www.mexanik.ru

ВВЕДЕНИЕ

Выплавка металла, его пластическая деформация и термическая обработка протекают при высоких температурах. Основными агрегатами для выплавки и последующей горячей обработки металла являются печи, т. е. агрегаты, в которых выделяемая теплота расходуется на плавление и нагрев металла с целью изменения его формы и свойств.

Печи находят широкое применение в горячих цехах машиностроительных заводов (кузнечно-штамповочных, термических и литейных), а также на заводах других отраслей промышленности, например при производстве цемента и кирпича.

Из общего количества топлива, потребляемого в СССР промышленностью, примерно 50% расходуется на отопление различных печей, что указывает на большое народнохозяйственное значение печной теплотехники.

Наука о печах или печная теплотехника прошла сложный путь развития. На ее формирование влияло развитие других отраслей промышленности. В свою очередь, успехи печной теплотехники ускоряли развитие существовавших отраслей промышленности.

В конце XVIII в. И. И. Ползунов изобрел паровую машину. Использование ее взамен водяных колес в качестве привода для воздуходувок резко увеличило производство чугуна. Увеличивающаяся потребность в железе и стали обусловила поиски новых способов их производства, которые привели к открытию бессемеровского и томасовского процессов, осуществленных в принципиально новых конструкциях печных агрегатов.

Возросшие требования к качеству металла и скопление большого количества скрапа привели в 80-х годах прошлого века к созданию мартеновских печей. Широкое распространение этих печей было обусловлено удачным использованием регенераторов стекловаренных печей в сталеварении. Применение регенераторов позволило получить в мартеновской печи температуры, необходимые для сталеварения.

Обобщая результаты опытов по улучшению производства стальных пушечных стволов, Д. К. Чернов создал основы новой науки — термообработки стали. С увеличением производства электроэнергии в СССР пламенные печи заменяются электрическими.

Печная теплотехника развивается на основе достижений химии, физики, математики, механики, электротехники, аэродинамики и других наук. Процессы горения топлива и взаимодействия печных газов с нагреваемым металлом относятся к физико-химическим процессам. Расчеты процессов теплопередачи и нагрева металла требуют глубокого знания физики и математики. Конструирование печных механизмов невозможно без использования теоретической механики и сопромата. Не зная электротехники, нельзя понять теоретические основы процессов электронагрева металла. Незнание персоналом, обслуживающим печи, законов аэродинамики может привести к ухудшению технико-экономических показателей работы печи и даже к аварийным ситуациям. Следовательно, печная теплотехника — это наука политехническая.

Основоположником науки печной теплотехники считают М. В. Ломоносова, сформулировавшего закон сохранения энергии. Частным случаем этого закона являются уравнения Бернулли и Фурье. Первое — одно из основных уравнений газодинамики, второе используют при описании процессов передачи теплоты теплопроводностью. Закон сохранения энергии используют и при составлении тепловых балансов печей. М. В. Ломоносов дал строгое научное обоснование причин движения газов в печах. Дальнейшее развитие теории движения газов связано с именами Д. Бернулли, Л. Эйлера, О. Рейнольдса, Л. Прандтля, С. Б. Лукашевича и др.

Развитию печной теплотехники способствовал известный русский металлург П. П. Аносов, построивший первую отжигательную печь с обращенным движением пламени.

Большой вклад в изучение свойств твердого топлива и развитие каменноугольной и нефтяной промышленности нашей страны внес Д. И. Менделеев.

Известному ученому В. Г. Шухову принадлежит приоритет в изобретении крекинга нефти и использовании мазута в качестве топлива в промышленности.

Открытие в 1802 г. В. В. Петровым электродуги и изобретение в 1882 г. И. Ф. Усагиным трансформатора стали основой электротермии. В 1913—1914 гг. на Путиловском заводе инж. А. Н. Королев построил первую в мире печь сопротивления для нагрева под закалку артиллерийских снарядов. В 1916 г. инж. С. С. Штейнберг и Н. Г. Грамолин впервые в мире построили трехфазную высокотемпературную печь с угольным сопротивлением.

Наиболее крупный вклад в развитие печной теплотехники сделал известный русский ученый В. Е. Грум-Гржимайло, который в 1905 — 1912 гг. разработал основные положения гидравлической теории печей, получившей всемирное признание. Перу В. Е. Грумм-Гржимайло принадлежат труды по металлургии стали, теории прокатки и технологии производства огнеупорных динасовых изделий. Он является автором проекта соединения уральской руды с кузнецким углем (Урало-Кузнецкий проект).

Гидравлическая теория печей была применима к печам с естественным движением газов. Стремление к увеличению производительности печей привело к необходимости создания движения газов в них за счет внешних источников энергии: вентиляторов, эжекторов, горелок и т. п.
В 1920 г. впервые в стране в Уральском политехническом институте была создана кафедра металлургии стали и печей, которая под руководством В. Е. Грум-Гржимайло, а с 1924 г. Н. Н. Доброхотова начала подготовку инженеров-теплотехников по проектированию, строительству и эксплуатации печей. В 1930 г. под руководством М. А. Глинкова была организована кафедра газопечной теплотехники.

В середине 30-х годов по инициативе В. Е. Грум-Гржимайло было создано специализированное проектное бюро по проектированию печей, преобразованное затем в институт Стальпроект. Несколько позднее были организованы еще два института по проектированию печей: Гипромез и Теплопроект.

В стране имеются специализированные институты по проектированию электротермического оборудования: Всесоюзный научно-исследовательский институт электротермического оборудования (ВНИИЭТО) и Всесоюзный научно-исследовательский институт токов высокой частоты (ВНИИТВЧ).

Исследованием тепловой работы печей и процессов, происходящих в них, занимаются Всесоюзный научно-исследовательский институт металлургической теплотехники (ВНИИМТ), соответствующие кафедры высших учебных заведений, специализированные печестроительные организации и заводские теплотехнические лаборатории. Печная теплотехника превратилась в самостоятельную науку.

Назад, на страницу описания