Koło Naukowe Piecowników działające przy Katedrze Pieców Przemysłowych i Ochrony Środowiska

1. Międzywydziałowe Seminarium Kół Naukowych Częstochowa 16.XII.2010 BADANIA WPŁYWU PARAMETRÓW PRACY PIECA NA SZYBKOŚĆ PROCESU NAGRZEWANIA Barbara Halusiak Koło Naukowe Piecowników działające przy Katedrze Pieców Przemysłowych i Ochrony Środowiska Opiekunowie Koła Naukowego Dr hab. inż. Marian Kieloch, Prof. PCz. Dr inż. Jarosław Boryca

2. Wstęp  Ważnymi parametrami pracy pieca grzewczego jest temperatura procesu oraz szybkość jej wzrostu. Wielkość , ta ma istotne znacznie na wyniki pracy pieca takie jak: zużycie ciepła, stratę stali na zgorzelinę, a także emisję CO2. Proces nagrzewania wsadu przeprowadzono w przedziale temperatury od 0 do 1250C oraz do temperatury 1250C po uprzednim wygrzaniu w 625C. Dokonana została także analiza szybkości podgrzewania wsadu przy różnej mocy pieca KS 520/14. W badaniach uwzględniono także zmianę oporu cieplnego sklepienia pieca w wyniku jego modernizacji.

3. Opis stanowiska badawczego Badania wpływu parametrów pracy pieca na szybkość procesu nagrzewania zostały przeprowadzone na piecu grzewczym elektryczno- gazowym. Schemat stanowiska badawczego zamieszczono na rys.1. Wymurowanie pieca jest dwuwarstwowe. Jedną z nich stanowią kształtki z cegły szamotowej, natomiast druga warstwa będąca wynikiem modernizacji pieca- to lekki izolacyjny materiał ogniotrwały. Praca pieca po modernizacji była sterowana za pomocą regulatora typu TROL9090. Wcześniej stosowany był regulator typu TGL.

4. Rys. 1. Schemat pieca elektryczno-gazowego 1-piec, 2-podstawka ogniotrwała, 3-komora spalania, 4-palnik, 5-regulator temperatury, 6-puszka kompensacyjna, 7-rejestrator temperatury, 8-wskaźnik temperatury EMT-302, 9-gazomierz, 10-rotametry, 11-termopara regulacyjna PtRh-Pt, 12-sonda do poboru spalin, 13-programowany regulator temperatury, 14-próbka kontrolna z termoparą NiCr-Ni, 15-próbki badane.

5. Modernizacja pieca Modernizacja laboratoryjnego pieca KS 520/14 pozwoliła na zmianę oporu cieplnego sklepienia. Uzyskano to, w wyniku zastąpienia jednej z warstw stanowiącej kształtki z cegły szamotowej lekkim izolacyjnym materiałem ogniotrwałym. Taki układ zapewnia optymalne warunki pracy pieca oraz dobre warunki izolacji. Dokonano także wymiany regulatora sterującego pracą pieca z typu TGL na TROL9090.

6. Odciąg spalin Rotametr powietrzny Rotametr gazowy Komora grzewcza Regulator temperatury Rys.2. Schemat stanowiska badawczego

7. Analiza wyników pomiarowych Biorąc pod uwagę proces nagrzewania wsadu w przedziale od 0 do 1250C oraz podgrzewanie wsadu do 1250C po wcześniejszym wygrzaniu w 625C, można stwierdzić, że czas potrzebny do podgrzania wsadu do założonej temperatury znacznie się skraca po wcześniejszym wygrzaniu w 625C- zależność tą obrazują rys.3-4. Różnica czasu potrzebnego do podgrzania wsadu zależy także od mocy grzewczej pieca. Dokonując zwiększenia mocy grzewczej pieca, maleje całkowity czas procesu podgrzewania wsadu, zarówno dla wsadu podgrzewanego do 1250C, jak i dla wsadu nagrzewanego to tej samej temp. po uprzednim wygrzaniu w 625C.

8. Rys. 3. Zależność temperatury wsadu od czasu podgrzewania.

9. Rys. 4. Zależność temperatury wsadu od czasu podgrzewania w piecu wygrzanym do 625C

10. Analizując szybkość podgrzewania wsadu do temp. 1250C oraz do temp. 1250C (po wcześniejszym wygrzaniu w 625C), stwierdza się większą szybkość podgrzewania dla warunków po uprzednim wygrzaniu w 625C i jej wzrost wynosi około 53%. Natomiast wzrost szybkości podgrzewania wsadu do temp. 1250C jest znacznie mniejszy. Zauważa się również znaczny wzrost szybkości podgrzewania przy dużej mocy grzewczej pieca (rys.5). Rys. 5. Wpływa warunków nagrzewania wsadu na średnią szybkość podgrzewania

11. Wyniki badań procesu nagrzewania wsadu do temperatury 1250C, w piecu uprzednio wygrzanym do temperatury 625  C, wskazują, że czas, w którym próbka osiągała temperaturę 1250  C w piecu zmodernizowanym był krótszy od 0,5 do 4,4 godziny. Stanowi to od 22 do 54 %. Szybkość podgrzewania wsadu (rys. 6), w zależności od mocy grzewczej pieca była od 24 do 120 % wyższa w piecu zmodernizowanym. przed modernizacją po modernizacji Rys. 6. Średnie szybkości podgrzewania wsadu.

12. Podsumowanie Na podstawie wyników przeprowadzonych badań można sformułować następujące wnioski: • Większa szybkość podgrzewania występuje dla warunków po uprzednim wygrzaniu w 625C i wzrost wynosi około 53%. • Znaczny wzrost szybkości podgrzewania przy dużej mocy grzewczej pieca. 3. Modernizacja pieca zwiększyła szybkość podgrzewania wsadu od 24 do 120% w zależności od warunków procesu

13. Literatura 1. Senkara T.: Obliczenia cieplne pieców grzewczych w hutnictwie, Śląsk, Katowice 1981. 2. Kieloch M.: Energooszczędne i małozgorzelinowe nagrzewanie wsadu stalowego. Prace Naukowe Wydziału Inżynierii Procesowej, Materiałowej i Fizyki Stosowanej, Seria Metalurgia nr 29, Częstochowa 2002. 3. Kieloch M.: Racjonalizacja nagrzewania wsadu, Wyd. WIPMiFS PCz, Częstochowa 2010. 4. Ciszewski W.: Wpływ warunków termicznych i wyłożenia ogniotrwałego na pracę komorowego pieca grzewczego. Praca magisterska. Politechnika Częstochowska, Częstochowa 2002. 5. Halusiak B.: Analiza wpływu wartości stosunku nadmiaru powietrza spalania na warunku wymiany ciepła w procesie nagrzewania wsadu w komorowym piecu grzewczym. Praca magisterska, Politechnika Częstochowska, Częstochowa 2010.

14. Dziękuję za uwagę