900<: >lЗSОНIS9Uл

аиgо:>оu аонgаhл

И3h3U ХИ>l~3hИll\ld31 И ,..

XICIнч иЗ1 V83dJVH

зинзt1ЖVdJО3080UU31

80UOU "J "V

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Ульяновский государственный технический университет

А. г. попов

ТЕПЛОВОЕ ОГРАЖДЕНИЕ

НАГРЕВАТЕЛЬНЫХ

И ТЕРМИЧЕСКИХ ПЕЧЕЙ

Учебное пособие

УЛЬЯНОВСК

2006

УДК 621.783.4.001(075) ББК 34.651я7

П58

Рецензенты: заместитель технического директора 000 "УАЗ­

Металлургия» А. М. Пудлин; начальник отдела ФГУП "Ульяновский

механический завод» доктор технических наук, профессор. В. И.

Филимонов.

Утверждено редакционно-издательским советом Ульяновского

государственноготехническогоуниверситетав качестве учебного пособия.

Попов А. Г.

П58 Тепловое ограждение нагревательных и термических печей: учебное

пособие / А. Г. Попов. - Ульяновск: УлГТУ, 2006. - 31 с.

ISBN 5-89146-966-9 ISBN 978-5-89146-966-2

Написано в соответствии с учебными планами ПОДГОТОВКИ инженеров по

специальности 1520] «Машины и технология обработки металлов давлением", а также

в соответствии с рабочей программой ДИСЦИПЛИНЫ «Нагрев и нагревательные

устройства».

Предназначено для студентов машиностроительных специальностей вузов всех

форм обучения. облегчит им изучение и освоение вышеуказаиной дисциплины.

Работа выполнена на кафедре омд.

УДК 621.783.4.001(075) ББК 34.651я7

ISBN 5-89146-966-9 © Попов А. Г., 2006 ISBN 978-5-89146-966-2 © Оформление. УлГТУ, 2006

Оглавление

Введение .4

1. КОНСТРУКЦИЯ и основные материалы теплового ограждения

0 ••••••••••печей 5 1.1 Состав и основные функции теплового ограждения печи ' 5 1.2. Огнеупорные материалы и конструкция футеровки печи 6 1.3. Теплоизоляция рабочей камеры печи 11 1.4. Теплозащита загрузочных окон и устройства подвод энергии 13

2. Тепловой раечет футеровки и теплоизоляции печи 14 2.1. Потери теплоты при стационарном режиме работы печи 14 2.2. Теплопоглощение при разогреве лечи 17 2.3. Потери теплоты при циклической работе печи 19

3. Оценка эффективности теплового ограждения печи 22

4. Техника-экономическое обоснование КОНСТРУКЦИИ теплового

ограждения печей 23

Заключение 24

Терминологический словарь 25

Библвографическнй Список 28

Приложение 1 29

Првложение 2 '" " '" 30

Приложсине 3 '" 31

3

Введение

Нагревательные и термические печи являются ОДНИМ ИЗ ОСНОВНЫХ ВИДОВ

технологического оборудования в кузнечном производстве автомобильного

завода.

Нагрев металлических изделий осуществляется в электрических и

пламенных печах до высоких температур, что требует эффективного теплового

ограждения рабочих камер печей.

Нагрев в печах отличается малой скоростью нарастания температуры

изделий (обычно до десятков градусов в минуту) и низким коэффициентом

полезного действия (к.п.д.) печей. При этом непосредственно на нагрев изделий

используется не более ОДНОЙ четверти тепловой энергии, а остальная теплота

затрачивается на нагрев самой печи и продуктов сгорания, а также на потери

через тепловое ограждение в окружающую среду. Результатом этого является

длительный процесс нагрева и большие удельные затраты тепловой энергии на

нагрев каждого килограмма обрабатываемого материала, а также

неблагоприятные условия работы обслуживающего персонала.

Целью пособия является ознакомление студентов с конструкцией,

основными материалами и методами расчета тепловых ограждений

нагревательных и термических печей для последующего учета

теплотехнических параметров печей при разработке технологических

процессов изготовления поковок и предложений по экономии энергоресурсов в

печах кузнечного производства.

4

1. КОНСТРУКЦИЯ и основные материалы

теплового ограждения печей

1.1. Состав и осиовиые ФУИКЦИИ теплового ограждения печи

в кузнечном производстве применяются различные ПО конструкции.

способу нагрева и размерам нагревательные и термические печи. При работе

этих печей решаются две основные задачи: обеспечение заданного теплового

режима обработки металлических изделий (заготовок или поковок) И

минимальное потребление энергоресурсов для этих целей.

Тепловое ограждение является одной из основных частей печи и создает не

только тепловую изоляцию рабочей камеры, но и несет нагрузки по

размещению садки и устройств подвода тепловой энергии, а также

герметизирует рабочую камеру печи.

Температура печи является важным теплотехническим показателем ее

работы. Под температурой печи понимается условная и усредненная величина,

зависящая от характера взаимного теплообмена между нагревательными

устройствами, внутренней поверхностью футеровки и поверхностью

нагреваемых изделий. Изменение температуры печи во времени и рабочей

камере называется температурным режимом печи. Для нагревательных и

термических печей непрерывного действия температурный режим не

изменяется во времени и является только функцией координаты по длине печи.

Нагревательные печи периодического действия работают с переменной во

времени температурой. При этом печи, в которых температура во всей рабочей

камере примерно равна, называются камерными. Печи с изменяющейся по

длине рабочей камеры температурой относятся к методическим или

полуметодическим печам. Соответственно режим работы таких печей

называется камерным или методическим.

На рис. 1 представлена схема камерной нагревательной печи, которая

состоит из следующих основных частей: рабочая камера 1, которая ограничена

огнеупорной футероакой 2. Теплоизоляция 3 образует наружный слой

теплового ограждения и располагается за огнеупорной футеровкой 2. Каркас и

кожух 4 являются опорой футеровки 2 и теплоизоляции 3. Загрузочное окно 5 используется для размещения и выгрузки нагреваемых изделий в рабочей

камере 1 печи и содержит внутренний огнеупорный футеровочный слой и слой

теплоизоляции. Нагреватели 6 (газовые горелки для пламенных печей или

электронагреватели для электрических печей сопротивления) устанавливаются

в футеровке 2 печи. В свою очередь огнеупорная футеровка 2 печи состоит из

пода 7, стенок 8 и свода 9. В процессе эксплуатации тепловому ограждению нагревательных и

термических печей уделяется большое внимание не только из-за экономии

энергоресурсов и обеспечения заданного уровня температур в рабочей камере,

но и для создания необходимых санитарно-гигиеничных условий для

обслуживающего персонала.

5

/) L

6

8

3

7

Рис. 1. Схема камерной нагревательной печи:

1- рабочая камера; 2 - огнеупорная футеровка; 3 - теплоизоляция; 4 - каркас и кожух;

5 - загрузочное окно; 6 - нагреватели (газовая горелка); 7 - под; 8 - стенки; 9 - свод

в нагревательных камерных кузнечных печах, работающих с

периодическим отключением, огнеупорная футеровка быстрее разрушается,

чем в нагревательных и термических печах с методическими режимами работы,

что приводит к необходимости ее замены через 6-8 месяцев. Особенно частой

замене подлежат футеровки заслонок загрузочных окон (см. рис. 1), т. К. В

дополнении к частому изменению температур возникают ударные

механические нагрузки при размещении и выгрузки садки нагревательной печи.

1.2. Огнеупорные материалы и конструкция футеровки печи

Футеровкой называют внутренний слой теплового ограждения печей. Она

в значительной степени определяет стоимость, долговечность и

энергопотребление печного агрегата. Например, одно из главных требований,

предъявляемых к футеровке печи, - это стойкость к воздействию переменных

во времени высоких температур, к агрессивному действию пыли, шлаков, газов

и продуктов сгорания, имеющихся в рабочей камере печи.

Внутренний слой футеровки (рабочий огнеупор), образующий рабочую

камеру в печи (см. рис. 1), подбирают по устойчивости к главному

разрушающему фактору в данных конкретных условиях работы печи.

При воздействии расплавленного технологического материала (наиболее

частая причина разрушения футеровки) подбор материала рабочего огнеупора

производится по шлакоустойчивости,

6

В нагревательных печах при резкопеременном температурном режиме и

отсутствии минерального расплава подбор материала огнеупора производится

по термостойкости. Повышенной термостойкостью обладают огнеупоры с

однородной крупнокристаллической макроструктурой на кристаллической

связке (минимум стекловидной фазы) и при оптимальной общей пористост

(10-18 %). При наличии значительных температурных напряжений

противопоказано использование крупноблочных или фасонных изделий.

Высокой термостойкостью обладают футеровки из набивных масс и

гарнисажные (е принудительным охлаждением). С появлением жидкой фазы в

огнеупоре и достижением пластического состояния термостойкость футеровки

печи возрастает.

При сочетании переменного теплового режима с воздействием

расплавленного минерального материала выбор рабочего огнеупора

производится с одновременным учетом шлакоустойчивости и термостойкости.

Здесь целесообразно применение набивных масс на основе шлакоустойчивого

огнеупорного порошка. Эффективно использование зашитного слоя,

наносимого на поверхность рабочего огнеупора.

В термических печах при стабильном тепловом режиме и отсутствии

расплава на футеровку воздействуют только механические нагрузки при

высоких температурах. При эрозионном и других механических воздействиях

требуется огнеупор с повышенной механической прочностью

электроплавленный или плотный спеченный.

При небольших механических нагрузках со стороны садки подбор

материала футеровки про изводят по температурам огнеупорности и

деформации под нагрузкой, по справочным данным в сопоставлении с

температурой в рабочей камере выбирают материал, для которого 1"." > ';~:.-' и

( > (" ".р - р .•.•

Новые более стойкие в производственных условиях огнеупоры постепенно

вытесняют традиционные дешевые, но менее стойкие. Растет доля выпуска и

потребления высокостойких окисных и некислородных огнеупорных изделий

из чистых химических соединений, получаемых электроплавкой или спеканием

порошков при высоких температурах: муллитовых, корундовых, шпинельных

циркоиистых, хромокисных и т. п. Они используются в новых

высокотемпературных процессах, в том числе плазменных, при плавке особо

чистых металлов и сплавов, в новой энергетике - на АЭС, в :tvfГД-геиерзторах

и др.

Шире используются различные неформованные материалы, особенно

монолитные футеровки из огнеупорных бетонов.

Разрабатываются и применяются новые, более прочные и стойкие

огнеупорные материалы и изделия высокого качества: основные ~ с прямыми

связями, на химической связке и на связке из хромистой шпинели.

7

Все шире используется метод газопламенного (плазменного) напыления

ЧИСТЫХ тугоплавких порошков АIO" ThO" MgO, zrO" Сг,Оз и др. при

выполнении и ремонте футеровок, что существенно увеличивает их стойкость и

срок службы.

Огнеупорными материалами принято считать такие, которые

выдерживают длительное воздействие температуры не ниже 1580 ос, не

расплавляясь и не деформируясь. Для керамических изделий при испытаниях

на огнеупорность принимается та температура, при которой полностью

деформируется стандартный образец, изготовленный из данного материала.

Строительная прочность при высоких температурах, Огнеупорные

материалы при высоких температурах начинают размягчаться и

деформироваться. Деформация для каждого материала зависит от температуры,

нагрузки и времени действия этих факторов. Огнеупорный материал в кладке

находится под действием собственной массы и дополнительных нагрузок.

Поэтому в каждом случае необходимо знать допустимую нагрузку, при которой

деформация материала не будет превышать определенных пределов.

Способность огнеупорного материала сопротивляться температурным

колебаниям называется термической стойкостью. При резких изменениях

температуры в результате неравномерного термического расширения отдельных

слоев в материале возникают напряжения, приводящие к образованию трещин,

разрывов и разрушению материала. Огнеупорность и прочность наиболее

распространенных строительных материалов представлена в табл. 1.

Таблица 1

Огнеупорность и прочность строительных материалов г-г-г-

Температура, ос Наименование

Огнеупор- Начало Сжатие, % огнеупорных материалов

ность размягчения 4 40 Динасовый 1710 1660 - 1670 Шамотный класса ШВ 1610 1250 1320 1500 Шамотный класса ША 1730 1350 1470 1600 Каолиновый 42 % Аl20з 1750 1450 1550 1650

Муллитовый спекающийся с 70 % Аl20з 1800 1550 1660 1800

Корундовый спе:кающийся с 99 % AlzO} 1850 1870 1900 -

Магнезитовый 90 % MgO 2000 1550 1580

Наблюдения показывают, что разрушения имеют место в основном в

интервале температур от 300 до 700 ос и в большинстве случаев связаны с

быстрым прогревом ограждений. Термические напряжения же зависят от

разности температур на горячей и холодной сторонах огнеупорного изделия.

При температурах более 800-1000 ос возникающие в материале температурные

напряжения уменьшаются за счет того, что огнеупорный материал приобретает

способность к небольшим пластическим деформациям. Обследования

футеровок топок и отдельных узлов, выполненных из огнеупорных материалов,

показывают, что в большинстве случаев разрушения происходят из-за

8

недостаточной термостойкости применяемых огнеупоров. Термостойкость

огнеупорных и жаростойких материалов определяется при испытаниях числом

«теплосмен», которые выдерживают изделие из материала до потери 20 % своей первоначальной массы за счет откалывания кусочков и выкрашивания.

Для легковесных изделий термостойкость указывается в воздушных

теплосменах. Значения термостойкости для основных материалов представлены

в табл. 2.

Таблица 2

Термостойкость основных огнеупорных материалов

Наименование огнеупорных материалов Число

теплосмен

Динассвый 1-2 illамотный мелкозернистого состава 5-8 Шамотный крупнозернистогосостава 10-12 Каолиновый 15-30 Магнезитовый 2-3 Хвомомвгнезитовый 2-3 Магнезитохромовый(термостойкий) Более 30

Огнеупорные материалы при нагревании расширяются и после охлаждения

занимают первоначальный объем. Это расширение отличается от увеличения

или уменьшения объема, происходящих в результате фазового изменения

состава материала или его усадки. От термического расширения зависят

напряжения, возникающие в огнеупоре при быстрых нагреваниях и

охлаждениях. т. е. термическая стойкость огнеупора.

Значение термического расширения, %, равно Ы = t!;,p 1·100, где t!;,p

средний коэффициент термического расширения матернала при нагреве в

интервале температур от О до 1, ОС, l/oC; t - конечная температура нагрева, ос.

Например, для шамотных изделий t!;,p = 5,5·10"" l/OC, тогда термическое расширение при нагревании до 1000 О С составит

Ы = 5,5·10""·1000·100 =0,55 %. Значения коэффициентов линейного расширения а для некоторых

материалов в интервале температур от О до 1000 ОС, применяемых в футеровке

печей, указаны в табл. 3.

Таблица 3

Коэффициенты линейного расширения огнеупорных материалов

Огнеупорные материалы а·l0', l/oC Шамот 4,6-6,0 Линас 11,5-13,0 Каолин 4,5-5,5 Мvллит (70 % Al,O,) 5,5-5,8 Корунд (99 % Аl,оз) 8,0-8,5 Магиезит (90-92 % мк» 14-15,0 Карборунд 4.7

9

Огнеупорные материалы классифицируются по огнеупорности,

химическому составу. по пористости И другим свойствам. По огнеупорности

материалы делятся на три группы:

1. Огнеупорные (от 1580 до 1770 ос включительно);

2. Высокоогнеупорные (от 1770 до 2000 ос включительно);

3. Высшей огнеупорности (более 2000 ОС).

Огнеупорные изделия классифицируются в зависимости от содержания в

них химических соединений, которыми определяются их свойства. Ниже

приводятся только два класса изделий и их группы, которые являются

основными в практике футеровки промышленных печей:

1. Кремнеземистые (содержание SiO, ~ 80 %; применяются только для

металлургических печей);

2. Алюмосиликатные - разделяются по содержанию А 120з, %, на

следуюшие группы:

а) полукислые (АI 2Оз ~ 28, 65 ~ SiO, ~ 80); б) шамотные (28 ~ А12Оз ~ 45); в) муллитокремнеземистые (45 ~ А1 2Оз ~ 62); г) муллитовые (62 ~ А1 2Оз ~ 90); д) муллитокорундовые (72 ~ А1 2Оз ~ 90); е) корундовые (АI 2Оз ~ 90). ПОМИМО этих классов имеются классы и группы: магнезиальные,

углеродистые, карбидо-кремниевые, цирконистые - всего 11 классов.

ОСНОВНЫМИ материалами для футеровки печей являются шамотные

материалы.

В зависимости ОТ открытой пористости, %, изделия классифицируются на:

1. Особо плотные - 3; 2. Высокоплотные - 3-10; 3. Плотные - 10-16; 4. Уплотненные - 16-20; 5. Обычные - 20-24; 6. Легковесные - 45-85; 7. Ультралегковесные - более 85. Для легковесных и ультралегковесных изделий указана общая пористость.

Огнеупоры также классифицируются по способу прессования изделий нз

них.

Алюмосиликатные изделия (шамотные, каолиновые и

высокоглиноземистые) получили наиболее широкое распространение при

футеровке печей.

Шамотные огнеупоры изготавливаются из смеси огнеупорных глин и

шамота (шамотом называется обожженная огнеупорная глина).

Многошамотными огнеупорами обычно называют материалы, которые

содержат от 80 до 85 % шамота и 20-15 % огнеупорной глины.

Каолиновые изделия (обожженный глинозем) относятся к группе

шамотных материалов. Из-за повышенного содержания А1 2О з (более 39 %) каолиновые огнеупоры являются переходными от огнеупорных к

10

высокоогнеупорным материалам; их огнеупорность колеблется от 1740 до

1750 ос. В отличие ОТ шамотных каолиновые огнеупоры обладают повышенной

термостойкостью и отличной устойчивостью по отношению к кислым шлакам.

Изделия огнеупорные шамотные общего назначения в зависимости ОТ их

огнеупорности подразделяются на марки:

а) ША ;;, 1730 ОС;

б)ШБ ;;, 1670 ОС;

в)ШВ ;;, 1580 ОС;

г)ШУС ;;, 1580 ОС.

Теплофизические свойства плотных огнеупорных футеровочных

материалов и изделий приведены в прил. 1 (табл. 1).

1.3. Теплоизоляция рабочей камеры печи

Теплоизоляция образует наружные слои в тепловом ограждении печей.

Обычно огнеупорность (или температура плавления) теплоизоляционных

материалов ниже 1580 ос, но при ЭТОМ ОНИ имеют малую теплопроводность,

высокую пористость, механическую и химическую стойкость.

По ГОСТ 16381-77 теплоизоляционные материалы классифицируют по

следующимосновным признакам:

По форме и внешнему виду выделяют изделия штучные (плиты, кирпичи,

полуцилиндры и блоки), рулонные, рыхлые и сыпучие материалы.

По плотности теплоизоляционные материалы делятся на: особо низкой

плотности ~o 75 кг/м'), низкой плотности (до 175 кг/м'), средней плотности (до 350 кг/м) и плотные.

По структуре различают волокнистые, ячеистые и зернистые материалы.

По жесткости материалы делят на: мягкие (относительная деформация более

30 % при нагрузке 2 кПа), полужесткие (от 6 до 30 %), жесткие (до 6 %), повышенной жесткости (не более 10 % при нагрузке 40 кПа) и твердые (не более

10 % при нагрузке 100 кПа).

По теплопроводности при 25 ос различают три класса материалов: низкая

теплопроводность (до 0,06 Вт/мК), средняя теплопроводность (до 0,115 Вт/мК)

и повышенная теплопроводность (до 0,175 Вт/мК).

В качестве теплоизоляции в нагревательных и термических печах

применяют легковесные огнеупорные изделия, волокнистые

теплоизоляционные материалы и зернистые засыпки.

Легковесные огнеупорные изделия применяются в ограждениях только в

тех местах, где они не подвергаются механическим воздействиям (удару,

истиранию), а также не соприкасаются с жидкими шлаками. В большинстве

случаев они используются в качестве высокотемпературной изоляции.

Легковесные огнеупорные изделия с массой менее 1 г/см3 ОТНОСЯТСЯ К группе ультралегковесных. Ультралегковесные материалы применяются при

температурах не более 1250 ОС, а при объемной массе примерно 0,4 г/см' не

11

более 1150 ОС. Легковесные огнеупоры изготавливаются из шамотных и

каолиновых порошков, которые смешиваются с выгорающими добавками или

пенообразующими веществами. При изготовлении обычные легковесные

огнеупорные изделия леред обжигом формуются в заготовки, а после обжига из

них выпиливаются и шлифуются для получения необходимых размеров

изделия.

Теплофизические свойства легковесных огнеупорных материалов и

изделий приведены в таблице прил. 2. Волокнистые теплоизоляционные материалы обладают малой

теплопроводностью вследствие их высокой пористости. Они Должны обладать

стабильными в условиях эксплуатации физика-механическими и

теплотехническими свойствами, не выделять пыли и токсичных веществ в

количествах, превышающих предел допустимой концентрации; иметь кажущуюся

плотность не более 600 кг/м'.

Примером нового футеровочного и теплозащитного материала является

высокоглиноземистый алюмосиликатный (муллитокремнеземистый)

легковесный волокнистый материал нового поколения «ТИЗОЛИТ».

Этот материал обладает высокими огнеупорными и теплоизоляционными

характеристиками, выдерживает термические воздействия до 1450 ос без

разрушений, имеет теплопроводиость от 0,22 до 0,18 Вт/м К (при средней

температуре образца 1000 о С), плотность от 250 до 380 кг/м' (в зависимости от

технологии изготовления и назначения готовых изделий). достаточно высокую

механическую прочность и звукопоглощающую способность. "ТИЗОЛИТ»

стоек к «тепловому удару», воздействию кислот (за исключением плавиковой и

горячей фосфорной) и слабых щелочей. При нагревании не выделяет вредных

для здоровья веществ, материал является диэлектриком. По своим

теплофизическим свойствам «ТИЗОЛИТ» значительно превосходит

традиционные огнеупорные и теплоизоляционные материалы (шамотные,

динасовые, асбестосодержащие и др.). Материал «ТИЗОЛИТ» может

выпускаться в виде футеровочных кирпичей размером 230х115х65; плит ­размером 400х400х45, 460х460х45, 460х460х65, 400х450х65, 400х450х40;

картона - размером 400х400, 480х480, толщиной от 4 до 10 мм; изделий

сложной геометрической формы, бумаги. Материал хорошо формуется и

обрабатывается. Применение «ТИЗОЛИТа» обеспечивает существенную

экономию эиергоресурсов, высокий уровеиь пожарозащиты, тепло-, звуко и

электроизоляции. К наиболее перспективным областям применения

«ТИЗОЛИТа» относятся: высокоэкономичные, высокотемпературные

электрические и газовые пламенные печи кузнечного производства.

Теплофизические свойства волокнистых и зернистых теплоизоляционных

материалов приведены в таблице прил. 3.

12

1.4. Теплозащита загрузочиых окон и устройства подвод эиергии

Загрузочные окна, через которые происходит размещение садки в рабочую

камеру печн и выгрузка нагретых изделий (см. рис. 1), снабжают заслонками с

защитной рамой из стали или литого чугуна, огнеупорной футеровкой,

теплоизоляционным слоем, а также средствами герметизации и

механизированного перемещения.

Материалы огнеупорной футеровки и теплоизоляции в заслонках

загрузочных окон используют такие же, как и для рабочей камеры печи

(см. разд. 1.2 и 1.3). Из-за частых открываний и ударов в нагревательных печах

футеровка заслонок загрузочных окон разрушается через 20-30 дней.

Для повыенияя срока работы используют сварные стальные водоохлаждаемые

заслонки, футерованные огнеупорным слоем и теплоизоляцией, но при этом

потери теплоты через загрузочные окна увеличиваютсяв несколько раз.

Устройства для подвода энергии в виде газовых горелок для пламенных

печей или электрических ВВОДОВ для электропечей не только отделяют ОТ

рабочей камеры теплоизоляцией, НО и охлаждают ПОТОКОМ воздуха,

поступающимв газовые горелки, или от механическойвентиляции.

Загрузочные окна и устройства для подвода энергии являются

существенными источниками потерь теплоты в печи и их рекомендуют

оценивать, увеличивая общие потери теплоты через тепловое ограждение

на 10 % [4].

13

2. Тепловой расчет футеровки и теплоизоляции печи

Теплоту, подводимую к футеровке со стороны рабочей камеры печи, мож­

НО разделить на две составляющие: на аккумуляцию в тепловом ограждении

печи и на покрытие (компенсацию) тепловых потерь теплопроводностью через

тепловое ограждение в окружающую среду. Согласно имеющимся литератур­

НЫМ данным эти потери теплоты составляют от 14 до 41 % всех потерь в печи

[1]. Таким образом, потери теплоты через теплоизоляцию и футеровку и, как

следствие, расход топлива на покрытие этих потерь значительны.

2.1. Потери теплоты при стацнонарном режиме работы печи

Расчет базируется на основных положениях теория теплопроводности при

стационарных и нестационарных условиях.

В стационарном тепловом состоянии плотность теплового потока Qo'c и

температура tHap однозначно связаны ч.; =аи(tнар -tо.J, где а-н коэффициенты

теплоотдачи от наружной поверхности стенки в окружающую среду получены

обработкой данных методом наименьших квадратов, Вт/(м'·к) [6]:

для вертикальной стенки;

а" = 9,5 + 98,2 10'3 (I"p - 30) - 4,74 10-4 (I.ap - 30)' + 1,74 10·6 (1""" -- 30)3;

для верха горизонтальной стенки: _ -4 2 -6 З.

а,,-9,7+0,l (1""p-30)-4,43 10 (I""р-З0) + 1,3510 (l"ap-30),

для низа горизонтальнойстенки:

а,,=9,3+ 91,510'3(1"""-30)-3,8810-4(1"р-30)'+1,3710·'(1"""-30)3

Эти формулы справедливы для I""р = 25""210 ос.

При конструктивном расчете устанавливаются:

1. Толщина температурных швов в футеровке, м,

ди , = atcpJ,

где а - истинный коэффициент линейного расширения огнеупора, oc- I;

',р! = 0,5(1"" + /)), ОС;

1- расстояниемежду температурнымишвами в футеровке, м.

Рекомендуетсясредняя толщина температурныхшвов для кладки из Ш1)'Ч­

ных изделий, мм/м: шамотной, каолиновой, высокоглиноземистой5-6; динасо­вой 12; хромомагнезитовой 10-12; магнезитовой 12-14; безобжиговой талько­

вой 8-1 О; из динасового легковеса 1О; диатомовой, из шамотного легковеса 5-6;

14

2. Толщина слоев тепловой изоляции. При этом задаются (см. рис. 2): а) толщина рабочего слоя Ь] м; огнеупора и его теплопроводность

А,= А, + Б,I, BT/(M'K);

б) температура внутренней поверхности теплового ограждения 1,", ОС; , В) плотность теплового потока через тепловое ограждение q()"C, Вт/м", ИЛИ

наружная температура стенки Iщ" Ос.

Определяются толщина и материал слоев тепловой изоляции 2 и 3 (см. рис. 2) и распределение температуры по толщине теплового ограждения.

Порядок расчета:

а) требуемое общее тепловое сопротивление теплового ограждения,

м 2,К!Вт,

э

IR, = «: -1"",)1qo,; (=l

б) тепловое сопротивление слоев тепловой ИЗОЛЯЦИИ, м 2,К!Вт,

R, + R, =Iэ

R, - R, ' где R, =Ь, 1Л, , (=!

л l = АI +Б1'ГРI при (epl =O,5(t8" +1).

Методом последовательногоприближения уточняется предварительно за­

данное значение 11 = t " - qp.гR •e 1 Выбирается легковес, для которого известны А, = А, + Б,I и предельная ра­

бочая температура 1;;::'-;. Необходимо обеспечить с учетом износа рабочего ог­

неупора и эксплуатационных колебаний температурного режима

'1 =t;;; -(50+100), ОС;

в) выбирается теплоизоляционныйматериал и задается 1, = 1,";; - (30+ 70),

ОС. Тогда 1", =0,5(1,+1,) и Аз =А,+Б,(", я, =U,-I,)/q", ,Ь2=R2Л2.

Уточняется /2 = 11 -Q,,.г R2 ;

г) требуемое тепловое сопротивление слоя 3 теплового ограждения,

M 2'КlВT,

к, = IR, -(R, +R,),

При поверочномрасчете устанавливается плотность теплового потока че­

рез тепловое ограждение qo", Вт/м', и распределение температуры по толщине

теплового ограждения.

Заданы (см. рис. 2) (вн • to·c• толщина слоев Ь]. Ь2 • Ьз • положение теплового

ограждения в пространстве, материал слоев и А, = А, +Б,t, (i=I, 2. 3). предельно

допустимые рабочие температуры материалов 1;;::'-: .

15

'..

• 1I '" 5 5 7 г

Рис. 2. Распределение температуры при стационарном тепловом состоянии

по толщине теплового ограждения: 1 - рабочий огнеупор; 2 - легковес;

3 - тепловая изоляция

Порядок расчета:

а) задается ряд значений !"ар от 50 до 400 ос и вычисляется

,,·с - 1 (1 ) - а} (1 - 1 ) . q "~ - j ~ap - <J-C НЩ> О'с'

б) задаются грубо приближенные значения ': ,t~ '('Р И определяются

1:1'1 =0,5(18" +1;), [;Р2 =О,5и: +t~), t;рз =O,5(t~ +t~ap) И л; =/«0,.): ь ь ь

~R: = л; +~ + ~ ;

В) ДЛЯ разных значений 1на[) ОТ 50 ДО 400 ос рассчитываются

"'"=(1 -1 )/"R"q".c ОН "ор L.. i ' ;=1

г) строятся трафики q;.; =/,(1"'0/) И «: =1,(1,,",), в точке пересечения кото­

рых находится истинное значение ч-, И I//ао ;

Д) уточняются температуры 1,=I... -qмR;. 1,=I... -q",(R:+R;) и

1", =0,5(1,,, +1,), 1,,2 =0,5(1, +(2)' I"з =0,5(1, +1..",), А, =[(1,.,,) И Rj=b;lAj.

IR, -R:I IR, -R;I IR, -R;IЕсли относительное расхождение , ," больше допус­

R, я, я,

тимого, например Е = 0,02, то расчет повторяют, задаваясь уточненными значе­

НИЯМИ (), 12 И lнао' пока относительное расхождение станет меньше допустимого;

е) проверяется обеспечение условий н« и t l < (;:;~ и (2 < l;;~. Если они не

выполняются, то тепловое ограждение неработоспособно в данных условиях и

его параметры надо изменить.

Расчет тепловых потерь через цилиндрические или искривленные стенки

печи можно вести по формулам для ПЛОСКОЙ стенки, но с поправочным коэф­

фициентом кривизны rp: ч::;· ; q:~ /ер, причем тепловой ПОТОК относится к сред­

нему по толщине теплового ограждения радиусу Тс р = 0,5 (г•.\ар+f в и). Значение ПОП авочного КОЗ эфициента приведено ниже:

гнй,/ГШ1 1 1,4 1,6 2 3 4 5 6 rp 1 1,01 1,02 1,04 1,1 1,16 1,18 1,26

Если кривизна неболъшая (rIl Gp / Г6 1i :$ 2), ТО МОЖНО считать rp ~ 1.

16

2.2. Теплопоглощение при разогреве печи

Теплопоглощение при разогреве обмуровки из холодного состояния

Заданы толщины слоев огнеупора Ь/ и тепловой изоляции Ь2, их теплофи­

зические свойства, коэффициент теплоотдачи от наружной стенки анар , график

разогрева (рис. 3).

Рис. 3. Температурный график и динамика теплопоглощения

при разогреве футеровки из холодного состояния двухслойной стенки

Требуется рассчитать значение теплопоглощения и длительность разогрева

обмуровки до стационарного состояния. Теплопоглощение, кдж/м2 , за рассмат­риваемое время разогрева до наступления стационарного состояния [1]:

однослойной стенки

а1: 2 (a't о а. норЬq'L = РЬС(/2 - /1)l; (-2) Х <р -2,--);

ь Ь А

Ql1: 2 Ql1: о а2 qr. = P1b1c1(12 -11)~(-b2)Х<Р(-Ь2 ,-),

1 1 аl

где То = 0,5Т/+Т2, ч;

3 БА 2коэффициент температуропроводности а =-'-, м /ч;

ре

(1 - 1 }tА и с при (". = 2 1 О +1 .

ер 1 't 1 +'! 2

Поправочный коэффициент ~ = 0,94 + 5,24Fo / (1 + 5Fo); при Fо = ат/Ь2

г. 0,25 ~ равен 1. й'! о анарЬ

Функция <Р(-2 ,--)для однослойной стенки аппроксимирована зависи­Ь л

мостями от В, = анарЬ/А:

при Fo = 0+0,3 2 27роО , 478 5 БFо(Вi -1)

- ' + ' .<р - 1+ В; (1 + 5,44Fo)(1 + ВО '

17

при Fo = 0,3+0,7 2,27ро О , 478 + (0,34 + Fo)(Bi -1)

qJ= 1+Bi ;

при г, > 0,7 1,204 + 1,01Ро + (0,34 + Fo)(Bi -1)

qJ= 1+ В! '

а.г а1а для двухслойной стенки устанавливается по графикам ер( ь 2О , _2), представ­1 а1

ленным на рис. 4. При <р < 1,3 тепловое ограждение находится в нестационарном тепловом

состоянии.

Поглощаемая теплота затрачивается на разогрев футеровки (аккумуляцию)

и потери в окружающую среду от наружной поверхности qr =qак + qo.c =[( Т) и

меняется во времени (см. рис. 3). Длительность разогрева футеровки, ч, до стационарного состояния уста­

a,~ а"арЬ * 0218 + О 48Bi 2 навливается при qJ(-2-'--) = 1,3, откуда То =' , ь ·

Ь А (0,006 + 0,5Bi)

Если То <,~, то стационарное состояние при завершении заданного графи­

ка разогрева футеровки не достигается.

0,0 ·1

D,7 -1···--4--~--+-----"'t---t"""""~--H

, Рис. 4. График для расчета теплопоглощения двухслойных стенок

при анар= 14 вт/(м2 ·к) для bz/b2 =0,92 (а) и 1,84 (6)

18

При То > T~ расчет теплопоглощения ведется по приведенной методике для

длительности T~, а для тсmац =То -T~ К q-r добавляются потери в окружающую

среду, кДж/м 2 :

стац _ (12 - 10 . с )Тсmац qo.c - ~ ·

L..Jbi / А; -1/«; i

Количество теплоты аккумулированной в футеровке при разогреве печи

Qa = q-r FBH T~,

где FBH - площадь внутренней поверхности рабочей камеры печи.

2.3. Потери теплоты при циклической работе печи

Заданы толщины слоев Ь] и Ь2 , теплофизи­

ческие характеристики материалов теплового ог­

раждения, анар, циклический режим (см. рис. 5). Огнеупорные слои тепловых ограждений

разделяют на толстые и тонкие.

Если колебания температуры внутренней

поверхности огнеупорного слоя, возникающие

при осуществлении циклического режима, не

достигают наружной его поверхности (tHap не Рис. 5. Изменение

меняется), то слой является толстым; если же температуры внутренней

поверхностипря этом tHap меняется во времени, то слой рабочей камеры печи

тонкий. при работе по циклическим

Стенка считается тонкой - однослойная режимам

при Ь < o,5~а Тц , многослойная при

Ь) <O,4~al'l'Ij ,где длительность цикла Тц =т) +Т2 +'l'з (см. рис. 5).

Теплопоглощение за время цикла для тонких стенок, кДж/м2 , q'f. = qaK +qo.c.

Пульсирующая во времени составляющая

alT' аlТЗч: = pJc j bl (t 2 -tJХrp(ll'у) ,

1 1

где т'= 0,2T1 +т2 , ч.

а т' а т По номограмме находится qJ(_1_ ' ---l.f)(рис. 6).

Ьbl 2

1 Неизменная во времени составляющая

19

Стенка считается толстой при нагреве, если Ь ~ 1,29 1"1 +1"2 ~а(1"\ +1"2) , при 0,51'1 +1'2

охлаждении, еслиЬ ~ 2,58~а1"з .

0,56--'---'--""-­

0,64----......---+--. """'1-­

1J,52~_l_~t-_l_~~;J;~~3$~В#~~ OIol---t----!--.4~~~~-..-::=::;I;~...-Ic==*==;;~~:::1

0f181---+-~~~~~5;+_~E:::±::::;rnrr;a D,461--...........-I-·---J;A...~~~~~~~~~~---+-....- ....--..a~~~~

Ц.40

444}--+-J~~~7f7~*~==*==--::±===~===1;=~~4d118·'8~~~:.j~o=J_ D,421----+I"IIЦI,~""'~~~~~~~~ --+"'------t-О,iJ4~ o.~2-·M"-

МD r.;.д~~~~~~....+-e::::=~......--1_t_--==t=====t=='--l/~1!... ~

0,10

- о _.---t-~.----t

L_-.-...----,- ~17 o.t§.-=t:==.:1 __~--r-'..."Vj,15..........-~--f

tJ,58

q86

~

~O,82 ~nmt Vf"U

~"D,28 ~ S l1,26

""-'"

&D,24 J-4f0f-НlttN ",~~~те:.:::::~-r--:::t:===I=~_==f~====~~.,..."г;u;-4

од

0,20

~f8

4f6гu~~~::±::::=$~~~;;;;;;~54;;;:+==1 (Jif4

О'f2Iи~~:Е:~~=1=~~~~~W1~~~::j О,fО~~t=*:=.::::r-_+-_ef~=i~=+===+====t:~.::t:::::::1

цО81f&~:1::::::r=~~~~~~~~~ o,06(i7'7"cr--+-+--+--I~_+-_-l-_-,а*t.t/ы:.о11

Q04,.--r--t---t--t--r--...I---.J-_1

(J, fJ2 r' -"-r--t--J--+-+-+--..f-~f----J----f

Рис. 6. Номограмма для расчета теплопоглощения футеровки при работе печей

по циклическим режимам

огнеупоров вычисляются при

20

Методика расчета для тонких и толстых стенок справедлива при установ­

лении циклического теплового равновесия в тепловом ограждении, которое на­

ступает после проведения п циклов. Количество циклов п зависит от числа Фу­

рье Fo=а Тц / ь2

•

a~ц ..•• :0,1 Ь

0,1-0,2 0,15-0,3 0,2-0,5

п .......7 6 5 4 атц

Ь 2 ..... 0,4-0,7 0,6-0,9 1,0

n....... 3 2 1

По достижении циклического теплового равновесия теплового ограждения

в период охлаждения теряется то же количество теплоты, которое получает те­

пловое ограждение в период нагрева.

21

3. Оценка эффективности теплового ограждения печи

Эффективность теплового ограждения печи экспериментально

оценивается путем измерения потерь теплоты наружными ограждающими

поверхностями печи Qo.c. и сопоставлением этих потерь с установленной

тепловой мощностью печи Qпечи.

Плотность теплового потока qос и температура наружной поверхности

печи tHap однозначно связаны уравнением конвективного теплообмена

qо-с =ао-с (! пар - t о-с ) ,

где nо . с . - коэффициенты теплоотдачи от наружной поверхности стенки

печи в окружающую среду в режиме свободной конвекции, определяемые по

формулам разд. 2.1. настоящего пособия; to.c. - температура окружающей среды.

Измерение температуры наружной поверхности печи tHap может быть

произведено термосопротивлением тем, термоэлектрическим

преобразователем (термопарой) ТХК или тепломером ИТП, а температура

окружающей среды to.c - термометром. При измерении температуры tHap

чувствительный элемент датчика температуры плотно прижимают к

проверяемой поверхности печи на 2-3 минуты и по показаниям вторичного

прибора определяюттемпературунаружной поверхностипечи.

условно наружную поверхность камерной печи можно разделить на

шесть участков: свод (верхняя стенка), две боковых стенки, задняя стенка, под

(нижняя стенка) и передняя стенка с загрузочным окном. На каждом из этих

участков производят измерение температуры в трех точках (в центре участка, в

крайней части в двух произвольных точках), а затем определяют среднее

значениетемпературына этом участке поверхностипечи tHap i •

Потери теплоты наружной поверхностью камерной печи в окружающую

среду

6

QT = L Р, qo,c!, i=l

где Fi - площадь i-ro участка наружной поверхности печи; Qo'c ! ­

плотность теплового потока на т-м участке поверхности печи.

Коэффициент эффективности теплового ограждения печи

110.с.= о. /Qпечи.

22

4. Технико-экономическое обоснование конструкции

теплового ограждения печей

в качестве технико-экономического обоснования конструкции теплового

ограждения печей принимается экономическая эффективность капитальных

вложений в сравниваемых вариантах по минимуму совокупных затрат на

футеровку и теплоизоляцию печи, которые определяются из выражения

3 = С + Рн К, (1) где С = ST + Saм - годовые расходы, связанные с эксплуатацией футеровки,

руб/год; К - стоимость изготовления футеровки печи, руб.; Рн - нормативный

коэффициент эффективности, l/год; Sr= CT·Q~ - приведенные годовые затраты

на топливо или электроэнергию, руб/год; Saм = ПК - затраты на амортизацию

основных средств, руб/год; П - норма амортизационных отчислений, год"; С; - приведенная стоимость энергоресурсов, руб/кДж;

Расход топлива или электроэнергии на компенсацию тепловых потерь

теплопроводностью через футеровку и на аккумуляцию теплоты в период

разогревов (пусков) печей, кДж/год

Q~ =QTh + Qa N ,

где QT - тепловые потери теплопроводностью через тепловое ограждение,

кДж/ч; h - время использования установленной мощности печи, ч/год;

Qa - потери теплоты на аккумуляцию при разогреве печи, кДж; N - частота

(число) пусков печи в работу после длительных ее остановок (из холодного -1

состояния) ,год . После ряда преобразований выражение (1) примет вид

з = CT(QTh + QaN) + (П + Рн) К.

Полные капитальные затраты на изготовление футеровки печи п

К= Iv;s;. ;=1

Стоимость изготовления i-ro слоя футеровки печи

Si = р, - S1; +S2; +S3; ,

где S1i - стоимость единицы массы материала i-ro слоя, руб/т; S2i ­

стоимость монтажа единицы материала i-ro слоя, руб/м:'; SЗi - прочие затраты на i-й слой футеровки (накладные расходы, плановые накопления и другие

сметные расходы), руб/м',

23

Заключение

Приведенные в учебном пособии сведения по конструкции теплового

ограждения нагревательных и термических печей позволят студентам помочь

в изучении дисциплины «Нагрев И нагревательные устройства». Наряду с

методами расчета теплового ограждения в пособии представлены сведения по

традиционным и современным огнеупорным и теплоизоляционным

материалам для промышленных нагревательных и термических печей.

При выполнении курсовых и дипломных проектов по ковке и горячей

объемной штамповке с использованием данного пособия может быть

разработано более совершенное тепловое ограждение печи для сокращения

затрат энергоресурсов и времени нагрева деталей в пламенных и электрических

печах.

24

Терминологический словарь

Газовая горелка - устройство для смешения воздуха (кислорода) с

газообразным топливом с целью подачи смеси к выходному отверстию и

сжигания ее с образованием устойчивого факела. Применяют горелки в газовых

пламенных нагревательных и термических печах.

~аропрочность - способность материалов при высоких температурах

длительное время выдерживать механические нагрузки без разрушения.

Достигается подбором химического состава сплава, условий кристаллизации и

термической обработки, обеспечивающими получение нужной структуры

материала.

Излучение - способ теплообмена между телами, находящимися на

расстоянии друг от друга, посредством лучистой энергии, носителями которой

являются электромагнитные волны.

Камерная печь - печь, работающая с периодической загрузкой изделий с

одинаковой температурой во всех точках пространства рабочей камеры.

Конвективный теплообмен - процесс переноса теплоты (точнее передачи

энергии в форме теплоты) в неравномерно нагретой жидкой, газообразной или

сыпучей среде, осуществляющийся вследствие движения среды и ее

теплопроводности. Конвективный теплообмен, протекающий на границе

раздела двух фаз, называется конвективной теплоотдачей. Конвективный

теплообмен зависит от физических свойств среды и характера ее движения.

Мертели огнеупорные - мелкозернистые порошки (смеси), применяемые

в виде строительных растворов для заполнения швов огнеупорной кладки

промышленных печей и других тепловых агрегатов.

Нагревательная печь - печь, предназначенная для нагрева металлических

слитков и заготовок перед обработкой давлением. По методу работы

различают нагревательные печи периодического действия (нагревательный

колодец, кузнечная камерная печь) и непрерывного действия (методическая,

кольцевая, карусельная, конвейерная печи).

Огнеупорность - способность некоторых материалов (главным образом

огнеупоров) противостоять, не расплавляясь, воздействию высоких температур.

Огнеупорность характеризуется температурой, при которой стандартный

образец (конус Зейгера - пирамида высотой 30 мм) из испытываемого

материала, наклоняясь в результате размягчения, коснется своей вершиной

поверхности подставки.

Огнеупоры - материалы и изделия, преимущественно на основе

минерального сырья, с огнеупорностью не ниже 1580 ос. Различают изделия

огнеупорные (огнеупорность 1580-1770 ос), высокоогнеупорные

(1770-2000 ос) и высшей огнеупорности (более 2000 ос). Наиболее

распространены огнеупоры динасовые, шамотные и магнезиальные.

25

Заключение

Приведенные в учебном пособии сведения по конструкции теплового

ограждения нагревательных и термических печей позволят студентам помочь

в изучении дисциплины «Нагрев И нагревательные устройства». Наряду с

методами расчета теплового ограждения в пособии представлены сведения по

традиционным и современным огнеупорным и теплоизоляционным

материалам для промышленных нагревательных и термических печей.

При выполнении курсовых и дипломных проектов по ковке и горячей

объемной штамповке с использованием данного пособия может быть

разработано более совершенное тепловое ограждение печи для сокращения

затрат энергоресурсов и времени нагрева деталей в пламенных и электрических

печах.

24

По химическому составу различают кислые, основные и нейтральные

огнеупоры, изготавливают их в виде кирпичей, порошков, обмазок и т. Д.

Применяют для кладки промышленных печей, топок и других

теплотехнических агрегатов.

Печь непрерывного действия - печь, в которой технологический процесс

нагрева и термической обработки осуществляется при перемещении

нагреваемого изделия от загрузочного окна печи к разгрузочному окну.

Перемещение может быть непрерывным (в конвейерных, протяжных и других

печах) и дискретным (в толкательных и других печах).

Пламенная печь - печь, в которой теплоту для нагрева материала

получают непосредственным сжиганием топлива, теплопередача к материалу

осуществляется излучением и конвекцией от газообразных продуктов сгорания

топлива, а также излучением от раскаленной внутренней поверхности

огнеупорной кладки.

Температурные напряжения (термические) - возникают в твердом теле

вследствие неравномерного распределения температуры в различных его

частях или ограничениях возможного теплового расширения тела. Термические

напряжения могут вызывать пластическую деформацию и разрушение деталей

машин, сооружений и конструкций.

Температуропроводность - физическая величина, характеризующая

скорость выравнивания температуры среды при нестационарной

теплопроводности. Обозначается: а = А / с р, где А - теплопроводность среды,

с и р - удельная теплоемкость при постоянном давлении и плотность среды.

м2Единица температуропроводности в СИ - / с.

Теплоемкость - способность материала изменять температуру при

подводе или отводе теплоты. Единица удельной массовой теплоемкости в

СИ - Дж/(кг К).

Теплопроводность - процесс передачи теплоты, связанный с переносом

энергии молекулами, атомами, электронами и другими частицами, из которых

состоит материальное тело. Коэффициент теплопроводности обозначается - А.

Зависит от химического состава материала, его состояния, температуры и

других параметров. Единица измерения коэффициента теплопроводности в СИ

- Вт/(м К).

Теплота - энергия, передаваемая от более нагретого тела к менее

нагретому. Единица теплоты в СИ - Дж.

Термическая обработка - процесс тепловой обработки металлических

изделий, заключающийся в нагреве до заданной температуры, выдержки и

охлаждении с .различными скоростями.

Термопара - чувствительный элемент термоэлектрического термометра,

состоящий из двух разнородных проводников, соединенных обычно в двух

точках - спаях. При наличии между ними разности температур возникает ЭДС

26

(эффект Зеебека), пропорциональная разности температур. Для измерения

низких температур (до 250 ОС) применяют медь - константановые термопары,

для средних (до 800 ОС) - хромель-копелевые, высоких - хромель-алюмелевые

(до 1100 ОС) и платино-платинородиевые (кратковременно - до 1600 ОС).

Термостойкость, термическая стойкость - способность хрупких

материалов (главным образом огнеупорных) противостоять, не разрушаясь,

термическим напряжениям. Обычно термостойкость оценивается числом

термосмен (циклов нагрева и охлаждения), выдерживаемых образцом

(изделием) до появления трещин или до разрушения, либо (реже)

температурным градиентом, при котором возникают трещины.

27

Библиографический список

1. Промышленная теплоэнергетика и теплотехника: справочник / сост.

А. М. Бакластов и др.; под ред. В. А. Григорьева. - М.: Энергоатомиздат, 1983. - 552 с.

2. Материалы для электротермических установок: справочное пособие / сост. Н. В. Большакова и др.; под ред. М. Б. Гутмана. - М.: Энергоатомиздат,

1987. - 296 с.

3. Теплоэнергетика и теплотехника: Общие вопросы: справочник / под ред.

В. А. Григорьева. - М.: Энергоатомиздат, 1987. - 456 с.

4. Расчет нагревательных и термических печей: справочное издание / сост.

с. Б. Василькова и др.; под ред. В. М. Тымчака. - М.: Металлургия, 1983. ­480 с.

5. Проектирование ограждений паровых котлов / сост. Е. М. Залкинд,

ю. В. Козлов. - М.: Энергия, 1980. - 288 с.

6. Теплотехнические расчеты металлургических печей / сост. Б. и. Китаев

и др. - М.: Металлургия, 1970. - 528 с.

7. Парамонов А. М. Оптимизация конструкции теплового ограждения про­

мышленных печей // Промышленная энергетика. - 2001. - NQ 3. - с. 41-43.

28

Приложение 1

Плотные огнеупорные материалы и изделия, применяемые в тепловых ограждениях печей

Таблица 1

Тип, группа, марка, ГОСТ или ТУ

Плот-

ность

р,

кг/м 3

Огнеупор-

ность

tor, ос

Теплопровод-

ность

Л, Вт/м ос

Предел

сжатия

О'доп,

МПа

Предел

рабоч.

темпер

tmax ос

Коэф.

термич

расшир

а·l0 6 , I/ОС

Средняя

тепло-

емкость

С,

кДж/кгС

Кремнеземистые

Дианасовые (ГОСТ 4157-79) 1900 1700 1,23 + 70·1 0-5t 20 1670 18 1,06 Алюмосиликатные

Шамотные ША, ШБ, ШВ (ГОСТ 390-96) 1910 1660 0,84 + 58·1 0-5t 22 1350 5,3 1,04 Муллитокремнеземистые (ГОСТ 24704-94) 2230 1790 1,34 90 1450 6 1,05

Муллитовые (ГОСТ 10381-94) 2430 1810 1,12 + 44·10-5t 180 1620 5,2 1,09 Муллитокорундовые (ГОСТ 24704-94) 2650 1820 2,79+71·10-5t 55 1650 6,2 1,12

Глиноземистые

Корундовые (ТУ 14-8-167-75) 3010 1970 4,78 - 365·10-5t 90 1720 7 1,15 Магнезиальные

Периклазовые (ГОСТ 4689-94) 2700 2300 4,7 - 170·10-5t 55 1670 12,5 1,06 Доломитовые (ТУ 14-8-171-75) 2650 1880 1,83 + 210·1 0-5t 90 1350 15 1,08

Хромитовые 3100 1900 1,28 + 41·10-5t 35 1670 9,3 0,9 Цирконистые

Бадделентовые (ТУ 14-8-248-77) 5300 2500 1,3 + 64·10-5t 100 2150 7 0,6

Приложение 2

Легковесные огнеупорные материалы и изделия, применяемые в тепловых ограждениях печей

Таблица 2

Плот-Огнеупор- Теплопровод-

Предел Пред. Коэф.

термич

Средняя

тепло-ность сжатия рабоч.

Тип, группа, марка, ГОСТ или ТУ р,

кг/м 3

ность

4>г, ос

ность

А, Вт/м ос О'доп,

МПа

темпер

tmax ос

расшир

0.·106, 1/ ОС

емкость

С,

кДж/кгС

Дианасовые дл-1,2 (ТУ 14-8-67-73) 1900 1700 0,58 + 44 ·10-5t 1,5 1550 24 1,2 Шамотные ШЛА-l,3 1300 1660 0,47 + 16·10-5t 3,0 1400 5,3 1,16

ШЛ-l,О 980 1660 0,31 + 35·10-5t 1,6 1300 5,5 1,18 ШТЛ-0,6 600 1660 0,1 + 15·10-5t 2,9 1150 5,8 1,18 ШЛ-0,4 350 1700 0,058 + 17-10-5t 1,6 1150 6,0 1,16

Муллитокремнеземистые МКЛР-l,О 1000 1790 1,34 90 1450 6 -МКЛР-0,8 800 1760 0,54 20 1450 6,2 -

Муллитовые МЛЛ-l,3 (ТУ 14-8-122-74) 1250 1810 0,6 (600 ОС) 3,4 1550 5,2 1,15 Корундовые КЛ-l,8 1760 1900 0,9 (600 ОС) 1,5-5 1550 7,5 1,15

КЛ-l,3 1320 1900 0,8 (600 ОС) 1,5-5 1550 7,5 1,15 КЛ-l,1 1080 1900 0,55 (600 ОС) 1,5-5 1550 7,5 1,15

Диатомитовые (ГОСТ 2694-78) Д-500 470 -0,107 + 23·10­

5t - 900 - 0,84

Д-600 580 -0,128 + 23·10­

5t - 900 - 0,84

ПД-350 365 -0,058 + 19·10­

5t - 900 - 0,84

ПД-400 400 - 0,078 + 22·105t - 900 - 0,84

Приложение 3

Теплоизоляционные огнеупорные волокнистые материалы и засыпки,

применяемые в тепловых ограждениях печей

Таблица 3

Тип, группа, марка, ГОСТ или ТУ

Плот-

ность

р,

кг/м 3

Огнеупор-

ность

tor, ос

Теплопровод-

ность

Л, Вт/м ос

Предел

сжатия

CJдап ,

МПа

Пред.

рабоч.

темпер

tmax ос

Коэф.

термич

расшир

а-l0 6 , 1/0С

Средняя

тепло-

емкость

С,

кД;JК!KГ С

Каолиновые

Плиты из ваты МТК 300 1700 0,13 + 87·10-5t - 1100 - 1,22

Плиты КТМ3-3-1430 (LAC, Чехия) 310 1750 0,22+ 36·1 0-5t - 1430 - 1, 3 Муллитокремнеземистые (ГОСТ 23619-79)

Плиты МКРП-340 340 1600 0,08 + 7·10-5t - 1150 - 1,1

Плиты МКРП-450 450 1600 0,13 + 16·10-5t - 1150 - 1,1 Изделия МКРИ-500 500 1600 0,137 + 17·10-'t - 1150 - 1,1 Плиты ШВП-350 400 1700 0,1 + 16·10-5t - 1200 - 1,2 Плита ТИЗОЛИТ 350 1700 0,18+ 16·10-'t - 1400 - 1,1

Засыпки огнеупорные

Шамотные (ТУ 14-8-82-73) ПША-О,95 500 1730 0,23 + 6·10-5t - 1350 - 1,16 ПША-l,1 600 1730 0,27 + 7·10-5t

- 1350 - 1,2 ЗША 800 1730 0,3 + 15·10-5t - 1350 - 1,2

Диатомовые (ТУ 36-888-77) Обожжен. крош. 500 - 0,11 + 17·10-5t - 900 - 0,84

Учебное издание

ПОПОВ Анатолий Григорьевич

ТЕПЛОВОЕ ОГРАЖДЕНИЕ НАГРЕВАТЕЛЬНЫХ И ТЕРМИЧЕСКИХ ПЕЧЕЙ

Учебное пособие

Редактор о. с. Бычкова

Подписано в печать 27.12.2006. Формат 60х84/16.

Бумага офсетная. Печать трафаретная. Уел. печ. л. 1,80. Тираж 100 экз. ЗаказllЧ .

Ульяновский государственный технический университет

432027, г. Ульяновск, ул. Северный Венец, Д. 32. Типография УлГТУ, 432027, г. Ульяновск, ул. Северный Венец, Д. 32.