ASPECTE GENERALE PRIVIND AGREGATELE TERMICE METALURGICE

ASPECTE GENERALE PRIVIND AGREGATELE TERMICE METALURGICE

ASPECTE GENERALE PRIVIND AGREGATELE

TERMICE METALURGICEIntroducere

Majoritatea proceselor metalurgice (elaborarea fontelor, oelurilor, aliajelor neferoase, retopirea n diferite scopuri, nclzirea n vederea deformrii plastice ulterioare prin laminare, forjare, matriare, etc., nclzirea n vederea realizrii tratamentelor termice i termochimice, uscarea argilelor pentru turntorie, sinterizarea, etc.), se desfoar la o temperatur mai mare dect temperatura mediului ambiant.

Pentru a realiza aceste procese este necesar un aport de cldur (energie termic) din exterior, sau conservarea unei cantiti de cldur, n interiorul unui corp, procese care se realizeaz prin nclzire. Dup cum se tie din principiul al doilea al termodinamicii, transferul de cldur se realizeaz n mod natural de la un sistem termodinamic cu o temperatur ridicat la unul avnd o temperatur mai sczut.

Procesele metalurgice menionate mai sus, se desfoar n aa numitele agregate termice. Ca o definiie succint, agregatul termic metalurgic, reprezint un ansamblu de corpuri n care se desfoar un proces termotehnologic metalurgic. De aceea agregatele termice metalurgice se mai numesc si agregate termotehnologice metalurgice (A.T.M) .

Aceste procese termotehnologice se desfoar pe seama schimbului energetic ntre elementele componente ale A.T.M i ntre A.T.M i mediul ambiant. n baza acestei observaii putem spune c A.T.M reprezint un sistem termodinamic. Deoarece ntre un A.T.M i mediul ambiant au loc schimburi de energie mecanic (datorit diferenelor de presiune care se stabilesc) i schimburi de energie termic sub form de cldur, A.T.M poate fi considerat, un sistem termodinamic neizolat. De asemenea ntre A.T.M i mediul ambiant, au loc i schimburi de mas, datorit diferitelor procese de evacuare a gazelor, de evacuare i introducere a ncrcturii metalice, etc. n consecin, A.T.M poate fi considerat i un sistem termodinamic deschis.

n majoritatea cazurilor, mediul ambiant pentru un A.T.M. l reprezint hala industrial n care funcioneaz, cu atmosfera din interiorul acesteia, precum i cu celelalte agregate i instalaii montate n interiorul halei.

Deoarece condiiile n care se afl mediul ambiant amintit mai sus nu se modific semnificativ n timp, iar regimul de funcionare al A.T.M este oarecum cvasiconstant, putem spune ca ntre A.T.M i mediul ambiant se stabilete un regim staionar din punct de vedere termodinamic, regim care este caracterizat de mrimile de stare cunoscute din termotehic.

Fig. 1. Agregatul termotehnologic metalurgic

1- spaiul de lucru al cuptorului; 2- zidria cuptorului; 3- instalaia de ardere;

4- structura metalic de susinere a zidriei; 5- canale de evacuare a gazelor

6- schimbtor de cldur; 7- coul de fum.

Pe lng procesele pur metalurgice care au loc n cuptor (CM), n interiorul A.T.M. mai au loc i unele procese auxiliare, cum ar fi:

prenclzirea aerului i/sau a combustibilului, n schimbtorul de cldur (SC);

obinerea aburului tehnologic, etc.

Aceste procese au la baz tot fenomene de transfer de cldur.

Procesul metalurgic propriu-zis se desfoar n spaiul de lucru al cuptorului (SL), spaiu de lucru care are volumul Vsl. Acest spaiu este format dintr-un volum ocupat de ncrctura metalic, notat Vm i un spaiu liber, notat Vl:

Vsl=Vm+Vl (1)

Definitie: Un agregat termic metalurgic este complex constituit din cuptor metalurgic, element principal si instalatii anexe:

-de producerea energiei calorice, de alimentare cu combustibil (e.e) si cu evacuare gaze arse in cazul utilizarii combustibililor.

-ca sursa de energie calorica sunt combustibilii (energia chimica) si energia electrica (arc electric in care se dezvolta o ) si energia electromagnetica in cazul cuptoarelor cu inductie electromagnetica.

Fig. 2. Schema principala a unui agregat termic metalurgic cu combustie1-cuptor metalurgic de combustie

2-instalatia de recuperare a caldurii gazelor arse

3-instalatia de vehiculare a aerului de combustie

4-instalatia ardere

5-instalatie tiraj gaze arse

Absolut toate cuptoarele cu combustie industriale utilizate la arderea combustibilului, aer cald, intrucat arderea cu aer cald duce la importante economii de combustie si in plus creste viteza de ardere si de asemenea temperatura de ardere. Pe de alta parte, caldura cu gazele arse, care ies din spatiul de lucru al cuptorului are o valoare importanta si anume intre din caldura rezultata in urma arderii combustibilului, aceasta cantitate de caldura care iese din cuptor se considera pierduta si de aceea se impune recuperarea acestei calduri. In mod obligatoriu in instalatia II se preincalzeste aerul de combustie.

Daca la iesirea din recuperatorul de aer, gazele arse mai poseda caldura, atunci se amplaseaza cazane recuperatoare in care se prepara fie apa calda, fie abur. Instalatia de recuperare a caldurii gazelor arse, se considera principala atunci cand aerul preincalzit, trebuie sa aiba o anume temperatura impusa de procesul tehnologic din cuptor si se considera auxiliara cand aerul de combustie preincalzit, conduce la o mai buna functionare a cuptorului, la temperaturi tehnologice, in cuptor.

Temperaturile impuse de procesul tehnologic sunt:

- temperaturi 1500C cuptoarele folosite topire- retopire aliaje

- temperature 1200C cuptoare pentru incalzirea metalelor, pentru deformari plastice la cald.

- temperature intre cuptoare folotite in cazul uscarii diferitelor material.Evident ca temperaturi mai mari de 1200C nu se pot obtine decat folosind la ardere aer preincalzit.

Instalatia de recuperare a caldurii gazelor arse se imparte in doua mari categorii:

1. Recuperatoare in care cele doua fluide (gaze arse si aer) circula simultan fiind de regula construit din tevi, astfel incat fluidul circula prin tevi si celalalt printre tevi.

2. Regeneratoare in care cele doua fluide circula pe rand; exemplul tipic este cauperul (la furnal) in care se preincalzeste aerul. Cauperul are arzatorul propriu in care se arde bi-gaz (gaz furnal si gaz metan), gazele arse incalzesc gratarele din caramida refractara ale cauperelor, dupa care ies la cos, si apoi aerul de la suflanta preia caldura de la gratare si preincalzit la aproximativ 1100C, este trimis la gurile de vant ale furnalului. De regula un furnal are 4 caupere, astfel incat doua preincalzire (gaze arse) si doua pe racire (aer) dupa care se inverseaza functionarea .

3. Instalatia de vehiculare a aerului de combustie, poate fi suflanta (turbosuflanta), compresor.

4. Instalatia de ardere a combustibilului:

- arzatoare pentru combustibilii gazosi, praf. carbune- injectoare pentru pacura

- focar cu gratar combustibili solizi

5. Instalatia de tiraj: in mediul ambient, poate fi tiraj natural realizat doar cu cosul de fum si tiraj fortat (direct/indirect) cu ajutorul ventilatoarele.

In spatiul de lucru avem o anume presiune (de exemplu aprinderea gaz metan plus aer datorita scanteii). Cea mai mare pierdere de caldura a cuptorului este caldura care iese odata cu gazele arse pe canalul de gaze arse si chiar daca se recupereaza in instalatia II creste randamentul pe ansamblul agregatului termic prin actiunea recuperatoarelor. Dar randamentul termic al spatiului de lucru al cuptorului este maxim 40%.

2. Clasificarea cuptoarelor metalurgice

Varietatea proceselor metalurgice i diversitatea tehnologiilor specifice unui proces a generat de-a lungul timpului apariia unor numeroase tipuri de cuptoare a cror clasificare este foarte greu de realizat. Totui lund n considerare anumii factori putem face urmtoarea clasificare:

a) n funcie de natura procesului termotehnologic care are loc:

cuptoare metalurgice de elaborare (topire);

cuptoare metalurgice de nclzire:

cuptoare de nclzire pentru deformri plastice;

cuptoare de nclzire pentru tratamente termice i termochimice;

cuptoare de nclzire pentru sinterizarea produselor din pulberi;

cuptoare metalurgice de uscare.

b) Dup modul de funcionare tehnologic:

cuptoare cu funcionare discontinu - se caracterizeaz prin faptul c operaiunile de ncrcare-descrcare sunt distincte n raport cu procesul metalurgic propriu-zis, astfel durata total a unui ciclu de funcionare este dat de relaia:

(c=(nc+(p.m+(desc (2)

Aceste cuptoare cu funcionare discontinu se mai numesc i cuptoare tip camer. Temperatura n interiorul acestora este una variabil n timp, sau uneori constant n timp, dar ntotdeauna constant n diferitele puncte ale spaiului de lucru.

cuptoare cu funcionare continu - la aceste cuptoare procesele de ncrcare i descrcare se suprapun peste procesul tehnologic propriu-zis, astfel:

(c=(p.m (3)

Aceste cuptoare poart denumirea de cuptoare traversate. n acest caz temperatura cuptorului este constant n timp, dar variabila n spaiul de lucru.

c) Dup sursa termic:

cuptoare cu combustie:

cuptoare cu flacr;

cuptoare de tip convertizor;

cuptoare electrice.

La cuptoarele cu flacr cldura se degaj pe seama arderii unui combustibil.

n cazul cuptoarelor de tip convertizor, producerea cldurii are loc pe seama reaciilor de ardere din interiorul topiturii.

d) Dup desfurarea volumului util al cuptorului:

cuptoare tip vatr - lungimea i limea spaiului util sunt mult mai mari dect nlimea. Este cazul cuptoarelor de nclzire.

cuptoare tip cuv - cu dezvoltare pe vertical, avnd lungimea i limea mult mai mici dect nlimea. Este cazul cuptoarelor circulare, la care diametrul vetrei este mult mai mic dect nlimea.

_1329664852.unknown

_1329665322.unknown

_1329835120.unknown

_1332227578.unknown

_1329665440.unknown

_1329665303.unknown

_1112098225.dwg