6.3.2. Выбор источника тепла

При определении типа нагревательного устройства прежде всего выбирают источник тепла. При этом может быть выбран либо пламенный нагрев, либо электронагрев.

В настоящее время в кузнечно-штамповочных цехах все более широкое распространение получает электронагрев, но пламенный нагрев более универсален и дешевле. Источник тепла задают исходя из технико-экономических соображений, относящихся ко всему заводу, а именно: удаленности сырьевой базы или электростанции; качества топлива; годовой потребности в топливе или электроэнергии.

При выборе пламенного нагрева, прежде всего, выбирают род топлива.

Кузнечные пламенные печи работают в основном на жидком и газообразном топливе.

Жидким топливом является мазут. Это высококалорийное и относительно дешевое топливо.

Печи на жидком топливе позволяют автоматизировать процесс горения и легко регулировать режим работы печи.

Санитарно-гигиенические условия хуже, чем у печей на газовом топливе, но все же 50% печей в мире работают на мазуте.

Недостатками являются следующие: много дыма и необходимость хорошей вытяжки; необходимость подогрева топлива (зимой), а парафинистых сортов – и в летнее время.

Кроме того, относительно большой угар металла (до 5% от нагреваемого металла за 1 нагрев) вследствие плохого смешения топлива с воздухом и необходимостью сжигания его со значительным избытком воздуха.

В настоящее время печи на жидком топливе довольно широко распространены, но постепенно вытесняются газовыми. В качестве газообразного топлива применяют природный и генераторный газы.

Природный газ – наилучший вид топлива для кузнечных печей, не дорогой и высококалорийный. Газ хорошо смешивается с воздухом, поэтому горение идет с минимальным избытком воздуха, и как следствие, окалинообразование невелико (угар не превышает 23%). Газовые печи дают мало дыма, режим работы легко регулируется и создает благоприятные санитарно-гигиенические условия.

Генераторный газ имеет меньшую теплотворную способность, поэтому он менее экономичен. Кроме того, он более дорогой из-за необходимости строить генераторную станцию.

Электроэнергию в качестве источника тепла используют в индукционных и контактных установках, а также в электропечах сопротивления.

Несмотря на более высокую стоимость электроэнергии и большие капиталловложения, чем при пламенном нагреве, электронагрев получил широкое распространение.

Это объясняется рядом его больших преимуществ:

- наилучшие санитарно-гигиенические условия труда;

- наименьшее окалинообразование и обезуглероживание,

- резкое сокращение времени нагрева;

- экономия металла за счет сокращения припусков на дальнейшую механообработку;

- экономия производственных площадей;

- относительная легкость автоматизации индукционных нагревателей.

Набольшее распространенные из указанных видов электронагрева имеет индукционный.

Выбор источника тепла производят на основе его технико-экономической оценки с учетом следующих факторов:

• расхода топлива или энергии на 1 тн нагреваемого металла;

• санитарно-гигиенических условий работы;

• стоимости топлива или энергии;

• возможности автоматизации и технологичности нагрева;

• занимаемой производственной площади.

Стоимостные показатели (в данном примере показатели бесспорно устарели!) отдельных видов топлива даны в табл. №4. Как видно из табл. 4, самым дорогим видом энергии является электроэнергия, а самым дешевым – энергия сжигания природного газа.

Таблица 4

Род топлива или вид энергии	Теплота сгорания топлива	Цена единицы топлива,	Стоимость 1000 ккал,
Электроэнергия (силовая) Природный газ Мазут	1 квт-час-860 ккал 8000 ккал/м3 950011000 ккал/кг	1,01,5 (квт-час) 0,350,4 (м3) 0,54 (кг)	1,11,7 0,0440,05 0,056

Количественные показатели.

Величина расхода топлива в пламенной печи определяется родом топлива и типом применяемой печи.

Тип печи обуславливает КПД процесса нагрева. Наибольший КПД процесса имеют методические печи − 3060%, а наименьший – кузнечные горны − 310%. Вследствие этого расход топлива в них имеет обратную картину, т.е. наименьший 0,050,1 кг условного топлива на кг металла у методических печей, и наибольший 0,30,9 кг условного топлива на кг металла у кузнечных горнов.

Данные по расходу для каждого типа печи можно найти в специальной литературе по металлургическим печам.

Расход данного типа топлива по величине условного топлива определяют исходя из соотношения их теплоты сгорания, т.е.

[кг топлива / кг металла]

Расход электроэнергии определяют в квтчас/кг металла по нормативным материалам; для индукционных нагревателей расход 0,40,8 квт-час/кг нагр. металла.

Таким образом, пользуясь количественными и стоимостными показателями можно оценить экономичность выбранного рода топлива, вида нагрева и выбрать оптимальный вариант.

Санитарно-гигиенические условия работы обеспечивает лучше всего индукционный нагрев.

Возможность механизации и автоматизации.

Автоматизация легче всего достигается при индукционном нагреве.

Однако современные карусельные, методические и полуметодические печи могут быть также полностью автоматизированы.

Технологичность нагрева.

Нагревательные установки должны обеспечивать минимальное обезуглероживание и окалинообразование.

Минимальное окалинообразование достигается в пламенных печах окислительного или малоокислительного нагрева, а наименьшее обезуглероживание – при индукционном нагреве.

Выбор типа печи в зависимости от нагреваемого металла.

Выбор типа печи часто диктуется условиями нагрева металла.

Например, высоколегированные стали требуют посадки в печь с относительно низкой температурой и постепенного повышения температуры в процессе нагрева.

Это наилучшим образом решается в методических печах с разделительными зонами температур. Если методическую печь устанавливать нерентабельно из-за малого количества высоколегированной стали, то применяют две печи: для предварительного и окончательного нагревов.

Размер нагреваемой заготовки.

При значительном весе нагреваемого металла, как правило, применяют пламенные печи с выдвижным подом, что облегчает загрузку-выгрузку печи.

Размеры нагреваемого металла также влияют на выбор типа печи. Например, у гидравлических ковочных прессов, наряду с печами с выкатным подом для нагрева слитков, устанавливают камерные «концевые» печи, в которой нагревают часть полной длины заготовки.

При работе «от прутка» удобно устанавливать «щелевые» печи для нагрева концов прутка.

При выборе типа печей устанавливается весь комплекс факторов, начиная от типа производства и требований механизации и автоматизации и заканчивая конкретными условиями нагрева металла, вытекающими из его физических свойств, размеров и формы заготовок.

Рекомендации по выбору типа кузнечных печей в зависимости от указанных факторов содержаться в литературе (С.Н. Хржановский // Проектирование кузнечных цехов. Машгиз, 1954).

Качественные и стоимостные показатели определяют экономичность выбранного топлива, вид нагрева и оптимальный вариант:

Санитарно-гигиенические условия – индукционный нагрев.

Механизация и автоматизация – индукционный нагрев, карусельные, методические печи.

Технологичность − минимальная окалина и обезуглероживание − пламенные печи безокислительного нагрева + индукционный нагрев.

Производственная площадь – min электронагрев.