Notiuni generale despre cuptoare

NOTIUNI GENERALE DESPRE CUPTOARE

Generalitati

Prin agregat termic se intelege un ansamblu de corpuri format din instalatii, constructii, mecanisme, utilaje aparate, in care si cu ajutorul carora se desfasoara un proces termo-tehnologic. Procesele termo-tehnologice se realizeaza pe seama schimburilor de energie existenta in agregat sub forma de caldura, schimburi care au loc atat intre corpurile componente cat si intre acestea si mediul ambiant (inconjurator). Fiind vorba deci de un ansamblu bine delimitat de corpuri care exercita intre ele sau cu exteriorul interactiuni termice si mecanice, se poate afirma ca agregatul termic reprezinta un sistem termodinamic.

Existand interactiuni de natura mecanica (schimb de energie datorita presiunilor) si termica (schimb de caldura) cu mediu ambiant, agregatul termo-tehnologic este un sistem neizolat. in acelasi timp este si un sistem deschis, deoarece interactiunile mentionate sunt insotite de schimburi de substanta (incarcatura, produsele tehnologice, produsele arderii etc.).

Procesul termo-tehnologic ce se desfasoara in cuptor, se defineste ca un ansamblu de operatii pe baza carora, prin consum de caldura, materialele (numite incarcatura) introduse in cuptor suporta transformari calitative. Spatiul in interiorul caruia incarcatura sufera transformarile precizate mai sus se numeste spatiu de lucru care este alcatuit in general de trei elemente caracteristice principale : vatra, pereti si bolta. Figura 1 prezinta, in mod schematic elementele constructive principale ale unui cuptor.

Fig. 1 Schema generala a constructiei unui agregat termic cu rezistori

Constructiv, un agregat termic se compune din doua parti: cuptorul propriu-zis si elementele ajutatoare. Corpurile ajutatoare, reprezentate de aparate, mecanisme, instalatii si utilaje, au functii auxiliare de a imbunatati randamentul termic si a asigura desfasurarea in siguranta a procesului.

cuptorul este partea principala, definit ca fiind o constructie speciala de incalzire, constituita dintr-o camera cu pereti metalici captusiti cu material refractar in interiorul caruia are loc procesul termo-tehnologic (uscare, incalzire topire). Corpurile care compun un cuptor metalurgic vor fi prezentate succint si caracterizate in continuare (figura 2.).

Fundatia Executata din beton, fundatia constituie suportul mecanic intregii constructii, avand rolul principal de a uniformiza valorile presiunilor la contactul cu solul.

Zidaria (2, 3, 5). Aceasta constituie corpul care delimiteaza spatiul de lucru al cuptorului. Este compusa, la randul ei, din vatra 2, pereti 3 si bolta 5. in general, zidaria asigura, in primul rand, rezistenta la atacul diversilor agenti existenti in cuptor (topituri metalice, zguri, gaze de ardere etc.) prin stratul interior refractar si in al doilea rand, reducerea la minim a caldurii cedate mediului ambiant (pierderi de caldura), prin stratul exterior, termoizolant. Zidaria se realizeaza din materiale ceramice livrate sub forma de produse fasonate (caramizi) sau de materiale pulverulente (granulare).

Armatura metalica (6, 7). Realizata din materiale metalice, armatura metalica are functia de a consolida stabilitatea mecanica a constructiei cuptorului. Se compune din mai multe corpuri, cum ar fi: carcasa metalica, stalpii (6), tirantii (7).

Canalul de evacuare a gazelor intalnit mai cu seama la cuptoarele cu combustie sub denumirea de canal de fum, are rolul de a dirija in mediul inconjurator gazele rezultate in urma proceselor de ardere (gaze arse), sau proceselor tehnologice.

Destinatie : Industria constructoare de masini (marirea plasticitatii, turnarea, modificarea compozitiei chimice, tratament termic); industria metalurgica feroasa si neferoasa (elaborare fonta, otel, cupru, zinc, incalzirea inainte de laminare); industria sticlei, portelanului, faiantei, caramizilor refractare, a cimentului; protectia mediului (incineratoare si crematorii), etc.

Clasificarea cuptoarelor Cuptoarele se pot clasifica dupa mai multe criterii, astfel:

Dupa destinatia tehnologica:

• cuptoare pentru industria metalurgica (producere fonta, otel, neferoase, laminare);
• cuptoare pentru industria constructoare de masini (tratamente termice, forja);
• cuptoare pentru obtinerea cimentului si a varului;
• cuptoare pentru arderea materialelor ceramice si refractare;
• cuptoare pentru arderea deseurilor (crematorii si incineratoare);
• cuptoare in strat fluidizat;
• cuptoare cu destinatie speciala.

Dupa procesele care au loc in cuptor:

• cuptoare de topire (furnale, convertizoare, cuptoare electrice, cuptoare cu creuzete, cuptoare de topit sticla);
• cuptoare de incalzire (recoacere, calire, ardere);
• cuptoare de uscare (uscatoare).

Dupa regimul termic

• cu regim de temperatura si flux termic constant in timp (cuptoare cu bazin pentru topirea sticlei, cuptoare tunel, cuptoare cu propulsie cu functionare continua);
• cu regim de temperatura constant si cu flux termic variabil (cuptoare cu functionare continua si incarcare intermitenta);
• cu regim de temperatura variabil si cu flux termic constant (cuptoare circulare de tip Hoffman);
• cu regim de temperatura si flux termic variabil (cuptoarele cu functionare intermitenta).

Dupa sursa de caldura:

• cuptoare cu flacara:

cu combustibil solid (in strat pe gratar sau pulverizat);

cu combustibil lichid;

cu combustibil gazos;

cu amestec de combustibil (lichid si gaz sau solid si gaz).

• cuptoare la care energia termica provine prin arderea unor elemente din incarcatura;
• cuptoare electrice:

cu rezistori

cu arc electric

cu inductie

Dupa constructia camerei de lucru:

• cuptoare verticale;
• cuptoare cu camere;
• cuptoare cu vatra (fixa sau mobila);
• cuptoare cilindrice rotative orizontale sau usor inclinate (5-10°);
• cuptoare tunel;
• cuptoare cu creuzete;
• cuptoare cu bazin.

.Dupa de modul de exploatare se deosebesc:

• cuptoare cu functionare discontinua sau ciclica;
• cuptoare cu functionare continua.

Dupa modul de transmisie a caldurii:

• cuptoare in care caldura se transmite materialului supus prelucrarii datorita arderii combustibilului solid care se amesteca cu materialul;
• cuptoare la care caldura se transmite materialului de la gazele de ardere (cuptoare cu flacara);
• cuptoare in care caldura se transmite materialului prin peretii camerelor sau ai vaselor in care se afla;
• cuptoare in care caldura se degaja in materialul supus prelucrarii, datorita reactiilor exoterme;
• cuptoare electrice in care caldura se transmite materialului prin radiatie de la un arc electric sau de la o rezistenta, prin conductie de la rezistenta, prin convectie si radiatie de la gazele incalzite la rezistenta, prin radiatie si conductie de la peretii incalziti de rezistenta si prin trecerea curentului electric direct prin material.

Executand anumite functii tehnologice cuptoarele sunt agregate energetice complexe, care consuma cantitati mari de combustibil de calitate superioara. Consumul de combustibil al cuptoarelor industriale ocupa unul din primele locuri in bilantul general de combustibil al unei tari, utilizarea judicioasa a acestuia fiind o problema de actualitate, cu atat mai mult cu cat pretul combustibilului la scara mondiala creste.