8-cuptoare

8/13/2019 8-Cuptoare

1/7

Lucrarea nr. 8

CONSTRUC!IA "I PRINCIPIILE DE DIMENSIONARE ALECUPTOARELOR DE TRATAMENTE TERMICE

8.1. Scopul lucr#rii

Cunoa!terea cuptoarelor de tratamente termice n scopul exploat"rii lorcorecte, dar mai ales al stabilirii tehnologiilor optime.

8.2. Considera$ii teoretice

De!i foarte diferite din punct de vedere constructiv, al dimensiunilor degabarit !i al spa#iului de lucru, principiile de proiectare ale cuptoarelor folositela tratamente termice sunt destul de comune.

Cuptoarele mai mari sunt zidite pe funda#ii de beton, din c"r"mizirefractare !i termoizolante, care la rndul lor sunt consolidate prin construc#iimetalice. Aceasta se explic"prin faptul c" la temperaturi ridicate, mortarul de!amot" folosit la construc#ie are o rezisten#"mecanic" foarte redus": varul saucimentul din mortar se descompune !i !i pierde caracterul de liant, rolulmortarului rezumndu-se la umplerea !i etan!area rosturilor dintre c"r"mizi.Din acest motiv, grosimea stratului de mortar este foarte mic".

Consolidarea mecanic! trebuie s" suporte n primul rnd for#elerezultate din rezemarea bol#ii !i al altor elemente constructive cum sunt u!ile,vatra, mecanismele de ac#ionare ale acestora, conductele de combustibil !icomburant, etc. Ea se poate realiza prin diverse c"i:

- n cazul cuptoarelor mari, zidite pe funda#ii de beton, consolidareazid"riei se rezolv" cu profile ncastrate n funda#ie, iar n partea superioar"

rigidizate cu bare sau profile de ancorare (fig.8.1.a).

a. b.Fig. 8.1. Consolidarea mecanic"a zid"riei

O alt" solu#ie o reprezint" cuptoarele zidite pe un schelet metalicautopurt"tor cu picioare de sus#inere (fig.8.1.b).


2/7

- n cazul cuptoarelor mai mici !i n general de tip camer"!i eventual cuatmosfer"controlat", se aplic" solu#ia nvelirii n partea exterioar"cu o mantadin tabl"sudat".

C!ptu"eala ceramic! a cuptoarelor, de obicei se mparte n treielemente constructiv distincte: pere#i laterali !i frontali, bolta !i vatra.

Pentru reducerea pierderilor de c"ldur" prinpere!ii cuptoarelor, la celecu temperatur"de lucru de peste 700C, zid"ria se execut"din dou" feluri demateriale : dintr-un strat termorefractar, care rezist" la temperaturi ridicate (deobicei din !amot"), dar care n general are o conductivitate termic" ridicat"!idintr-un strat termoizolant (diatomit", c"r"mid" obi!nuit", vat"de zgur"sau desticl", etc) care nu suport" temperaturi prea ridicate (peste 600-900 C, daravnd un coeficient mic de conductivitate termic", izoleaz"din punct de vederetermic exteriorul cuptorului fa#" de stratul termorefractar cald. C"r"mizile din

ambele categorii de material se execut" fie compact - ceea ce le confer" orezisten#" mecanic" bun", fie poroase, u!oare, cu propriet"#i termoizolanteameliorate. Stratul termoizolant poate fi aplicat !i sub form"de praf sau granule,introdus ntre zid"ria termorefractar"!i mantaua cuptorului.

Bolta cuptoruluieste elementul cel mai solicitat al acestuia, din punct devedere termic !i mecanic. La construc#ia ei se folosesc c"r"mizi din !amot"fasonate conform tipului bol#ii. Dup"forma !i felul construc#iei bol#ii, se disting :

- bol#i semicirculare rezemate pe perete, (fig.8.2.a) ;- bol#i n arc rezemate pe perete, (fig.8.2.b) ;- bol#i suspendate, care se folosesc la cuptoare cu deschideri mari !i se

reaz"m"de obicei pe scheletul metalic al cuptorului, (fig.8.2.c) ;

a. b. c.

Fig. 8.2. Bolta cuptorului

Deasupra bol#ii din !amot"se zide!te de cele mai multe ori un strat denisip de diatomit"(aproape SiO2curat) ca strat termoizolant !i de etan!are.

Att la zidirea pere#ilor ct !i a bol#ii, se ia n considerare dilatarea

termic"a !amotei (aproximativ 3 mm pentru fiecare lungime de 1 m !i 700 Cvaria#ie de temperatur". Rosturile de dilatare se plaseaz"n zig-zag, la distan#ede obicei de 2 m cu o grosime de circa 6 mm, pentru p"strarea integrit"#iiperetului sau a bol#ii.

Vatra cuptoarelor simple este f"cut" din c"r"mizi refractare (!amot")sau dintr-un strat de mortar de !amot"b"t"torit", care la rndul s"u este dispuspe c"r"mizi de diatomit"sau din cea ro!ie obi!nuit".


3/7

Vetrele pot fi protejate cu profile, !ine sau #evi din o#el refractar, pe carese deplaseaz"nc"rc"tura cuptorului. Aceste #evi !i profile, n unele cazuri pot fir"cite n interior cu ap". n general n"l#imea vetrei se recomand"s"fie la circa800-900 mm fa#" de podeaua halei, ceea ce contribuie la o deservire maicomod"a cuptorului.

n continuare sunt prezentate cteva principii generale aleproiect!rii "idimension!rii cuptoarelorfolosite n tratamente termice.

Dup" stabilirea celui mai adecvat tip de cuptor pentru produc#iarespectiv", n func#ie de forma pieselor !i tehnologia nc"lzirii adoptate, se vaproiecta forma "i dimensiunile spa!iului de lucru, pornind de la gabaritelepieselor !i de la modul lor de a!ezare pe vatra spa#iului de lucru.

n jurul nc#rc#turii trebuie s# se asigure un spa!iu suficient de marepentru circula#ia liber"a gazelor calde n jurul pieselor, astfel :

- n cazul cuptoarelor cu circula#ie nefor#at" (convec#ie natural", cu ovitez"de circa 1-2 m/s, pentru cuptoarele mari se va l"sa un loc liber de circa400-600 mm, pentru cele mai mici de 200-300 mm, iar pentru cele de laboratorcirca 10-50 mm.

- n cazul cuptoarelor cu recircularea for#at"a gazelor cu viteza de 6-10m/s, realizat"cu ajutorul ventilatoarelor, spa#iul liber poate fi mic, iar sec#iuneaacestuia poate fi calculat"pe baza rezisten#ei hidraulice a canalelor.

Forma spa!iului de lucrudepinde !i de tipul cuptorului. De exemplu lacuptoarele cu propulsie, se recomand" ca n partea de prenc"lzire n"l#imeabol#ii s"fie mai mic", iar n partea de nc"lzire final"s" fie mai ridicat", pentruca flac"ra arz"toare s" fie dirijat" tangen#ial la piese !i s" se mbun"t"#easc"circula#ia natural"a gazelor. Bolta spa#iului de lucru, de obicei este de formaunui arc de cerc, !i se execut" din c"r"mizi mari, fasonate sau din c"r"mizipan". Pentru cuptoarele mari, cu o n"l#ime de peste 3-4 m se recomand"bolt"suspendat".

Dac" spa#iul de ardere este separat de spa#iul de lucru, de exempluprin a!ezarea acestuia sub vatr"- sec#iunea canalelor de trecere a gazelor seva dimensiona pe baza debitului de gaz de ardere preconizat, pentru o vitez"de circa 8-12 m/s.

Sec#iunea canalelor de fumse alege n func#ie de volumul gazelor deardere, astfel ca viteza lor prin aceste canale s"fie 2-3 m/s.

Dac"canalele de fum sunt plasate n interiorul pere#ilor, atunci l"#imealor maxim" se alege egal" cu dimensiunea de 115 mm (1/2 c"r"mid").Dimensiuni mai mari (180-230 mm) se utilizeaz" rar, pentru a nu reducerezisten#a pere#ilor, iar n"l#imea maxim" se recomand"de 180 sau 230 mm.Dac"este necesar, se pot prevedea chiar !i mai multe canale paralele.


4/7

Evacuarea gazelor se recomand"s"se fac"la nivelul vetrei, deoarecese asigur"astfel o nc"lzire mai uniform".

Grosimea pere!ilor refractarise alege n func#ie de temperatura maxim"preconizat" !i de n"l#imea lor. Astfel, pn" la o temperatur" de 900 C, estesuficient"o grosime de 115 mm (1/2 c"r"mid"). Pentru o n"l#ime a pere#ilor de1 m, se va prevedea o grosime de 115 mm (0,5 c"r"mid") ; de la 1-2,5 m, ogrosime de 230 mm (1 c"r"mid") peste 2,5 m, o grosime de 345 mm (1,5c"r"mid").

Grosimea pere#ilor izolatori pentru cuptoarele mici se alege egal" cu115 mm (1/2 c"r"mid"), iar pentru cuptoarele mari !i pentru cele electrice, seprevede o grosime de 230 mm (1 c"r"mid").

ntre zidul refractar !i cel izolant, se va executa n mod alternativ oleg"tur" la fiecare 3-4 rnduri. La construc#ia pere#ilor termoizolan#i, serecomand"a!ezarea pe muchie a c"r"mizilor (mai pu#ine rosturi).

n cazul c"r"mizilor u!oare sau a umpluturii, se va folosi o c"ptu!eal"de tabl" de o#el n care acestea vor fi montate. C"r"mizile u!oare au dilataretermic"mai mare, dect cele compacte.

Bolta se execut"la o grosime egal"cu 115 mm (1/2 c"r"mid") pentru ol"#ime a cuptorului de pn" la 1 m, de 230 mm grosime (1 c"r"mid") pentrul"#imi de 1 pn" la 3,5 m, !i 345 mm (1,5 c"r"mid") pentru l"#imi de peste 3,5m. Se recomand"izolarea bol#ii cu c"r"mizi sau umplutur"de diatomit"avndo grosime de 70-140 mm, care poate fi eventual "v"ruit"" cu un amestec de praf

de !amot"!i azbest.Bolta din c"r"mizi refractare se reazem"prin intermediul unei c"r"mizifasonate special (piatra bol#ii) pe arm"tura metalic"(scheletul de consolidare),confec#ionat"din diferite profile (fig.8.1; 8.2.b).

Vetrele, de obicei, se execut"din c"r"mizi de !amot" la o grosime de115 mm (1/2 c"r"mid") sau din mas"de !amot"b"t"torit". Sub acest strat sea!eaz" un strat de diatomit" (grosime de 1 c"r"mid") sau de c"r"mid" obi!nuit"ro!ie. n"l#imea vetrei se va prevedea s"se g"seasc" la o distan#"de800-900 mm, deasupra podelei.

U"ile se construiesc dintr-un cadru metalic sudat sau turnat (eventualcu pere#i dubli pentru r"cire cu ap"), c"ptu!it cu !amot"n interior.

Dup#stabilirea preliminar#a grosimii "i a compozi!iei pere!ilor, vetrei "ibol!ii, se verific#prin calcul n regim sta!ionar, temperaturile acestora, pornindde la temperatura maxim" a gazelor din spa#iul de lucru !i de la temperaturaambiant"din hala sectorului. Dac"temperatura maxim"a stratului termoizolanteste prea mare fa#"de refractaritatea materialului din care este confec#ionat, se


5/7

va alege o grosime mai mare pentru peretele termorefractar. Dac"n mod inutiltemperatura ar fi prea mic", se va adopta o grosime mai mic" pentru stratultermorefractar. Temperatura la exteriorul pere#ilor termoizlan#i trebuie s" fiesuficient de mic" (40-70 C) pentru ca atingerea cuptorului s" nu fiepericuloas"; dac"din calcul ar rezulta o temperatur"prea ridicat", se va m"rigrosimea stratului termoizolant sau se va folosi un material cu conductivitatetermic"mai mic".

La proiectarea cuptoarelor metalurgice va trebui !inut cont "i de o seriede elemente constructive, care asigur"buna lor func#ionare ca: dispozitive der"cire necesare unor subansambluri supuse nc"lzirii inadmisibile, dispozitivede protec#ie contra radia#iilor termice n cazul deschiderii u!ilor, dispozitive deprevenire a exploziilor, aparatajul pentru controlul temperaturii, elemente dereglare ale regimului termic, dispozitive de nc"rcare !i desc"rcare a pieselor,dispozitive de semnalizare n caz de avarii neprev"zute, etc.

Bilan#ul termic al cuptoarelor, reprezint" un mijloc de a stabilicantitatea total"de c"ldur"necesar", respectiv consumul orar de combustibil.

Cantitatea de c"ldur" necesar"tehnologic pentru nc"lzirea pieselor latemperatura dorit", este legat" de m"rimea !arjei !i se nume!te c#ldur# util#Qu. Pentru a compensa pierderile !i a se asigura acest Qu, n cuptor va trebui

introdus"o cantitate total"de c"ldur"Qtot, mult mai mare !i anume:

Qtot = Qu+ Qp+ Qz+ Qr + Qaf + Qsc+ Qg+ Qd (8.1)

n care Qpestec"ldura pierdut"prin c"ptu!eala refractar"a cuptorului;

Qz - c"ldura acumulat"n zid"ria refractar";

Qr - c"ldura pierdut" prin radia#ie, prin u!a cuptorului, diverse fante !i

orificii;Qaf - c"ldura consumat"pentru nc"lzirea aerului fals care p"trunde

prin neetan!eit"#i, u!", etc.;Qsc - c"ldura pierdut" prin scurtcircuit"ri termice (elementele metalice

caretraverseaz"izola#ia cuptorului);

Qg - c"ldur"pierdut"prin evacuarea gazelor la co!;

Qd- diverse alte pierderi de c"ldur".

Randamentul termic al cuptorului este:

!= EMBED Equation.3.100 %.

(8.2)


6/7

Din analiza rela#iei de mai sus, rezult" c" pentru mic!orareaconsumului de combustibil este necesar, pe de o parte, s" se recupereze ocantitate ct mai mare de c"ldur"din gazele arse, iar pe de alta reducerea lamaximum a pierderilor de c"ldur".

Consumul orar de combustibil C0, se determin"cu rela#ia:

C0 = EMBED Equation.3[kg/h sau m3N/h ], (8.3)n care Qtoteste cantitatea total"de c"ldur", [kJ/h ];

Qi - puterea calorific"a combustibilului, [kJ/kg sau kJ/m3N ].

8.3. Utilaje %i materiale folosite

Studen#ii vor studia construc#ia cuptoarelor cu func#ionare discontinu"din laboratorul de tratamente termice.

8.4. Modul de lucru

Se vor schi#a cuptoarele studiate, indicnd p"r#ile componente,materialele utilizate !i cotele de gabarit.

Se trece apoi la calculul bilan#ului termic pentru un caz concret dinlaborator. n acest scop, utiliznd rela#ia 8.1 se determin"cantitatea de c"ldur"pierdut" EMBED Equation.3 (kJ/h) !i cea util" EMBED Equation.3 (kJ/h)necesar"nc"lzirii pieselor.

Se va calcula utiliznd rela#ia 8.2, randamentul termic al cuptoruluipentru nc"rc"tur"maxim", respectiv pentru valoarea nc"rc"turii care a stat labaza dimension"rii spa#iului de lucru. Dac" rezult" o valoare prea sc"zut" arandamentului termic, se vor c"uta solu#ii pentru reducerea pierderilor dec"ldur" (se va prevedea o izola#ie termic" mai bun", recuperarea c"lduriigazelor de ardere prin prenc"lzirea aerului necesar arderii sau chiar a gazelorde combustie, se vor mic!ora timpii de deschidere a u!ilor, etc).

Dup" verificarea acestor caracteristici, se vor dimensiona arz"toarelesau elementele de nc"lzire electrice (rezistoare).

8.5. Prelucrarea %i interpretarea rezultatelor. Concluzii

Se vor analiza cerin#ele generale pe care trebuie s" le ndeplineasc"orice cuptor de tratament termic construit corespunz"tor:

- posibilitatea de reglare precis"!i ct se poate de rapid"a temperaturiin spa#iul de lucru, eventual chiar automatizat";

- posibilitatea de men#inere constant"a temperaturii n timp !i n spa#iu;- posibilitatea m"sur"rii corecte a temperaturii n diferite locuri ale

spa#iului de lucru;


7/7

- men#inerea ct mai constant" a temperaturii cuptorului n timpulnc"rc"rii !i desc"rc"rii acestuia ;

- suprafa#a pieselor s"nu fie atacat"de atmosfera din spa#iul de lucru !is"nu fie deteriorat"mecanic;

- deservirea cuptorului s" fie u!oar" !i comod", nepericuloas",igienic";

n continuare, pentru cuptoarele studiate:- se calculeaz"randamentul termic !i consumul orar de combustibil;- se determin"productivitatea pe unitate de suprafa#"a vetrei.

n func#ie de rezultatele ob#inute se vor trage concluzii privindcuptoarele din dotarea atelierului de tratament termic.

PAGE 68UTILAJE $I ECHIPAMENTE DE PRODUC%IE

- LUCR&RI DE LABORATOR -

PAGE 67CONSTRUC%IA $I PRINCIPIILE DE DIMENSIONARE ALE CUPTOARELOR

DE TRATAMENTE TERMICE

63

8-cuptoare

Documents