Единое окно доступа к образовательным ресурсам

Сборник эффективных изобретений (новые способы, устройства применительно к литейному производству, теплотехнике): Учебное пособие

Голосов: 1

Изложены описания новых способов получения материалов и изделий, приведены разработки по эффективному сжиганию топлива в тепловых агрегатах, новый способ рафинирования алюминиевых сплавов, контрольные вопросы по математическому моделированию. Учебное пособие подготовлено на кафедре "Сварочное, литейное производство и материаловедение" Пензенского государственного университета. Оно может быть использовано в учебном процессе при подготовке инженеров по специальности "Машины и технология литейного производства", а также аспирантами, инженерно-техническими работниками при выполнении научно-исследовательских работ. В пособии использованы оригинальные разработки автора, являющиеся его интеллектуальной собственностью.

Приведенный ниже текст получен путем автоматического извлечения из оригинального PDF-документа и предназначен для предварительного просмотра.
Изображения (картинки, формулы, графики) отсутствуют.
    и даже к прекращению горения, когда скопления частиц сажистого углеро-
да полностью перекрывают выходные для газа каналы. Образующиеся при
температуре нагрева углеводородов выше 550ºС молекулы водорода не
способствуют активизации процессов горения, так как при горении они
должны разлагаться и образовывать атомарный водород, на что дополни-
тельно расходуется теплота, в связи с чем снижается температура в факеле.
При Т в пределах 325-550ºС и G 3-28% образуются преимущественно ато-
марный водород и молекулярный или в виде скоплений молекул углерод,
которые при перемешивании с неразложенными горячими углеводородами
топлива образовывают реакционно-активную топливную смесь. Ввод этой
смеси в воздушный поток при отношении скорости горючей газовой смеси
к скорости воздуха W 1,2-3 достигается эффективное, на коротком пути
перемешивание горючего газа с воздухом-окислителем, что приводит к ко-
роткофакельному горению газовоздушной смеси. При W < 1,2 струи газа
не глубоко проникают в воздушный поток, эффективность не достигается,
а при W > 3 наблюдается неравномерное перемешивание газа с воздухом,
факел удлиняется. Рационально выдерживать W в пределах 1,2-3.
      При применении предложенного способа в горелку можно подавать
холодный воздух или горячий. При подаче холодного воздуха-окислителя
нагрев газа производят продуктами сгорания дополнительной горелки-
запальника, размещенной вблизи от газораспределительных труб основной
горелки. Подача в горелку горячего воздуха с температурой 600-700ºС
позволяет обогревать стенки газораспределительных труб за счет частич-
ного отбора тепла от воздуха, обтекающего газораспределительные трубы.
Газораспределительные трубы можно обогревать, размещая вблизи от их
стенок электронагреватели.




                                   91


      Сочетание новых признаков с известными позволяет достигать вы-
соких температур в печи, плавить и перегревать тугоплавкие материалы
(неметаллические материалы при получении из расплава каменного литья,
шлаковаты).
      Пример.
      В вагранке, имеющей водоохлаждаемые трубы в шахте и газовую
горелку над подиной ниже водоохлаждаемых труб, сжигали углеводороды
в воздушном потоке. Углеводороды – природный газ, содержащий более
95% метана, до входа в воздушный поток, нагревали в газораспредели-
тельных трубах горелки от 300 до 570ºС. Воздух-окислитель подавали в
горелку или холодный (при 20ºС) или горячий с температурой до 670ºС.
При подаче холодного воздуха в горелку газораспределительные трубы
обогревали продуктами сгорания отъемной малой горелки-запальника, а
при вводе в горелку горячего воздуха выдерживали такую температуру
воздуха, чтобы достигалась требуемая температура газа в газораспредели-
тельных трубах. Температуры газа и воздуха замерялись термопарами,
вмонтированными в элементы газораспределения и подачи воздуха горе-
лочной системы. Исходя из расходов газа и воздуха, площади выходных
сечений газовыпускных каналов и выходного сечения горелки определя-
лись скорости воздушных потоков и газовых струй, внедряющихся в воз-
душные потоки. Эти скорости пересчитывались на нормальные условия.
Расход углеводородов – природного газа был 100 м3/ч при нормальных
условиях. Расход воздуха (Q) был максимальным 1000 м3/ч в расчете на
нормальные условия, причем он изменялся с 1000 м3/ч при температуре
воздуха-окислителя Т 3 = 20ºС до 805 м3/ч при Т 3 = 670ºС в соответствии с
зависимостью Q = 1006 – 0,3 · Т 3 , что позволяло уменьшить потери тепла
в связи с диссоциацией продуктов сгорания при их высоких температурах




                                    92


и достигать максимально возможных температур Т 1 и Т 2 при принятых
условиях экспериментов. Количество разложившихся углеродов на водо-
род и углерод определялось по температуре газа в газораспределительной
трубе, исходя из зависимости, что метан начинает разлагаться при 300ºС и
полностью разлагается на водород и углерод при температуре 1200ºС.
      После розжига горелки в течение 1 часа производили прогрев шах-
ты вагранки продуктами сгорания, после чего, регулируя расходы воздуха
и газа, выводили вагранку на рабочий режим.
      На водоохлаждаемые трубы загружали шихту и начинали плавку
загруженного материала. Плавили куски шамотных огнеупоров и куски ва-
граночного шлака, температура плавления которых была 1650-1730ºС. Для
снижения огнеупорности этих материалов и повышения жидкотекучести
расплава в шихту добавляли 1-5% известняка от массы загружаемой ших-
ты. Материалами шихты (бой шамотного кирпича и куски шлака) были от-
ходы, образующиеся при работе и ремонтах производственных вагранок.
Плавящаяся шихта изолировала расплавом водоолаждаемые трубы вагран-
ки и по образующейся неметаллической корке, расплав стекал на подину
вагранки, где создавался неглубокий бассейн в связи с приподнятой над
подиной переходной (выпускной) леткой. Глубина бассейна была 30-50
мм. Расплав в бассейне омывался выходящими из горелки горячими газа-
ми, перегревался и выходил из вагранки в заливочное устройство. Полу-
ченным неметаллическим материалом заливали плиты, предназначенные
для дачных дорожек. Эти плиты имели высокие показатели твердости,
прочности, износостойкости. При работе горелки и вагранки производился
замер термопарами температур в факеле (Т 1 ) и над бассейном с жидким
расплавом (Т 2 ). В табл. приведены результаты испытаний.
                                                                Таблица




                                   93


 Варианты испытания
 предложенного спо-     Т, ºС     G, %       W        T 1 , ºС   T 2 , ºС
         соба
При горячем газе и                           1,2       1700      1680
холодном воздухе         325        3         2        1720      1710
                                              3        1710      1700
                                             1,2       1750      1730
                         450       15         2        1760      1750
                                              3        1740      1720
                                             1,2       1770      1750
                         550       28         2        1780      1760
                                              3        1760      1750
При горячем газе и                           1,2       1730      1720
горячем воздухе          325        3         2        1750      1730
                                              3        1740      1730
                                             1,2       1780      1770
                         450       15         2        1800      1780
                                              3        1770      1760
                                             1,2       1790      1750
                         550       28         2        1860      1850
                                              3        1800      1780


      Исследования показали, что при 325 ≤ Т ≤ 550ºС, когда 3 ≤ G ≤ 28%,
достигаются высокие температуры в факеле Т 1 = 1700-1860ºС и в вагранке
над бассейном с жидким расплавом Т 2 = 1680 - 1850º С в пределах изме-
нения 1,2 ≤ W ≤ 3. Следовательно, изменение факторов Т, G, W в указанных
пределах позволяет достигать оптимальных результатов по температурам



                                   94


Т 1 и Т 2 . Это связано с тем, что уменьшается длина горящего факела и по-
вышается тепловое напряжение в его объеме. Достигается положительный
эффект как при горячем газе и холодном воздухе, так и при горячем газе
и горячем воздухе. При Т < 325ºС, в частности при Т = 300ºС не проис-
ходит разложение углеводородов природного газа и Т 1 , Т 2 были ниже
1600º С. При Т > 550 ºС (при Т = 570 ºС) образовывались скопления сажи-
стых (углеродных) частиц, которые перекрывали газовыпускные каналы, в
связи с чем процесс горения нарушался. При W < 1,2 (W = 1,1) газ не-
глубоко проникал в воздушный поток, не происходило на коротком пути
перемешивание газа с воздухом, в связи с чем факел резко удлинялся, тем-
пература в нем снижалась, а при W > 3 (W = 3,2) струи газа проскакивали
через воздушный поток, происходило неравномерное распределение газа в
воздухе, в связи с чем также удлинялся факел и снижалась температура в
нем.
       Следовательно, предлагаемый способ обеспечивает технический
эффект и может быть осуществлен с помощью известных в технике
средств.
       Предлагаемый способ может быть использован при плавке чугуна и
высокоуглеродистой стали (полупродукта) в газовой вагранке, а также мо-
жет быть применен в высокотемпературных нагревательных подовых пе-
чах металлургической и стекольной промышленности.




                                    95


96


97


98


99


                              Формула изобретения


       Способ плавки материала в вагранке, включающий сжигание топлива,
нагрев и плавку материала поступающими в шахту продуктами сгорания, от-
личающийся тем, что продукты сгорания топлива подают к нагреваемому ма-
териалу попеременно, то увеличивая, то уменьшая расход в пределах 2-60
процентов от средней величины расхода с частотой изменения этого расхода
3-120 колебаний в минуту, причем, чем меньше величина изменения расхода
продуктов сгорания, тем больше частота колебаний расхода этих продуктов
во времени.




                                 100



    
Яндекс цитирования Яндекс.Метрика