Cuptoare industriale. Indrumar de proiectare

PREFATA

Exista o gama foarte larga de tipodimensiuni de cuptoare utilizate in diferite industrii: industria metalurgica, industria constructoare de masini, industria chimica, industria materialelor de constructii, industria materialelor ceramice, industria alimentara, s.a.

In literatura de specialitate, exista mai multe lucrari, redactate in limba romana, care trateaza pe larg multe probleme de baza referitoare la calculul si proiectarea cuptoarelor industriale: intocmirea bilantului termic, solutii tehnice de izolare termica a acestor cuptoare, solutii constructive pentru realizarea instalatiei de ardere a unui cuptor echipat cu arzatoare, pentru recuperarea caldurii gazelor arse si evacuarea acestor gaze la cosul de fum, calculul si proiectarea rezistorilor unui cuptor electric, solutii constructive de amplasare a rezistorilor intr-un cuptor electric, etc. Informatii foarte importante pot fi gasite si in prospectele materialelor si echipamentelor utilizate la executia cuptoarelor industriale. Aceste prospecte sunt puse la dispozitie de producatorii materialelor si echipamentelor respective.

Lucrarea de fata nu isi propune sa abordeze in detaliu problemele tratate deja in alte lucrari de specialitate. Cei interesati de aceste probleme, pot gasi usor lucrarile adecvate.

Prezenta lucrare isi propune sa abordeze doar cateva probleme legate de proiectarea si executia unor tipuri de cuptoare industriale de dimensiuni relativ mari, utilizate in tara noastra. Aceste probleme, desi importante, nu sunt tratate sau sunt tratate insuficient in literatura de specialitate din Romania. De asemenea, in lucrare sunt prezentate si solutii concrete de realizare a unor tipuri de cuptoare precum si exemple de calcul. Desi unele solutii sunt descrise la prezentarea unui anumit tip de cuptor, ele sunt aplicabile pentru multe alte tipuri de cuptoare.

Pentru majoritatea cuptoarelor industriale, o problema foarte importanta este aceea a omogenitatii temperaturii din spatiul util de lucru. Modalitatile concrete de rezolvare ale acestei probleme sunt tratate foarte putin in literatura de specialitate din Romania, desi este esentiala pentru cuptoarele destinate tratamentelor termice dar este importanta si pentru alte tipuri de cuptoare cum sunt cele destinate incalzirii semifabricatelor in vederea deformarii plastice, cuptoarelor utilizate in industria ceramica, chimica, s.a.

Problema omogenitatii temperaturii in spatiul util de lucru al unui cuptor este una majora, in special in cazul cuptoarelor de temperatura joasa cu inaltimi mari si foarte mari, care au volumul spatiului util de lucru de la cativa metri cubi pana la zeci sau sute de metri cubi.

Densitatea aerului scade pe masura ce creste temperatura sa. De aceea, in mod natural, aerul cald se ridica in bolta cuptorului si provoaca neomogenitate de temperatura in spatiul util de lucru. Aceasta neomogenitate este cu atat mai accentuata cu cat inaltimea spatiului interior al cuptorului este mai mare.

Neomogenitatea mare de temperatura intr-un cuptor, poate provoca pagube majore in exploatare: rebutarea sarjei, avarierea utilajelor destinate deformarii plastice, cresterea consumului specific de energie, pierderi mari de material datorita supraoxidarii semifabricatelor incalzite la temperaturi prea mari s.a.

Alte probleme abordate in prezenta lucrare sunt:
– precizia de reglare a temperaturii in spatiul util de lucru al cuptoarelor
– imbunatatirea izolarii termice a cuptoarelor indus­triale
– imbunatatirea izolarii si etansarii termice a usilor cuptoarelor
– imbunatatirea etansarii vetrelor cuptoarelor indus­triale cu vatra mobila
– proiectarea instalatiilor de ardere a gazului metan care echipeaza cuptoarele industriale
– proiectarea rezistorilor si instalatiilor electrice si de automatizare pentru cuptoarele electrice, s.a.

In prezenta lucrare, sunt prezentate succint unele considerente teoretice referitoare la problemele abordate dar sunt prezentate mai detaliat solutii concrete, practice, care pot fi adoptate la proiectarea sau modernizarea unui cuptor pentru a preveni aparitia problemelor in exploatare. Majoritatea solutiilor mentionate au fost verificate in practica, pe mai multe cuptoare.

La intocmirea lucrarii au fost avute in vedere cateva dintre tipurile de cuptoare intalnite frecvent in industria din Romania:
– cuptoare echipate cu instalatie de ardere a gazului natural
– cuptoare echipate cu rezistori electrici

Din punct de vedere constructiv, cele mai utilizate cuptoare industriale, care sunt abordate in aceasta lucrare, sunt:
– cuptoare tip camera, cu vatra fixa, cu usa tip ghilotina, destinate tratamentelor termice sau incalzirii in vederea deformarii plastice
– cuptoare tip camera, cu vatra mobila, cu usa tip ghilotina sau usa suspendata pe vatra, destinate tratamentelor termice sau incalzirii in vederea deformarii plastice.
– cuptoare tip tunel, cu functionare continua sau discontinua (fara usi sau cu usi la ambele capete).

Lucrarea de fata se adreseaza studentilor de la facultatile si specializarile care au profil termotehnic si metalurgic precum si tinerilor ingineri care proiecteaza cuptoare industriale noi sau proiecteaza modernizarea unor cuptoare vechi. De asemenea, lucrarea este utila si celor care se ocupa de executia, montajul, punerea in functiune si exploatarea cuptoarelor industriale.

CUPRINS

Prefata/9

1. Cuptoare industriale echipate cu instalatie de ardere gazului natural/13
1.1. Cuptoare de temperatura joasa/13
1.1.1. Cuptoare de tratamente termice la temperatura joasa utilizate in industria aluminiului/13
1.1.2. Cuptoare de tratamente termice la temperatura joasa utilizate in industria constructoare de masini/110
1.1.3. Cuptoare fara agitatoare si mufla pentru tratamente termice la temperatura joasa/151
1.2. Cuptoare de temperatura inalta/157
1.2.1. Cuptoare de forja/162
1.2.2. Cuptoare de laminare/170
1.2.3. Cuptoare pentru topit deseuri de aluminiu/171

2. Cuptoare industriale echipate cu rezistori electrici/183
2.1. Alegerea materialului pentru rezistori/185
2.1.1. Aliaje feritice (Fe Cr Al)/185
2.1.2. Aliaje austenitice (Ni Cr, Ni Cr Fe)/186
2.1.3. Carbura de siliciu (SiC)/188
2.1.4. Bisiliciura de molibden (MoSi2)/190
2.1.5. Grafit/192
2.1.6. Alte materiale/193
2.2. Alegerea tipului de suport pentru rezistori/196
2.2.1. Tuburi ceramice/198
2.2.2. Caramizi profilate/199
2.2.3. Bucse ceramice/201
2.2.4. Rezistori tubulari/203
2.3. Solutii constructive/205

3. Exemple de calcul/226
3.1. Exemplul nr. 1 – Cuptor de detensionare/226
3.1.1. Date de calcul/227
3.1.2. Calculul izolatiei termice/227
3.1.3. Calculul cantitatii orare de caldura acumulata in sarja si suportii ei/234
3.1.4. Calculul cantitatii de caldura acumulata in mufla, agitatoare, ancore/235
3.1.5. Calculul cantitatii de caldura acumulata in izolatia termica/236
3.1.6. Calculul cantitatii orare de caldura necesara cuptorului/239
3.1.7. Puterea minima a cuptorului/239
3.1.8. Calculul puterii cuptorului in cazul incalzirii electrice, cu rezistori/240
3.1.9. Calculul puterii cuptorului in cazul incalzirii cu gaz metan/240
3.1.10. Calculul agitatoarelor necesare/242
3.1.11. Calculul de dimensionare al structurii de rezistenta a vetrei/246
3.1.12. Calculul rotilor de rulare/247
3.1.13. Calculul de dimensionare al structurii de rezistenta a boltii/248
3.1.14. Calculul de dimensionare al stalpilor carcasei cuptorului/249
3.1.15. Calculul mecanismului de actionare al vetrei varianta usa pe vatra/251
3.1.16. Calculul instalatiei de racire controlata/256
3.2. Exemplul nr. 2 – Cuptor electric de recoacere/261
3.2.1. Date de calcul/261
3.2.2. Dimensiunile spatiului util de lucru/262
3.2.3. Dimensiunile spatiului interior al cuptorului/262
3.2.4. Calculul izolatiei termice/262
3.2.5. Calculul cantitatii de caldura acumulata in sarja/266
3.2.6. Calculul cantitatii de caldura acumulata in izolatia termica, mufla, ancore si agitatoare/266
3.2.7. Calculul puterii cuptorului/269
3.2.8. Calculul rezistorilor cuptorului/269
3.2.9. Calculul mecanismului de actionare al usii/276

Bibliografie/282