезных руд, известняка, магнезита и доломита. Слоевые печи от­носятся к шахтным печам, важнейшими из которых являются до­менные печи — основные агрегаты любого предприятия с полным металлургическим циклом.

В пламенных печах используется газообразное или жидкое топливо, которое (как говорит само название печей) сжигается с образованием пламени (факела) в рабочем пространстве печей. Факельный метод сжигания топлива применяется в мартеновских печах при выплавке стали, в нагревательных печах прокатных и кузнечных цехов, в печах для термической обработки стали.

К исследованию теплообмена в условиях слоя кусковых ма­териалов, двигающихся навстречу потоку газов, как это имеет место в шахтных печах, многие десятилетия привлечено внимание ученых и инженеров. В нашей стране наиболее значительные ра­боты в этой области выполнены во Всесоюзном научно-исследова­тельском институте металлургической теплотехники (ВНИИМТ) и Уральском политехническом институте.

Теплообмен в слое представляет собой крайне сложный случай теплообмена. Плотный слой образуется кусками различной формы и размеров, имеющими различные теплофизические свойства. Сложный характер движения кусков значительно затрудняет определение реальной поверхности теплообмена. Различная вели­чина зазоров между кусками влияет не только на особенности омывания их газами, но делает неразделимыми процессы теплопровод­ности, излучения и конвекции, действующие в слое. Поэтому при­ходится применять общий коэффициент, учитывающий все три вида теплообмена. Из-за неопределенности поверхности теплооб­мена более удобно использовать объемный коэффициент теплоот­дачи α_v[Вт/(м³ · К)]. Связь его с обычным коэффициентом теплоотдачи α [Вт/(м² · К)] выражается следующим образом: α_v = αF, где F — поверхность нагрева, заключенная в 1 м³ слоя кусковых материалов, м².

Кроме того, слой кусковых материалов характеризуется порозностью f, которая представляет собой отношение объема пустот к полному объему слоя. Для двигающегося слоя, перемещаю­щегося вертикально сверху вниз по высоте какой-то шахты Н, ис­пользуют понятие объемного напряжения сечения шахты р [м³/(м² · с )], показывающего, какой объём кусковых материалов перемещается через 1 м² сечения шахты в течение 1 ч, т. е. Н - рt, где t — время полного перемещения сверху вниз, с.

Как уже подчеркивалось, шихтовые материалы в слоевых пе­чах обычно имеют самые разнообразные размеры и теплофизические свойства. Мелкие куски, например, железорудного сырья, обладающие относительно высокой теплопроводностью, прибли­жаются по свойствам к термически тонким телам, а крупным кус­кам агломерата и особенно известняка присущи свойства, харак­терные массивным в тепловом отношении телам. В результате этого необходимо выполнять анализ условий нагрева кусков шихты в очень широком диапазоне значений их теплового сопротивления. Очень часто в шахтных печах нагрев слоя кусков шихты происхо­дит в условиях наличия источников (стоков) тепловой энергии.

В большинстве шахтных печей движение шихты и газов про­исходит по принципу противотока. В доменной печи к тому же противоточная схема движения сред дополняется завершен­ностью теплообмена в результате значительной величины поверх­ности нагрева и интенсивного охлаждения газов.

Технико-экономическая оценка работы шахтных печей

Печи отличаются большой производительностью и тепловой экономичностью благодаря полному использованию рабочего объема шахты, утилизации теплоты газов и обожженного мате­риала непосредственно в самой печи для подогрева сырья и воз­духа, поступающего на горение топлива. Качество обожженного материала невысоко из-за неизбежного пережога поверхности кусков и более слабого обжига середины их.

Современные шахтные печи полностью механизированы и многие из них имеют автоматическое управление. Печи отлича­ются повышенным расходом электроэнергии на работу тягодутьевых устройств. Так как шахтные печи не требуют здания и не являются металлоемкими, капитальные затраты на их постройку относительно невелики.

Пути усовершенствования шахтных печей направлены на по­вышение их производительности, улучшение качества обжига и культуры обслуживания.

Список использованных источников

1 Никифорова Н.М. Теплотехника теплотехническое оборудование предприятий промышленности, строительных материалов и изделий / Н.В. Тресковой – Москва: Металлургия, Высшая школа, 1981 г.

2 Кривандин В.А. Металлургическая теплотехника – 2 том / В.А. Кривандин; профессор, доктор техн. наук. – Москва: Металлургия, 1986 г. – 590 с.