Agregate Termice

1. ASPECTE GENERALE PRIVIND AGREGATELE

TERMICE METALURGICE

1.1. Introducere

Majoritatea proceselor metalurgice (elaborarea fontelor, a oţelurilor, a aliajelor neferoase, retopirea în diferite scopuri, încălzirea în vederea deformării plastice ulterioare prin laminare, forjare, matriţare, etc., încălzirea în vederea realizării tratamentelor termice şi termochimice, uscarea argilelor pentru turnătorie, sinterizarea, etc.), se desfăşoară la o temperatură mai mare decât temperatura mediului ambiant.

Pentru a realiza aceste procese este necesar un aport de căldură (energie termică) din exterior, sau conservarea unei cantităţi de căldură, în interiorul unui corp, procese care se realizează prin încălzire, respectiv izolare termică. După cum se ştie din principiul al doilea al termodinamicii, transferul de căldură se realizează în mod natural de la un sistem termodinamic cu o temperatură ridicată la unul având o temperatură mai scăzută.

Procesele metalurgice menţionate mai sus, se desfăşoară în aşa numitele agregate termice. Ca o definiţie succintă, agregatul termic metalurgic, reprezintă un ansamblu de corpuri în care se desfăşoară un proces termotehnologic metalurgic. De aceea agregatele termice metalurgice se mai numesc si agregate termotehnologice metalurgice (A.T.M) .

Aceste procese termotehnologice se desfăşoară pe seama schimbului energetic între elementele componente ale A.T.M şi între A.T.M şi mediul ambiant. În baza acestei observaţii putem spune că A.T.M reprezintă un sistem termodinamic. Deoarece între un A.T.M şi mediul ambiant au loc schimburi de energie mecanică (datorită diferenţelor de presiune care se stabilesc) şi schimburi de energie termică sub formă de căldură, A.T.M poate fi considerat, un sistem termodinamic neizolat. De asemenea între A.T.M şi mediul ambiant, au loc şi schimburi de masă, datorită diferitelor procese de evacuare a gazelor, de evacuare şi introducere a încărcăturii metalice, etc. În consecinţă, A.T.M poate fi considerat şi un sistem termodinamic deschis.

În majoritatea cazurilor, mediul ambiant pentru un A.T.M. îl reprezintă hala industrială în care funcţionează, cu atmosfera din interiorul acesteia, precum şi cu celelalte agregate şi instalaţii montate în interiorul halei.

Deoarece condiţiile în care se află mediul ambiant amintit mai sus nu se modifică semnificativ în timp, iar regimul de funcţionare al A.T.M este oarecum cvasiconstant, putem spune ca între A.T.M şi mediul ambiant se stabileşte un regim staţionar din punct de vedere termodinamic, regim care este caracterizat de mărimile de stare cunoscute din termotehică.

Fig. 1.1. Agregatul termotehnologic metalurgic

1- spaţiul de lucru al cuptorului; 2- zidăria cuptorului; 3- instalaţia de ardere;

4- structura metalică de susţinere a zidăriei; 5- canale de evacuare a gazelor

6- schimbător de căldură; 7- coşul de fum.

Pe lângă procesele pur metalurgice care au loc în cuptor (CM), în interiorul A.T.M. mai au loc şi unele procese auxiliare, cum ar fi:

- preîncălzirea aerului şi/sau a combustibilului, în schimbătorul de căldură (SC);

- obţinerea aburului tehnologic, etc.

Aceste procese au la bază tot fenomene de transfer de căldură.

Procesul metalurgic propriu-zis se desfăşoară în spaţiul de lucru al cuptorului (SL), spaţiu de lucru care are volumul Vsl. Acest spaţiu este format dintr-un volum ocupat de încărcătura metalică, notat Vm şi un spaţiu liber, notat Vl:

Vsl=Vm+Vl (1.1)

1.2. Clasificarea cuptoarelor metalurgice

Varietatea proceselor metalurgice şi diversitatea tehnologiilor specifice unui proces a generat de-a lungul timpului apariţia unor numeroase tipuri de cuptoare a căror clasificare este foarte greu de realizat. Totuşi luând în considerare anumiţi factori putem face următoarea clasificare:

a) În funcţie de natura procesului termotehnologic care are loc:

- cuptoare metalurgice de elaborare (topire);

- cuptoare metalurgice de încălzire:

o cuptoare de încălzire pentru deformări plastice;

o cuptoare de încălzire pentru tratamente termice şi termochimice;

o cuptoare de încălzire pentru sinterizarea produselor din pulberi;

o cuptoare metalurgice de uscare.

b) După modul de funcţionare tehnologică:

- cuptoare cu funcţionare discontinuă - se caracterizează prin faptul că operaţiunile de încărcare-descărcare sunt distincte în raport cu procesul metalurgic propriu-zis, astfel durata totală a unui ciclu de funcţionare este dată de relaţia:

c=înc+p.m+desc (1.2)

Aceste cuptoare cu funcţionare discontinuă se mai numesc şi cuptoare tip cameră. Temperatura în interiorul acestora este una variabilă în timp, sau uneori constantă în timp, dar întotdeauna constantă în diferitele puncte ale spaţiului de lucru.

- cuptoare cu funcţionare continuă - la aceste cuptoare procesele de încărcare şi descărcare se suprapun peste procesul tehnologic propriu-zis, astfel: