14. Теплоизоляционные материалы

Как правило, печь футеруют материалами двух видов − огнеупорными и теплоизоляционными. Огнеупорные материалы хорошо противостоят воздействию высоких температур, металлов, шлаков и т.д., но имеют высокую теплопроводность. Теплоизоляционные материалы имеют низкую теплопроводность, но не выдерживают воздействия высоких температур, металла, шлаков и т.д. Температура применения теплоизоляционных материалов не превышает 900°С. Футеровку печи конструируют таким образом, чтобы первый слой − рабочее пространство − был выложен огнеупорными материалами, а второй − теплоизоляционными материалами.

Теплоизоляционные материалы часто наносят и на наружные стены каркасов печей, сушил, тонок и т.п. Эти материалы применяют в виде формованных изделий, сыпучих материалов, мастик. Их подразделяют на естественные и искусственные. К естественным относят диатомит, перлит, асбест и др., к искусственным − диатомитовый кирпич, асбоцемент, совелит, шлаковую и стеклянную вату, известково-кремнеземистые плиты и др.

Диатомит − природный материал, представляющий собой остатки панцирных микроорганизмов. В естественном виде его применяют в виде сыпучих материалов и обмазок. Диатомитовый кирпич изготовляют формовкой диатомитового порошка с глиной с последующим обжигом. Кирпич выпускают трех марок: 500, 600 и 700 (цифры соответствуют плотности) и используют до температуры 900°С для кладки наружного слоя изоляции стен и сводов. Его предел прочности на сжатие в зависимости от плотности составляет 0,6−1 МПа, теплопроводность 0,12− 0,6 Вт/(м·К).

Асбест − природный минерал волокнистого строения, применяемый в виде листового картона, шнура и сыпучего материала. Асбестовый картон изготовляют из 80% асбеста и 20% огнеупорной глины.

Совелит, изготовляемый из смеси доломита и асбеста, применяют до температуры 500°С для наружной изоляции в виде плит, сыпучего матери-

34

ала и мастик.

Шлаковую вату − рыхлый материал из хаотически расположенных нитей металлургического шлака получают раздувкой струи шлака струей пара или сжатого воздуха. Ее применяют в исходном виде, а также в виде изделий (войлока, плит и т. д.) до температуры 600°С.

Известково − кремнеземистые плиты изготовляют из извести, кремнеземистого материала и асбеста путем приготовления из этих компонентов тонкодисперсной гидромассы, заливки ее в формы, запарки и сушки в автоклавах. Температура применения изделий до 600°С.

35

II.Печи

1.Введение

Разнообразие промышленных печей, используемых в литейном производстве, вызывает необходимость их подразделения на основные группы. Это необходимо, в первую очередь, для последовательного описания печей и изучения их работы. Главными этапами получения готовых изделий в литейном производстве являются расплавление металла и его разливка по формам и затем в ряде случаев термическая обработка отливок. Для получения качественных литейных форм их обязательно подвергают сушке.

Исходя из этого различают печи для получения расплавленного металла (плавильные), печи для нагрева отливок с целью их последующей термической обработки (нагревательные) и печи для сушки литейных форм (сушила). Во всех этих печах протекают процессы превращения ка- кого-либо вида энергии в тепловую и затем передачи этого тепла к расплавляемому, нагреваемому или сушимому материалу.

По способу генерации теплоты все печи подразделяют на топливные, где теплота выделяется в печи за счет горения топлива, и на электрические, где электроэнергия преобразуется в теплоту посредством электрической дуги, нагревательных элементов сопротивления или индукцией.

По условиям теплообмена печи могут быть подразделены на печи с теплопередачей преимущественно излучением и конвекцией. К первым относятся сравнительно высокотемпературные печи, где доля конвективного теплообмена невелика. К печам с преимущественно конвективной теплопередачей в рабочем пространстве относятся главным образом низкотемпературные печи, где излучение не играет существенной роли, например сушила.

Условия теплообмена в вагранке весьма сложны, в ней тесно переплетается теплообмен конвекцией и излучением. Это обстоятельство осложня-

36

ется протеканием непрерывного процесса плавления металла при противоточном движении столба шихты и газового потока. Процессы теплообмена и плавления происходят здесь в слое движущегося материала, поэтому тепловой режим работы вагранки получил название слоевого.

Влитейных цехах применяют плавильные индукционные печи, а иногда и малые конвертеры для получения жидкой стали из расплавленного чугуна. Процесс генерации теплоты в этих печах отличается тем, что он протекает в самом металле.

Вотличие от перечисленных выше печей, которые можно назвать пе- чами-теплообменниками, индукционная печь и конвертер называют печа- ми-теплогенераторами.

Ниже рассмотрены основные принципы тепловой работы печей в последовательности, определяемой их технологическим назначением: вагранки, плавильные печи, нагревательные печи и сушила.

Вагранка представляет собой шахтную печь со слоевым режимом тепловой работы, предназначенную для выплавки чугуна.

Вкачестве топлива применяют кокс или смесь кокса с природным газом; шихта состоит из доменного чугуна, стального и чугунного лома и флюсов.

Металлическую шихту и кокс загружают в верхнюю часть шахты вагранки. Воздух, необходимый для сжигания топлива подают через фурмы, расположенные в печной части шахты. За счет теплоты, выделяющейся при сжигании кокса, происходит плавление составляющих металлической шихты. Продукты горения топлива, поднимаясь по шахте вверх навстречу опускающимся материалам, отдают им свою теплоту.

Теплообмен между нагревающимся материалом и охлаждающимися газами происходит по схеме противотока. Большая тепловоспринимающая поверхность материалов обеспечивает хорошее использование тепла газов. Температура газов в зоне плавления внизу шахты составляет 1600 − 1700°С, а температура газов, выходящих из вагранки, 300 − 500°С.

37

Теплота, выделяющаяся при сгорании топлива, расходуется на нагрев и плавление материалов, разложение известняка, потери теплопроводностью через стенки шахты, с отходящими газами и на нагрев воды, охлаждающей отдельные элементы вагранки. Вагранка является печью непрерывного действия.

Плавильные печи. К ним относятся дуговые электрические, индукционные электрические, топливные, мартеновские и другие печи и малые бессемеровские конвертеры. В этих печах переплавляют твердую металлическую шихту и получают из исходного жидкого чугуна сталь или чугун с другими свойствами. Плавильные печи работают периодически. Работа таких печей состоит в основном из следующих периодов: загрузки, прогрева, плавления, доводки по химическому составу, выпуску металла. В период загрузки печь работает на холостом ходу; в период прогрева и плавления шихты − на максимальном тепловом режиме. В период доводки тепловая нагрузка, как правило, уменьшается.

Вплавильных печах теплота в зависимости от конструкции на нагрев печи, прогрев и расплавление металла, потери через кладку, с отходящими газами, излучение через окна, с водой, охлаждающей элементы печи, и т.д.

Нагревательные печи. В литейном производстве применяют электрические и топливные печи для проведения термообработки: отжига, нормализации, отпуска и т.д. и для других процессов − прокалки, нагрева под заварку и т.д. Нагревательные печи могут быть периодического или непрерывного действия.

Металл нагревается до температуры свыше 700°С преимущественно излучением раскаленной кладки печи и газов, заполняющих рабочее пространство. В печах с более низкой рабочей температурой металл нагревается в основном за счет конвекции.

Внагревательных печах теплота расходуется на нагрев металла, тары, аккумуляцию теплоты кладкой (печи периодического действия), потери через кладку, с отходящими газами (топливные печи) и т.д.

38

Сушила в литейном производстве предназначены для сушки форм, стержней, песка глины и т.д. Они могут быть периодического и непрерывного действия. Сушила представляют собой низкотемпературные печи, поэтому, как правило, тепло к нагреваемому материалу передается за счет конвекции.

В сушилах теплота, вносимая в рабочую камеру, расходуется на нагрев материала и тары, нагрев и испарение влаги и связующих, восполнение потерь в окружающую среду, аккумуляцию теплоты кладкой (сушила периодического действия), на восполнение потерь с отходящими газами и т.д.

39