УДК 666.76:66.041.55

УЛУЧШЕНИЕ ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ТУННЕЛЬНОЙ ПЕЧИ ДЛЯ ОБЖИГА ОГНЕУПОРОВ

В.И.Иванов, В.А.Скачков, В.Т.Березовский, Ю.В.Моисейко, С.В.Болюк

Запорожская государственная инженерная академия,

ОАО «Запорожогнеупор»

 

Качество обжига сырца огнеупорных изделий в туннельных печах в значительной степени зависит от равномерности распределения температуры по объему рабочего пространства, которая, в свою очередь, определяется организацией сжигания газообразного топлива в зоне обжига.

Как показывает практика тепловой работы печей данного типа, при обжиге сырца огнеупорных изделий существенные затруднения вызывает создание участка с максимальным постоянным уровнем температуры (Тпеч = const) на последовательно расположенных позициях зоны обжига.

Для обеспечения необходимых условий генерации теплоты в печи данного типа при реализации указанного режима обжига необходимо, используя уравнение теплового баланса, выполнить перераспределение тепловой нагрузки по длине ее отапливаемого участка.

Для расчета параметров, характеризующих среднюю начальную и конечную температуру садки обжигаемых огнеупорных изделий и футеровки пода печной вагонетки на отдельных позициях печи была предложена мате-матическая модель процессов теплообмена в зоне обжига туннельной печи для системы «нагревающая среда-кладка печного канала-садка изделий-футеровка пода вагонетки».

При построении модели учитывали переменность теплофизических характеристик обжигаемых изделий и материала футеровки пода вагонеток и их нелинейную зависимость от температуры, а также полагали:

- равномерность нагрева боковой поверхности садки изделий на отдельных позициях зоны обжига, т.е. осесимметричность ее температурного поля;

- отсутствие продольной передачи теплоты по садке, кроме переноса теплоты потоком газов по печному каналу;

- наличие теплоизоляции боковой поверхности футеровки пода печных вагонеток;

- незначительность влияния кратковременных простоев печи при проталкивании вагонеток с изделиями по печному каналу.

Внешний теплообмен в рассматриваемой системе характеризовали интегральными величинами - коэффициентами теплоотдачи излучением и конвекцией.

После принятия исходных допущений математическую задачу о нагреве обжигаемых изделий и материала футеровки пода вагонеток излучением и конвекцией в среде с постоянной температурой описывали системой двух трехмерных нелинейных уравнений теплопроводности с соответствующими краевыми условиями.

Уравнения теплопроводности, а также краевые условия задачи аппроксимировали по неявной разностной схеме. Далее, используя программу, составленную на языке TURBO-PASKAL, решали указанную систему уравнений интегро-интерполяционным методом Самарского в сочетании со схемой Писмена-Рэкфорда [1]. Далее выполняли расчеты рационального распределения газообразного топлива по длине зоны обжига печи, которое обеспечивает реализацию режима Тпеч = const:

Согласно предложенной методике проводили анализ тепло- и топливоиспользования на высокотемпературном участке туннельной печи ОАО «Запорожогнеупор» при термической обработке муллитокорундовых огнеупоров по существующему режиму и режиму Тпеч = const.

Для создания условий практического достижения рационального распределения газообразного топлива по длине зоны обжига, обеспечивающего реализацию режима Тпеч = const, по известной методике [2] был выполнен пересчет калибра газовых сопл и уменьшена его величина для основных горелочных устройств от 20 до 12 мм, для промежуточных - до 10 мм.

В ходе последующих теплотехнических испытаний на печи изучали характер изменения температуры по объему садки изделий и анализировали состав продуктов горения на каждой позиции зоны обжига. Температуру обжигаемых изделий замеряли при помощи термоэлектрических термометров типа ВР-20/5 в корундовых чехлах, защищенных инертным газом. Термодатчики устанавливали на различных участках садки изделий. Для обеспечения надежности измерений электроды помещали в двухканальную соломку, а на горячий спай наносили тонкий слой суспензии электрокорунда. Оценку качественных показателей изделий осуществляли путем размещения в садке контрольных образцов с одинаковыми начальными технологическими параметрами изготовления.

Сопоставление экспериментальных данных и результатов расчета поля температуры изделий на ПЭВМ в зоне обжига позволяет отметить их достаточную сходимость: величина максимального отклонения не превышает ± 7%.

При анализе распределения температуры по объему садки изделий, наблюдаемого при реализации режима Тпеч = const, зафиксировали значительное повышение ее равномерности. Так, величина максимального температурного перепада по высоте и ширине садки снижается соответственно от 80...100 до 50…60°С и от 60…80 до 30…40°С, что подтверждает улучшение условий обжига огнеупорных изделий.

Результаты статистической обработки массива физико-механических показателей готовой продукции до и после реализации режима Тпеч = const свидетельствовали о существенном смещении максимальной частоты случаев в сторону увеличения значений предела прочности при сжатии и уменьшения величины открытой пористости.

Оценку экономичности предложенных мероприятий выполняли путем составления теплового баланса туннельной печи с использованием известной методики [3].

Сопоставительный анализ показывает, что расход теплоты в печи после реализации режима Тпеч = const на 7,2 % меньше, чем в проектном варианте. При этом коэффициент полезного действия повышается на 2,8 %, а удельный расход топлива снижается на 5,0 %.

Литература

1.     Самарский А.А. Теория разностных схем. - М.: Наука, 1977. - 656 с.

2.     Харченко И.Г., Иванов В.И., Баздырев В.С., Березовский В.Т. О расчете и компоновке горелочных устройств туннельных печей для обжига огнеупоров / Металлургия (Труды ЗГИА). - Запорожье: РИО ЗГИА. - 1999. - Вып. 2. - С. 112-116.

3.     Цибин И.П., Шварцман М.З., Стрекотин В.В. Пуск, наладка и теплотехнические испытания печей и сушил огнеупорной промышленности. - М.: Металлургия, 1978.- 256 с.