Технические науки / Металлургия

Иванов В.И., Скачков В.А., Нестеренко Т.Н., Березовский В.Т.

Болюк С.В., Моисейко Ю.В.

Запорожская государственная инженерная академия,

ОАО «Запорожогнеупор»

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ ЗОНЫ ОХЛАЖДЕНИЯ ТУННЕЛЬНОЙ ПЕЧИ ДЛЯ ОБЖИГА ОГНЕУПОРОВ

Полуфабрикат (сырец) различных видов огнеупорных изделий подвергают обжигу в высокотемпературных туннельных печах, состоящих из трех характерных зон: нагрева, обжига и охлаждения.

Зона охлаждения печей данного типа выполняет ответственную роль в технологическом цикле «сушка – нагрев – обжиг – охлаждение изделий», обеспечивая заданный технологией режим охлаждения обожженных огнеупоров, а также снабжение зоны обжига вторичным воздухом и туннельного сушила – теплоносителем.

Известно, что в процессе охлаждения массивных тел (огнеупорных изделий) от максимальных температур обжига до температур порядка 1000° С происходит кристаллизация жидкой фазы и усадка материала в упругопластической области, а также завершаются процессы спекания. В области температур ниже 1000° С охлаждение изделий сопровождается возникновением термических напряжений, которые при соответствующих условиях могут привести к их разрушению.

Как показывает практика работы туннельных печей, режим охлаждения обожженных огнеупоров (по расходу воздуха), отработанный на проектную производительность печи, позволяет получать продукцию заданного качества. Однако при переводе печи на новый режим работы с изменением ее производительности либо схемы садки обжигаемого полуфабриката на печные вагонетки может наблюдаться нарушение сплошности обожженных огнеупоров, что в значительной степени определяется интенсивностью их охлаждения, которая в данном случае необходимо корректировать.

В основу управления тепловой работой зоны охлаждения туннельной печи (в области допустимых скоростей охлаждения) может быть положено трансцендентное уравнение, полученное из решения дифференциального уравнения теплообмена в противотоке, позволяющее осуществлять корректировку расхода воздуха V_в, подаваемого в данную зону при изменении производительности печи:

где

; ; ,

, – соответственно среднемассовая температура обожженных огнеупорных изделий на входе в зону охлаждения и температура на i-ом участке данной зоны; Т_в, с_в – соответственно температура и средняя теплоемкость воздуха на входе в зону охлаждения со сторони его подачи в печь; t – интервал времени между поступлением вагонеток в печь; a – средний по длине зоны охлаждения коэффициент теплоотдачи; F_уд – удельная тепловоспринимающая поверхность загрузки обжигаемого полуфабриката на печной вагонетке; F_с – тепловоспринимающая поверхность садки обжигаемого полуфабриката на печной вагонетке; V_заг – объем садки обжигаемого полуфабриката на печной вагонетке; n – количество вагонеток, размещаемых в зоне охлаждения печи; М_заг – масса садки обжигаемого полуфабриката на печной вагонетке; с_м – средняя теплоемкость обожженных огнеупоров в интервале температур ; К – коэффициент формы садки обжигаемого полуфабриката на печной вагонетке; Bi – критерий массивности садки обжигаемого полуфабриката на печной вагонетке.

Данное уравнение предусматривает функциональную зависимость расхода воздуха V_в, подаваемого в зону охлаждения туннельной печи, от ее производительности (через t) при инвариантности параметра q на выходе из соответствующего участка зоны охлаждения. Наличие данной инвариантности обеспечивает стабильные качественные показатели обожженных огнеупоров, а также стабильную температуру теплоносителя, подаваемого в туннельное сушило для сушки полуфабриката изделий.

Исходные данные для решения данного уравнения могут быть получены путем экспериментально-аналитических исследований внешнего и внутреннего теплообмена в зоне охлаждения действующей туннельной печи. Так, для условий шамотного цеха ОАО «Запорожогнеупор» за рациональную производительность была принята производительность, соответствующая интервалу времени между поступлениями вагонеток в туннельную печь равному 0,89 ч. Практика работы печей данного цеха показывает, что при указанной производительности изделия имеют стабильное качество, удовлетворяющее требованиям стандарта.

С использованием полученного уравнения были выполнены расчеты режимов охлаждения для ряда различных схем садок шамотных огнеупорных изделий, обжигаемых в туннельных печах ОАО «Запорожогнеупор».