автореферат диссертации по металлургии, 05.16.02, диссертация на тему:Исследование и разработка способов интенсификации лучистого теплообмена в металлургических печах за счет повышения степени черноты поверхностей теплообмена

На правах рукописи

Чернов Владимир Викторович

Исследование и разработка способов интенсификации лучистого теплообмена в металлургических печах за счет повышения степени черноты поверхностей теплообмена.

Специальность № 05.16.02 - «Металлургия черных, цветных и редких металлов»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва, 2004 г.

Диссертационная работа выполнена в Московском государственном вечернем металлургическом институте

Научный руководитель:

кандидат технических наук, доцент Селезнев Н.П. Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Глинков Г.М. кандидат технических наук, Селезнев Г.П.

Ведущее предприятие: ОАО Московский металлургический завод «Серп и Молот»

Защита состоится «29» июня 2004 г. в 1400 на заседании диссертационного совета Д.212.127.01 при Московском государственном вечернем металлургическом институте по адресу: 111250, Москва, Лефортовский вал, д.26, тел.(095) 3611480, факс (095) 3611619, Е - mail: mgvmi-mail@mtu-net.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного вечернего металлургического института.

Автореферат разослан мая 2004 г.

Справки по телефону: (095) 3611480

Ученый секретарь диссертационного совета /

кандидат технических наук, доцент

Т.И.Баппсирова

Общая характеристика работы.

Актуальность работы. Рациональное использование топливно — энергетических ресурсов - одна из важнейших проблем, стоящих перед промышленностью нашей страны в настоящее время и в ближайшем будущем. Учитывая важность этой проблемы, необходимо постоянно искать способы повышения к.п.д. тепловых агрегатов, что приведет к повышению производительности или снижению потребления органического топлива промышленными тепловыми агрегатами, крупнейшими из которых являются металлургические нагревательные и термические печи. С более эффективным использованием топлива тесно связана задача снижения валовых выбросов вредных веществ, входящих в состав продуктов сгорания.

Цель работы. Разработка и практическая реализация метода интенсификации теплообмена излучением в промышленных теплообменниках (металлических радиационных рекуператорах, трубчатых печах, котельных агрегатах) за счет нанесения покрытий с высокой степенью черноты на поверхности теплообмена.

Научная новизна работы:

- впервые аналитически, за счет разделения теплового потока от кладки собственным излучением на составляющие по длинам волн полос поглощения и окон прозрачности продуктов горения, удалось количественно оценить влияние степени черноты кладки на величину теплового потока к металлу;

- теоретически обоснован и экспериментально проверен на лабораторной установке и огневом стенде метод интенсификации радиационного теплообмена путем нанесения на тепловоспринимающие поверхности покрытий с высокой степенью черноты в ближней ИК — области спектра;

- в результате подробного анализа существующих методов нанесения покрытий разработаны составы покрытий с высокой степенью черноты для использования на нескольких типах

РОС. НАЦИОНАЛЬНАЯ £И КЛ ИОТЕКА

вышения излучательной способности конструкций тепловых агрегатов при высоких температурах;

- получены экспериментальные данные по радиационным, теплофи-зическим и эксплуатационным характеристикам разработанных покрытий.

Практическая значимость.

1. Получены зависимости, позволяющие количественно оценить влияние степени черноты кладки на тепловой поток к металлу и уточнить методики расчета теплообмена излучением в системе газ - кладка - металл с учетом селективности радиационных свойств продуктов горения топлива.

2. Предложено интенсифицировать теплообмен в промышленных теплообменных агрегатах путем нанесения покрытий с высокой степенью черноты на тепловоспринимающие элементы конструкций, изготовленные из металлов. Разработаны покрытия для конкретных сталей, из которых изготавливаются элементы конструкций промышленных теплообменников, изучены основные свойства покрытий.

3. Опробована работа покрытий в процессе исследований на экспериментальных стендах (физических моделях).

4. Проведены вычислительные эксперименты для определения эффективности применения покрытий с целью интенсификации радиационного теплообмена при определенных режимах работы металлических радиационных рекуператоров металлургических печей.

Непосредственное внедрение получили следующие результаты диссертационной работы:

1. Одно из разработанных покрытий было применено на рабочих поверхностях парогенератора СПГ - 28 Крымской солнечной электростанции (СЭС - 5) и обеспечило положительный технический эффект.

2. Программы расчетов параметров радиационных рекуператоров металлургических печей, разработанные в процессе выполнения диссерта-

ции, используются в учебном процессе Московского государственного вечернего металлургического института.

Достоверность и обоснованность результатов работы обеспечивается: использованием современных методов измерений и приборов; экспериментальной проверкой теоретических и расчетных выводов в условиях лабораторного и полупромышленного оборудования.

Личный вклад автора заключается в непосредственном формировании общих концепций настоящей работы, постановке, личном участии в проведении расчетно - теоретических и экспериментальных исследований, в разработке, создании и внедрении конструктивных и технологических мероприятий по улучшению тепловой работы теплообменников металлургических печей, позволяющей снизить потребление топлива или повысить производительность.

Автор защищает;

- методику расчета влияния степени черноты кладки на тепловой поток к металлу с учетом разделения теплового потока от кладки собственным излучением на составляющие по длинам волн полос поглощения и окон прозрачности продуктов горения;

- метод интенсификации лучистого теплообмена в тепловых агрегатах;

- результаты теоретических и экспериментальных исследований и разработанные на их основе рекомендации для промышленной реализации;

- составы покрытий для повышения излучательной способности некоторых сталей и сплавов, применяемых для изготовления теплообменников.

Апробация работы. Результаты работы были доложены и обсуждены на следующих конференциях и семинарах:

Республиканской конференции «Теория и практика тепловой работы металлургических печей» (г. Днепропетровск, 1988

г.);

Научно - технической конференции «Молодежь и научно -технический прогресс» (г. Липецк, 1990 г.);

Семинаре «Улучшение экологических показателей тепловых агрегатов в металлургии и машиностроении» (г. Пенза, 1991 г.);

Второй Российской национальной конференции по теплообмену (г. Москва, 1998 г.);

Международной научно - технической конференции «Проблемы энергосбережения. Теплообмен в электротермических и факельных печах и топках» (г. Тверь, 2001 г.). Публикации. Основное содержание выполненных исследований, научных, теоретических, экспериментальных и практических разработок опубликовано в 14 статьях и материалах научно - технических конференций и семинаров, описании к авторскому свидетельству. Результаты исследований освещены в 4 отчетах по НИР МГВМИ за 1989 - 2000 г.г.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 -х глав, выводов, библиографического списка и приложений. Работа содержит 136 страниц машинописного текста, 37 рисунков, 7 таблиц. Библиографический список состоит из 90 наименований.

Содержание работы.

1. Анализ влияния степени черноты поверхностей на лучистый теплообмен в тепловых агрегатах В большинстве тепловых агрегатов - плавильных, нагревательных и термических печах, котлах, топках и др., основной составляющей теплообмена является излучение. За исключением продуктов горения лучистая энергия в основном отдается и воспринимается поверхностями объектов.

В лучистом теплообмене поверхности, которые являются источниками тепла (радиационные трубы в печах с защитной атмосферой, электрические нагреватели и др.) или воспринимают тепло (металл, трубы с нагреваемым теплоносителем и др.), выполняют в теплообмене активную роль. Поверхность кладки, свода, перегородок, пережимов являются переизлучателями, преобразователями лучистой энергии, экранами, отражателями.

Они не являются ни источниками тепла, ни теплоприемниками, но также участвуют в теплообмене. Их роль в лучистом теплообмене можно определить как пассивную.

Интенсифицировать лучистый теплообмен можно за счет изменения значений радиационных характеристик поверхностей, таких как поглоща-тельная или отражательная способность.

Для излучающих поверхностей, активно участвующих в лучистом теплообмене, повышение степени черноты однозначно сказывается на увеличении результирующего теплового потока и может дать следующий эффект:

1. Интенсифицировать теплообмен за счет увеличения теплового потока от нагревателя прямо пропорционально увеличению степени черноты при постоянной температуре нагревателя и неизменной его поверхности.

2. Увеличить срок службы нагревателя или использовать менее жаростойкий и жаропрочный материал за счет снижения рабочей температуры нагревателя при неизменной его тепловой мощности и габаритах (излучающей поверхности - ¥).

3. Снизить расход дорогостоящего материала на изготовление нагревателя (уменьшение ¥) при постоянной тепловой мощности и неизменной рабочей температуре нагревателя.

Для тепловоспринимающей поверхности нагреваемого металла (труб с теплоносителем и т.п.) плотность результирующего теплового потока прямо пропорциональна степени черноты нагреваемой поверхности и повышение значения позволит увеличить результирующий тепловой поток на поверхности. Одним из способов изменения степени черноты поверхности является нанесение на эту поверхность покрытия с необходимым значением степени черноты.

Влияние степени черноты поверхностей - переизлучателей (кладки), выполняющих пассивную роль, на теплообмен излучением, согласно литературным данным, однозначно не определено.

Если в системе газ-кладка-металл использовать серое приближение (радиационные характеристики поверхностей теплообмена не зависят от длины волны излучения) в описании радиационных свойств тел, участвующих в теплообмене, то интенсивность теплообмена не зависит от степени черноты адиабатной кладки. Излучение продуктов сгорания топлива является селективным и использование серого приближения вносит ошибки в расчеты радиационного теплообмена.

Оценим, как меняется плотность теплового потока от кладки к металлу при наличии ослабляющего газового слоя с изменением степени черноты кладки. Источником тепла являются продукты горения, от которых тепловой поток падает как на металл (<?п/'), так и на кладку^,,/)..

Если считать кладку адиабатной, то падающий на нее от продуктов горения тепловой поток частично отражается (прямо пропорционально величине (1-^)), а частично, поглощаясь, излучается собственным излучением (прямо пропорционально степени черноты кладки - то есть

Отраженный кладкой тепловой поток приходится на длины волн полос поглощения (и излучения) продуктов горения. Поэтому этот тепловой поток будет ослабляться газовым слоем и до металла дойдет доля, пропорциональная (1- то есть тепловой поток за вычетом поглощенной части

Собственно излучаемый тепловой поток от кладки распределяется по всему диапазону длин волн, которые приходятся на длины волн полос поглощения и окон прозрачности. Часть этого теплового потока, которая приходится на окна прозрачности, дойдет до металла, не ослабляясь. Вторая часть, которая приходится на длины волн полос поглощения, будет ослабляться и до металла дойдет часть, пропорциональная

Примем долю собственного излучения от кладки, которая приходится на длины волн полос поглощения газа, как прямо пропорциональную степени черноты газа, а долю, приходящуюся на длины волн окон прозрачности как прямо пропорциональную то есть

Продукты горения топлива излучают и поглощают энергию в определенных областях спектра, то есть имеют селективный характер излучения. В состав продуктов горения газообразного органического топлива входят, как правило, СОг и Н2О. Для продуктов горения поток излучения в пределах излучающе - поглощающих диапазонов длин волн

Ып

(1.5)

лл.

Следовательно, интегральная степень черноты продуктов горения

равна

Графически интеграл представляет собой всю площадь под

кривой 1 (рис 1.), а сумма интегралов - площадь, приходящуюся

на длины волн полос поглощения. При этом суммарная площадь полос доходит до пунктирной кривой 2, характеризующей газ как серое излучение. Поэтому интегральная степень черноты продуктов горения в данном случае является предельной, когда произведение парциального давления на длину пути луча стремится к бесконечности. В действительности это произведение имеет конечное значение, что отражается на графике (рис.1) заштрихованной частью 3, не доходящей до верхней кривой для серого газа. Следовательно, действительная степень черноты газов меньше ее предельного значения, а лучистый поток от кладки собственным излучением мо-

жет частично проходить в пределах полос поглощения, как через окна прозрачности, не ослабляясь. Реальная интегральная степень черноты газа учитывает это обстоятельство.

Рис. 1. Интегральная плотность потока излучения: 1 - абсолютно черного тела; 2 - серого тела; 3 - продуктов горения топлива с конечной толщиной слоя.

Поэтому логично разделить лучистый поток собственного излучения кладки на доли прямо пропорциональные сг и (1- ег).

До металла доля собственного излучения кладки, приходящаяся на окна прозрачности, дойдет без ослабления, то есть

Доля собственного излучения кладки, приходящаяся на полосы поглощения, ослабляется в (1- £г) раз и будет равна

Суммарный тепловой поток собственного излучения кладки, дошедший до поверхности металла после взаимодействия с продуктами горения составит:

А, мкм

чТоГ=Ясо6-(У-ег) = С-ек-(\-^) (1.7)

о.«)

После преобразования можно определить долю лучистого теплового потока продуктов горения, достигающую поверхности металла после взаимодействия с внутренней поверхностью адиабатной кладки без учета углового коэффициента с кладки на металл:

(1.10)

Расчеты по этой формуле показывают, что увеличение доли лучистого теплового потока от продуктов горения, достигающей поверхности металла после взаимодействия с футеровкой, при изменении составит: 7,3 % = 0,2); 8,9 % (ег = 0,25); 10,4 % ($. = 0,3); 11,9 % (ег =

м

0,35). Также, с увеличением ег уменьшаются значения

и количество

/9«

тепла, падающего с кладки на поверхность металла.

Общий тепловой поток к металлу с учетом теплового потока не только от кладки, но и от продуктов горения, а также геометрии системы будет равен:

где - угловой коэффициент кладка - металл;

угловой коэффициент газ - металл (принимаем

При равномерно распределенном режиме теплообмена

Отношение общего лучистого теплового потока, падающего на металл от кладки и продуктов горения топлива, к тепловому потоку от продуктов горения к кладке (назовем его относительным тепловым потоком к металлу), составит

Увеличение относительного теплового потока, падающего на поверхность нагреваемого металла, при изменении значений £•„ с 0,5 до 0,9 составит: 0,35).

Повышение степени черноты внутренней поверхности кладки позволяет увеличить тепловой поток, падающий на поверхность металла только от кладки, но это увеличение может составить, без учета лучистого потока тепла от газов на металл, 11,9 % (изменение Ек с 0,5 до 0,9 при <рк.„ = фг-м = 1 и £г = 0,35). Увеличение относительного теплового потока, падающего на металл при росте с 0,5 до 0,9 и 0,35, составит только 2,39 %.

При косвенном направленном радиационном режиме роль кладки в

теплообмене возрастает, так как следствие этого увеличивается

и влияние повышения степени черноты кладки на относительный тепловой поток к металлу. Например, при ~ = ^ (по формуле 1.13) значение отно-

сительного теплового потока к металлу

с изменением с 0,5 до 0,9

возрастет на 4 % (ег = 0,35, <рк.м = 0,3 и (рг.м = 1) вместо 2,39 % при равномерно распределеннОхМ режиме.

Следовательно, для интенсификации теплообмена излучением в высокотемпературных теплообменных агрегатах, в том числе и в металлургических печах, можно применять покрытия поверхностей теплообмена. При этом нужно учитывать, что использование покрытий для повышения степени черноты поверхностей - переизлучателей (кладки) дает незначительное увеличение теплового потока, падающего на поверхность нагре-

ваемого тела (металла, труб с теплоносителем и т.п.).

Повышение степени черноты тепловоспринимающих поверхностей теплообменников, изготовленных из металлов, позволяет увеличить результирующий тепловой поток на поверхности прямо пропорционально увеличению степени черноты и, следовательно, количество тепла, передаваемое через металлическую поверхность теплоносителю (нагреваемой среде).

2. Разработка покрытий для интенсификации теплообмена излучением

Излучательная способность зависит не только от правильного выбора наносимого материала, но и от способа его переработки в покрытие. Уже сам по себе выбранный для покрытия материал предъявляет определенные требования к технологии его нанесения; кроме того, необходимо учитывать физические свойства подложки, а также размеры и конфигурацию покрываемого объекта. При решении всех этих сложных задач необходимо рассматривать покрытие и покрываемый материал как единую композицию, т. е. учитывать специфику взаимодействия в системе покрытие - основа.

При оценке метода нанесения покрытия определяются: температурный предел использования покрытия, адгезия, и технологичность. Для нанесения покрытий на поверхности металлических конструкций, работающих при высоких температурах (табл. 1), наиболее пригодны следующие способы: эмалирование, газопламенное и плазменное напыление. Газопламенный и плазменный способы нанесения покрытий требуют для своей реализации сложного оборудования. Хорошие результаты по адгезии к поверхности металлов показывают кремнийорганические эмали, но их применение ограничивается рабочей температурой, которая не превышает 700 °С. В связи с этим, при разработке терморадиационных покрытий на стальные поверхности использовались неорганические и

кремнийорганические эмали.

Измерения отражательной способности покрытий проводились на экспериментальной установке (рис.2). В качестве приемника излучения использовался спектрометр ИКС-21 с оптической приставкой ИПО-12.

Таблица 1.

Способы нанесения на металлы высокотемпературных соединений

Способы нанесения на металлы высокотемпературных соединений

Элек- Эма- Ваку- На самотвердеющих Пламенное

трофо- лиро- умное связках напыление

рез вание напы-

ление

Орга- Неорганиче- Газо- Плазмен-

ниче- ские пла- ное

ские мен-

Жид- Фос- ное

кие фаты

стек-

ла

Температу-

ра примене- 1200 1300 1600 600 700 1400 1400 1600

ния, °С

Адгезия к Неудов Хоро- Удов Хоро- Удов- Удов- Хоро- Хорошая

подложке летво- шая летво шая летво летво- шая

ритель- ри- ри- ритель-

ная тель- тель- ная

ная ная

Недостатки Насы- Трудо- Хруп- - Хруп- Отсут- По- Измене-

щение ем- кость кость, ствие рис- ние со-

под- кость плен- порис влаго- тость става без-

ложки • эмали- ки тость стой- плен- кисло-

Н2и рова- покр плен- кости ки родного

охруп- ния ытия ки пленки по- соедине-

чина- туго- покр покры- кры- ния

ние плав- ытия тия тия

метал- ких

ла метал-

лов

Излучение от излучателя из карбида кремния 4, предварительно модулированное механическим прерывателем 5 с частотой 9 Гц, фокусируется на поверхность образца 3 под углом 5 - 85°. Отраженное излучение под этим же углом проектируется на входное отверстие спектрометра ИКС-21. В качестве диспергирующего элемента используется призма 10. Сканиро-

вание спектра осуществляется поворотом зеркала 11. Приемником излучения служит полупроводниковый висмутовый болометр 13, сигнал от которого после усиления в усилителе ЭПС - 241 записывается на автоматическом потенциометре КСП - 4 и одновременно регистрируется цифровым вольтметром Ф - 30.

Образцы нагревались стационарным радиационным методом с помощью отражательной оптической печи. Источником излучения служила дуговая ксеноновая лампа мощностью 10 кВт (ДКСШР - 10000), которая помещалась в первом фокусе эллиптического зеркального отражателя.

Рис.2. Схема измерительно-регистрирующей установки: 1- стол поворотный; 2- зажим; 3 - образец; 4 - излучатель карбидкремниевый; 5 -прерыватель механический; 6,8,9,12 - зеркало параболическое; 7,11-зеркало плоское; 10 - призма фокусирующая, 13 - болометр.

Отражательная способность определялась относительным методом для различных (фиксированных) длин волн

где и f""" - интенсивности отраженного излучения от образца и эталона; та* - отражательная способность эталона. В качестве эталона использовались материалы, обладающие отражательной способностью, близкой к диффузной, для ближней ПК- области — это MgO, а для средней ИК-области —NaCl.

Спектральная степень черноты рассчитывалась с учетом закона Кирхгофа, то есть:

При разработке покрытий с высокой степенью черноты на поверхность сталей за основу выбирались подходящие по эксплуатационным характеристикам и методам нанесения готовые покрытия или связующие, в которые добавлялись компоненты с высокой степенью черноты. В соответствии с этой методикой, разрабатывались покрытия двух типов: на основе кремнийорганической эмали КО-818 и неорганической высокотемпературной (тугоплавкой) эмали ЭВТ-24.

По результатам исследований радиационных характеристик на экспериментальной установке, в качестве компонентов покрытий были выбраны имеющие высокие значения степени черноты в видимой и ближней области ИК-спектра. Подложкой для покрытий служили образцы из углеродистых сталей и сталей марок 12Х18Н10Т, 12Х18Н9.

Порядок нанесения покрытия на основе кремнийорганической эмали на образцы включал в себя очистку и обезжиривание поверхности, нанесение покрытия и выдержку 2 часа при

Нанесение покрытия на основе высокотемпературной тугоплавкой эмали ЭВТ-24 на стальные образцы проводилось по шликерно-обжиговой технологии. В данной работе процесс приготовления шликера был упро-

щен - применена сухая смесь для изготовления высокотемпературной эмали ЭВТ-24 на образцах из вышеупомянутых сталей. В порошок эмали добавляли различные компоненты с целью изменения радиационных и адгезионных свойств. Сухое покрытие разводили водой и полученную гидросуспензию применяли для нанесения покрытия на предварительно подготовленную (зачистка и обезжиривание) поверхность стальных образцов. После сушки образцы с покрытиями обжигали в электрической печи. Температура и время обжига: Г=1173Киг=20-30 мин.

На экспериментальной установке измерены значения спектральной степени черноты покрытий в диапазоне длин волн = 0,75 - 9,0 мкм при комнатной температуре. По результатам измерений выбраны составы покрытий, имеющие наибольшие значения £ц в ближней ИК-области спектра. Это связано с тем, что при рабочих температурах металлургических печей основная часть энергии излучения твердых тел попадает на диапазон длин волн приблизительно от 1,0 мкм до 5,0 мкм. Затем у выбранных покрытий измерялась степень черноты в процессе нагрева при отдельных (фиксированных) длинах волн. Цель этих исследований - убедиться, что при рабочих температурах Ец покрытий не снижается. Анализ температурных зависимостей покрытий всех видов при некоторых (фиксированных) длинах волн показал, что увеличение температуры не оказывает заметного влияния на значения степени черноты разработанных покрытий.

Основные критерии оценки качества покрытий - термостойкость и термическая усталость, выявляемые в условиях высоких температур. Испытания на термостойкость и термическую усталость проводились по специально разработанной методике создателей используемой в работе эмали ЭВТ. Для проведения исследований покрытий на термостойкость и термическую усталость использовались те же образцы, у которых измерялись радиационные характеристики: 1) 50 % ЭВТ-24+50 % В480; 2) 50 % ЭВТ-24+50 % Со203.

При испытаниях на термостойкость образцы покрытий на подложках из сталей 40X13, 20Х23Н18, 12Х18Н1ОТ и 12Х18Н9 нагревали в электрической печи сопротивления до рабочей температуры покрытия и охлаждали до 293 К на воздухе в течение 20 минут.

Испытания на термическую усталость включали нагрев образцов до рабочей температуры, выдержку при этой температуре 10 минут и последующее охлаждение на воздухе - 20 минут. Эти операции повторялись многократно.

В результате проведенных исследований выявлено, что перепад температур, не вызывающий разрушения поверхности покрытий на подложке из всех вышеназванных сталей, составляет 1250 К (~ 980 °С). При определении термической усталости все образцы выдержали 20 циклов нагрева до рабочей температуры с охлаждением на воздухе. Дефектов на поверхности всех образцов при визуальном осмотре не обнаружено.

Измерения коэффициента теплопроводности покрытий проводились на промышленном измерителе теплопроводности Измерения

проводились в диапазоне температур 25 - 400 °С с шагом По-

крытие на основе 8481 (50 % ЭВТ + 50 % В4Б0 имеет значения коэффициента теплопроводности от 0,8 Вт/(мК) до 1,35 Вт/(м-К) при температурах от 25 °С до 400 °С. Коэффициент теплопроводности покрытия на основе оксида кобальта (50 % ЭВТ + 50 % С02О3) изменяется в среднем от 0,14 Вт/(мК) до 0,30 Вт/(м-К) при нагреве 25 -400 °С. Более низкие значения коэффициента теплопроводности у покрытий на основе С02О3 объясняются образованием большого количества пор внутри образца покрытия. Это явление происходит из-за выделения кислорода при нагреве выше 800 °С и образованием СоО. Результаты исследований теплопроводности разработанных покрытий говорят о том, что использование их на поверхности металлов может увеличить их тепловое сопротивление. Этот факт необходимо учитывать в расчетах теплообмена.

На основании проведенных исследований разработаны покрытия с высокой степенью черноты в ближней области ИК-диапазона длин волн, которые можно использовать на стальных поверхностях теплообмена при рабочих температурах тепловых агрегатов с целью интенсификации теплообмена излучением. Составы покрытий: (в % по массе сухой смеси): 1) 70 % КО + 30 % В48! (для применения на поверхности углеродистых и легированных сталей при температурах не выше 600 °С), спектральная степень черноты (г^) на участке длин волн 0,75 - 9,0 мкм принимает значения от 0,94 - 0,78; 2) 50 % ЭВТ + 50 % В48! (для сплавов 40Х13 и ХН45Ю), ^изменяется от 0,9 до 0,7 в том же спектральном диапазоне; 3) 50 % ЭВТ + 50 % Со203 (для сплавов 20Х23Н18,12Х18Н10Т, 12Х18Н9), при изменении Я = 0,75 - 3,5 мкм - ех = 0,92 - 0,7 , при Я = 3,5 - 9,0 мкм ех = 0,7 - 0,89. Увеличение температуры от комнатной до /= 900 0С (для покрытия на основе кремнийорганической эмали - до не оказывает заметного влияния на значения степени черноты разработанных покрытий.

3. Исследование теплообмена при использовании покрытий на экспериментальных установках

Для исследования влияния покрытий с высокой степенью черноты на теплообмен в печах был разработан и смонтирован огневой стенд, представляющий собой модель радиационной камеры цилиндрической трубчатой печи.

Трубчатые печи предназначены для высокотемпературного нагрева нефти и нефтепродуктов в процессе их переработки. При необходимости в этих печах могут нагреваться углеводородные газы, вода, инертный газ и другие среды. Цилиндрическая печь состоит из камеры радиации с расположением труб змеевика вертикально по окружности, вдоль внутренней стены. Топливо сжигается в свободном вертикальном факеле, формируемом горелками, расположенными в нижней части печи. Схема лучистого теплообмена в радиационной камере трубчатой печи подобна теплообме-

ну в радиационных металлических рекуператорах и топках котельных агрегатов.

В качестве нагреваемой технологической жидкости использовалась вода. Размеры трубок для течения нагреваемой воды взяты с учетом равенства чисел Яв печи и стенда. Моделирование теплового режима радиационной камеры выполняли, исходя из равенства удельной тепловой нагрузки на печи и на модели. Схема огневого стенда приведена на рис. 3. Воздух на горелку ГНП-1 подается с помощью вентилятора. Расход газа и воздуха контролируется с помощью двух мембранных дифферециальных манометров типа ДМ в комплекте с диафрагмами. Температура внутренней стенки по высоте модели и температура отходящих газов на выходе из радиационной камеры измеряется с помощью термопар. Внутри огневого стенда по окружности стен установлен трубчатый змеевик из углеродистой стали, состоящий из трех секций одинакового размера, вода в которые поступает сверху через коллектор. Выходит вода из каждой секции змеевика отдельно, на выходе установлены вентиль и ротаметр для регулирования и измерения расхода воды. Температура воды на входе и выходе измеряется термометрами.

Эффективность применения покрытий на основе эмали КО в радиационной камере трубчатой печи определяли следующим образом. Две секции змеевика были демонтированы, зачищены наждачной бумагой, обезжирены, окрашены покрытиями с помощью кисти и установлены обратно. Третья секция змеевика оставлена неокрашенной. При стационарном тепловом режиме в каждой секции змеевика была измерена температура воды на входе и выходе, а также ее расход. Затем было подсчитано количество теплоты, получаемой водой в каждой секции змеевика.

Змеевики, окрашенные покрытием на основе кремнийорганической эмали (70 % КО + 30 % ВдБО, получили = 12,4 кВт, & = 12,3 кВт, неокрашенный - ()з =10,6 кВт. Следовательно, окрашенные секции змеевика

поглощают тепла, соответственно, на 17 и 16 % больше, чем неокрашенная секция.

Рис. 3. Схема огневого стенда.

В результате проведения экспериментов на огневом стенде трубчатой печи установлено, что применение покрытий с высокой степенью черноты интенсифицирует лучистый теплообмен в рабочем пространстве огневого стенда. По расчетам, за счет интенсификации теплообмена с помощью покрытий, на стенде можно уменьшить расход природного газа на 10 - 15 % или увеличить производительность печи.

Эффективность разработанного покрытия с высокой степенью черноты на основе кремнийорганической эмали проверялась на экспериментальной лабораторной установке. Стальная трубка устанавливалась в ци-

линдрическую нагреваемую камеру электрической печи, расположенную по оси рабочего пространства. Требуемая температура в рабочем пространстве печи поддерживалась с помощью автоматического регулятора температуры. По трубке, с помощью вентилятора, продувался воздух, температура которого измерялась термометрами на входе и на выходе. Расход воздуха в трубке регулировался заслонкой, установленной на воздушной линии после вентилятора, и измерялся ротаметрами.

Порядок проведения экспериментов на установке следующий. При заданной стационарной температуре рабочего пространства печи и расходе воздуха измерялись температуры на входе и выходе из трубки без покрытия. Затем в печь устанавливалась идентичная по размерам трубка с нанесенным на ее поверхность покрытием (70 % КО + 30 % ВдБ!) и проводились аналогичные измерения. Эксперименты проводились при двух установившихся температурах печи: 300 °С и 600 °С, так как покрытие на основе кремнийорганической эмали имеет рабочую температуру не выше 700 °С.

При нанесении на тепловоспринимающую поверхность трубки покрытия увеличивается температура подогрева воздуха, проходящего через трубку. При температуре печи 300 °С это увеличение составляет = 21,8 К (среднее для пяти различных расходов воздуха), а при 1печи= 600 °С - Л12 = 25,6 К. Следовательно, применение покрытия с высокой степенью черноты позволяет увеличить температуру подогрева воздуха в лабораторной установке минимум на 10 - 13 %. Если предположить, что воздух в рекуператоре подогревается до 400 °С, то применение покрытия позволит увеличить температуру его подогрева на 40 — 50 °С. 4. Определение эффективности использования покрытий с высокой степенью черноты на тепловоспринимающей поверхности промышленных теплообменников

Создание более эффективного теплообменного оборудования имеет своей целью уменьшение габаритов теплообменников, которые должны

обеспечивать передачу требуемого количества тепла, либо увеличение тепловой производительности существующих теплообменников. Существует много способов интенсификации теплообмена излучением в радиационных рекуператорах, но все они предполагают значительное усложнение их конструкции (установка дополнительных излучателей, организация двухходового движения продуктов горения и воздуха). Более простым способом интенсификации лучистого теплообмена в радиационных рекуператорах (как в щелевых так и трубчатых) является нанесение на тепловоспринимающие поверхности покрытий с высокой степенью черноты То же по-

крытие, при необходимости, можно нанести и на поверхность излучателей. Использование покрытия с высокой степенью черноты, кроме интенсификации теплообмена, увеличит срок службы стальных конструкций за счет уменьшения окисления их поверхности при непосредственном соприкосновении с продуктами сгорания.

Определение количественных показателей по эффективности использования покрытий с высокой степенью черноты на трубчатых радиационных рекуператорах проводилось расчетным путем применительно к подогревательной печи сортопрокатного цеха металлургического завода «Серп и Молот». Температура продуктов сгорания на выходе из печи = 900 °С. При увеличении степени черноты труб рекуператора от 0,5 до 0,9 коэффициент теплоотдачи излучением от продуктов горения топлива повышается на 57 %, коэффициент теплопередачи рекуператора возрастает на 30 %. За счет интенсификации теплообмена в рекуператоре можно уменьшить поверхность теплообмена. Сравнение тепловых балансов подогревательной печи при увеличении температуры нагрева воздуха в рекуператоре на 50 К (с 400 °С до 450 °С) показывает, что происходит снижение расхода топлива (природного газа) на 9 % (117 м3/ч). Если время работы печи составит 5000 часов в год, то экономия природного газа будет равна 585 тыс. м3/год.

Определение эффективности применения покрытия на струйных рекуператорах выполнялось по типовой методике расчета струйных рекуператоров Уральского политехнического университета. Расчеты выполнялись для рекуператора секционной печи: температура продуктов горения на выходе из рабочего пространства — 1450 °С; температура подогрева воздуха в рекуператоре, при степени черноты тепловоспринимающей стенки е = 0,6 равнялась 538 °С; сечение канала для движения продуктов горения топлива 0,4 х 0,8 м. Увеличение степени черноты тепловоспринимающей поверхности стенки до £ = 0,8, при неизменности остальных параметров работы рекуператора, приводит к улучшению теплообмена в рекуператоре: коэффициент теплоотдачи излучением от продуктов сгорания к стенке рекуператора увеличивается на 24,5 %; тепловой поток от продуктов сгорания к нагреваемому воздуху увеличивается на 10,8%; температура подогрева воздуха в рекуператоре увеличивается на 46 К или на 8,6 %

В процессе выполнения хоздоговорной научно — исследовательской работы, с целью интенсификации лучистого теплообмена, на поверхность солнечного парогенератора СПГ-28 солнечной электростанции (СЭС-5) было нанесено покрытие на основе кремнийорганической эмали, разработанное при выполнении данной диссертационной работы. Применение покрытия позволило увеличить степень черноты тепловоспринимающей поверхности парогенератора и получить экономический эффект, который по предварительным расчетам представителей СЭС - 5, составляет 11,5 тысяч рублей в год (по ценам 1988 г.)

Выводы по результатам работы:

1. Впервые аналитически, за счет разделения теплового потока от кладки собственным излучением на составляющие по длинам волн полос поглощения и окон прозрачности продуктов горения, удалось количественно оценить влияние степени черноты кладки на тепловой поток к металлу. При теплообмене между продуктами горения топлива (с учетом селективности их радиационных свойств) и поверхностью нагреваемого тела

с участием кладки, ограничивающей рабочее пространство теплового агрегата, повышение степени черноты внутренней поверхности кладки с 0,5 до 0,9 увеличивает долю лучистого теплового потока только от кладки, достигающую поверхности металла, с 7,3 % до 11,9 % (при угловых коэффициентах: кладка - нагреваемый материал (рк-м = 1 и продукты горения -нагреваемый материал = 1). Увеличение относительного теплового потока к металлу при равномерно распределенном режиме теплообмена с учетом теплового потока и от газов в зави-

симости от роста ^ (£•„ = 0,5 - 0,9), составит, соответственно, от 1,7 % до 2,39 %, т.е. гораздо меньше.

2. Предложен и теоретически обоснован метод интенсификации теплообмена излучением за счет нанесения покрытий с высокой степенью черноты на теплопоглощающие поверхности промышленных теплообменников (радиационные металлические рекуператоры, трубчатые печи, парогенераторы котельных агрегатов). При этом нужно учитывать, что использование покрытий для повышения степени черноты поверхностей - переизлучателей (кладки) дает незначительное увеличение теплового потока, падающего на поверхность нагреваемого тела (металла, труб с теплоносителем и т.п.).

3. На основе известных кремнийорганических (КО - 818) и неорганической (ЭВТ - 24) высокотемпературной защитной эмали разработаны новые покрытия металлов, отличающиеся высокой степенью черноты в ближней инфракрасной области спектра излучения. Эти покрытия предназначены специально для повышения степени черноты металлических поверхностей теплообмена. Составы покрытий следующие (в % по массе сухой смеси): 1) 70 % КО + 30 % В4Б1 (для применения на поверхности углеродистых и легированных сталей при температурах не выше 600 °С), спектральная степень черноты на участке длин волн 0,75 - 9,0 мкм принимает значения от 0,94 - 0,78; 2) 50 % ЭВТ + 50 % (для сплавов

и ХН45Ю), ех изменяется от 0,9 до 0,7 в том же спектральном диапазоне;

3) 50 % ЭВТ + 50 % С02О3 (для сплавов 20Х23Н18,12Х18Н10Т, 12Х18Н9), при изменении Л = 0,75 - 3,5 мкм - £х — 0,92 — 0,7, при Я = 3,5 — 9,0 мкм

= 0,7 - 0,89. Увеличение температуры от комнатной до / = 900 0С (для покрытия на основе кремнийорганической эмали - до t= 700 °С) не оказывает заметного влияния на значения степени черноты разработанных покрытий. Разработана технология нанесения перечисленных покрытий на поверхность металлоконструкций.

4. Для определения эффективности применения разработанных покрытий были проведены исследования на экспериментальной лабораторной установке, моделирующей теплообмен излучением в трубчатом радиационном рекуператоре, и на огневом стенде, представляющем собой модель трубчатой печи. На моделях испытывались покрытия на основе кремнийорганической эмали с добавлением 30 % I^Si. Результаты исследований показали, что применение покрытия с высокой степенью черноты позволяет увеличить температуру подогрева воздуха в лабораторной установке на 10 — 13 %. На огневом стенде за счет нанесения покрытий поглощение тепла теплоносителем увеличилось на 16,5 %.

5. Определение целесообразности применения покрытий на теп-ловоспринимающей поверхности рекуператоров было проведено при помощи вычислительных экспериментов с применением типовых методик расчета рекуператоров. Получены следующие результаты: 1) при увеличении степени черноты тепловоспринимающей стенки струйного рекуператора с 0,6 до 0,8 коэффициент теплоотдачи излучением от продуктов сгорания к стенке рекуператора увеличивается на 24,5 %, температура подогрева воздуха в рекуператоре увеличивается на 46 К; 2) аналогичное изменение е при расчетах трубчатого радиационного рекуператора ведет к повышению температуры нагреваемого воздуха на 31 К. Сравнение тепловых балансов подогревательной печи сортопрокатного цеха завода «Серп и Молот» при увеличении температуры нагрева воздуха в рекуператоре на

50 К (с 400 °С до 450 °С) показывает, что происходит снижение расхода природного газа на 9 % (117 м3/ч).

Основные положения диссертации изложены -в следующих публикациях:

1. Ионочкин И.И., Лебедева И.М., Чернов В.В. Разработка покрытий элементов рабочего пространства нагревательных печей, обеспечивающих направленное изменение радиационных свойств // Теория и практика тепловой работы металлургических печей: Тез. докл. -Днепропетровск: ДМетИ. 1988. С. 147.

2. А.с. № 1467347. (СССР). Трубчатая вертикальная печь / Смирнов В.Г., Зеньковский А.Г., Чернов В.В. и др. // Опубл. в БИ 1989. №11.

3. Чернов В.В., Смирнов В.Г., Плужников А.И., Зеньковский А.Г. Интенсификация теплообмена в трубчатых печах // Газовая промышленность. 1990. № 10. С. 24-27.

4. Шепель Б.А., Фомин К.А., Чернов В.В. Степень черноты материалов для производства ожелезненной извести // Молодежь и научно - технический прогресс: Тез. докл. -Липецк. 1990. С. 23-25.

5. Чернов В.В., Ионочкин И.И., Запечников В.Н., Зеньковский А.Г. Исследование спектральных радиационных характеристик огнеупорных материалов - компонентов терморадиационных покрытий // Огнеупоры. 1991. № 7. С. 28 - 30.

6. Зеньковский А.Г., Ионочкин И.И., Чернов В.В. Разработка терморадиационных покрытий с улучшенными экологическими характеристиками // Изв. Вузов. Черная металлургия. 1997. № 2. С. 73 - 75.

7. Чернов В.В., Зеньковский А.Г. Разработка терморадиационных керамических покрытий и исследование их свойств // Огнеупоры и техническая керамика. 1998. № 6. С. 20 - 21.

8. Беляков В.А:, Чернов В.В., Аксенов А.В., Зеньковский А.Г. Интенсификация теплообмена излучением и улучшение экологических показателей работы промышленных печей с помощью покрытий //

Труды 2-ой национальной конференции по теплообмену. В 8 томах. Т.6. Интенсификация теплообмена. Радиационный и сложный теплообмен. М.: Изд. МЭИ. 1998. С. 51-53.

9. Чернов В.В., Зеньковский А.Г. Разработка покрытий с высокой излу-чательной способностью и исследование их теплофизических параметров // Моделирование теплофизических процессов и вопросы энергосбережения в теплотехнологии: Межвуз. сб. научн. тр. / Ивановский госуд. энерг. ун-т. - Иваново. 2000. С. 60 - 65.

10.Чернов В.В., Аксенов А.В. Интенсификация теплообмена в рекуператорах с помощью нанесения керамических покрытий // Огнеупоры и техническая керамика. 2001. № 9. С. 29 - 31.

11.Зеньковский А.Г., Чернов В.В. Высокотемпературные покрытия элементов печей для интенсификации теплообмена // Сталь. 2001. № 11. С. 92-94.

12. Аксенов А.В., Чернов В.В. Экономия топлива в нагревательных печах при использовании покрытий элементов рекуператоров // Проблемы энергосбережения. Теплообмен в электротермических и факельных печах и топках: Материалы международной научно - техн. конференции. Книга 1. Энергосбережение в электротехнических и факельных установках. - Тверь: Тверской госуд. технич. ун - т. 2001. С. 41-43.

13. Чернов В.В. Использование высокотемпературных покрытий сталей для интенсификации теплообмена в печах // Состояние, проблемы и перспективы развития металлургии и обработки металлов давлением: Труды МГВМИ и Союза Кузнецов. Выпуск № 3 - М.: МГВМИ. Союз Кузнецов. 2003. С. 142 - 143.

14. Селезнев Н.П., Чернов В.В. О влиянии степени черноты поверхностей - переизлучателей на лучистый теплообмен // Состояние, проблемы и перспективы развития металлургии и обработки металлов

давлением: Труды МГВМИ и Союза Кузнецов. Выпуск № 4 - М.: МГВМИ. Союз Кузнецов. 2004. С. 172- 176.

Сдано в печать 05.05.2004 Формат 60 х 90/16 Объем 1,75 п.л. Тираж 100 экз. Зак. 9

Отпечатано в ООО «Эдэль-М» 105005 г.Москва, ул. Бауманская, 43/1

»1 4 2 58

Введение.

1. Анализ влияния степени черноты поверхностей на лучистый теплообмен в тепловых агрегатах.

1.1. Влияние степени черноты поверхности источников тепла на лучистый теплообмен.

1.2. Влияние степени черноты тепловоспринимающих поверхностей на лучистый теплообмен.

1.3. Влияние степени черноты поверхностей - переизлучателей на лучистый теплообмен.

1.4. Выводы, постановка цели и задач исследования.

2. Разработка покрытий для интенсификации теплообмена излучением.

2.1. Способы нанесения покрытий на металл.

2.2. Исследование поверхностных радиационных характеристик реальных непрозрачных материалов.

2.3. Анализ погрешностей эксперимента и точности полученных результатов.

2.4. Разработка составов высокотемпературных покрытий с высокой степенью черноты на стальные конструкции.

2.5. Исследование основных эксплуатационных характеристик покрытий.

2.6. Выводы.

3. Исследование теплообмена при использовании покрытий на экспериментальных установках.

3.1. Модель трубчатой печи.

3.2. Модель трубчатого радиационного рекуператора.

4. Определение эффективности использования покрытий с высокой степенью черноты на тепловоспринимающей поверхности промышленных теплообменников.

4.1. Влияние подогрева воздуха в рекуператорах на работу металлургических печей.

4.2. Оценка возможности использования покрытий для интенсификации теплообмена в рекуператорах.

4.3. Трубчатый металлический радиационный рекуператор.

4.4. Струйный металлический рекуператор.

4.4. Промышленное использование разработанного покрытия на поверхности парогенератора СПГ - 28 солнечной электростанции СЭС-5.

Развитие современной техники характеризуется всемерной интенсификацией процессов, протекающих в различных установках и аппаратах, что влечет за собой необходимость создания качественно новых конструкций с применением материалов, которые подчас должны сочетать в себе разнородные свойства и обладать высокими физико-техническими характеристиками. Это относится и к теплообменным установкам, наиболее распространенными среди которых являются металлургические печи.

Коэффициент полезного действия большинства металлургических печей составляет 0,2 - 0,6. Повысить значение к.п.д. печи можно путем интенсификации теплообмена излучением, который в большинстве металлургических печей является преобладающим, а в некоторых - единственно возможным.

Одним из способов управления лучистым теплообменом в промышленных тепловых агрегатах является направленное изменение радиационных характеристик участвующих в нем поверхностей за счет нанесения на них покрытий. Эти покрытия могут играть, как роль интенсификаторов теплообмена, так и катализаторов процессов восстановления в топливных печах оксидов азота, образующихся при сжигании топлива. В качестве подложки для нанесения покрытий могут использоваться различные огнеупорные материалы или стальные конструкции элементов рабочего пространства тепловых агрегатов.

Данная работа посвящена повышению степени черноты поверхностей, участвующих в лучистом теплообмене, путем нанесения покрытий. В процессе исследований выполнен анализ влияния степени черноты поверхностей на теплообмен, из которого следует, что повышение степени черноты излучателей и тепловоспринимающих поверхностей интенсифицирует теплообмен излучением прямо пропорционально увеличению их степени черноты. Аналитически, за счет разделения теплового потока от кладки собственным излучением на составляющие по длинам волн полос поглощения и окон прозрачности продуктов горения, удалось количественно оценить влияние степени черноты кладки на тепловой поток к металлу, который при повышении степени черноты кладки увеличивается незначительно. Например, повышение степени черноты внутренней поверхности кладки (X) с 0,5 до 0,9 увеличивает долю лучистого теплового потока только от кладки, достигающую поверхности металла, с 7,3 % до 11,9 % (степень черноты продуктов горения изменяется от 0,2 до 0,35 при угловых коэффициентах: кладка - нагреваемый материал <рк.м - 1 и продукты горения - нагреваемый материал (рг.м =1). Если принять во внимание еще и излучение газов на металл и более сложную геометрию системы, то доля излучения продуктов горения после взаимодействия с кладкой в общем тепловом потоке, падающем на металл, будет уменьшаться.

Разработаны составы покрытий с высокой излучательной способностью (степенью черноты) и технология их нанесения на поверхность сталей, исследованы их радиационные и рабочие характеристики и определена эффективность использования для интенсификации теплообмена излучением в тепловых агрегатах.

4.5. Выводы по работе.

1. Впервые аналитически, за счет разделения теплового потока от кладки собственным излучением на составляющие по длинам волн полос поглощения и окон прозрачности продуктов горения, удалось количественно оценить влияние степени черноты кладки на тепловой поток к металлу. При теплообмене между продуктами горения топлива (с учетом селективности их радиационных свойств) и поверхностью нагреваемого тела с участием кладки, ограничивающей рабочее пространство теплового агрегата, повышение степени черноты внутренней поверхности кладки (ек) с 0,5 до 0,9 увеличивает долю лучистого теплового потока только от кладки, достигающую поверхности металла, с 7,3 % до 11,9 % (при угловых коэффициентах: кладка - нагреваемый материал срк.м - 1 и продукты горения -нагреваемый материал <рг.м = 1). Увеличение относительного теплового потока к металлу при равномерно распределенном режиме теплообмена с учетом теплового потока и от газов (ег = 0,35, <рк.м = 0,3 и (рг.м = 1) в зависимости от роста ек (sK = 0,5 - 0,9), составит, соответственно, от 1,7 % до 2,39 %, т.е. гораздо меньше.

2. Предложена и теоретически обоснована интенсификация теплообмена излучением за счет нанесения покрытий с высокой степенью черноты на теплопоглощающие поверхности промышленных теплообменников (радиационные металлические рекуператоры, трубчатые печи, парогенераторы котельных агрегатов). При этом нужно учитывать, что использование покрытий для повышения степени черноты поверхностей - переизлучателей (кладки) дает незначительное увеличение теплового потока, падающего на поверхность нагреваемого тела (металла, труб с теплоносителем и т.п.).

3. На основе известных кремнийорганических (КО - 818, 819) и неорганических (ЭВТ - 24) высокотемпературных защитных эмалей разработаны новые покрытия металлов, отличающиеся высокой степенью черноты в ближней инфракрасной области спектра излучения. Эти покрытия предназначены специально для повышения степени черноты металлических поверхностей теплообмена. Составы покрытий следующие (в % по массе сухой смеси): 1) 70 % КО + 30 % B4Si; 50% КО + 50 % SiC - для применения на поверхности углеродистых и легированных сталей при температурах до 700 °С; 2) 50 % ЭВТ + 50 % B4Si - для сплавов 40X13 и ХН45Ю (рабочая температура до 1050 °С); 3) 50 % ЭВТ + 50 % Со2Оз - для сплавов 20Х23Н18, 12Х18Н10Т, 12Х18Н9 (рабочая температура до 1050 °С). Разработана технология нанесения перечисленных покрытий на поверхность металлоконструкций.

4. Для определения эффективности применения разработанных покрытий были проведены исследования на экспериментальной лабораторной установке, моделирующей теплообмен излучением в трубчатом радиационном рекуператоре, и на огневом стенде, представляющем собой модель трубчатой печи. На моделях испытывались покрытия на основе кремнийорганической эмали с добавлением 30 % B4Si. Результаты исследований показали, что применение покрытия с высокой степенью черноты позволяет увеличить температуру подогрева воздуха в лабораторной установке на 10 - 13 %. На огневом стенде за счет нанесения покрытий поглощение тепла теплоносителем (водой) увеличилось на 16,5 %.

5. Определение целесообразности применения покрытий на теп-ловоспринимающей поверхности рекуператоров было проведено при помощи вычислительных экспериментов с применением типовых методик расчета рекуператоров. Получены следующие результаты: 1) при увеличении степени черноты тепловоспринимающей стенки струйного рекуператора с 0,6 до 0,8 коэффициент теплоотдачи излучением от продуктов сгорания к стенке рекуператора увеличивается на 24,5 %, температура подогрева воздуха в рекуператоре увеличивается на 46 К; 2) аналогичное изменение е при расчетах трубчатого радиационного рекуператора ведет к повышению температуры нагреваемого воздуха на 31 К. Сравнение тепловых балансов подогревательной печи сортопрокатного цеха завода «Серп и

Молот» при увеличении температуры нагрева воздуха в рекуператоре на 50 К (с 400 °С до 450 °С) показывает, что возможно снижение расхода природного газа на 9 % (117 м3/ч).

1. Блох А.Г., Журавлев Ю.А., Рыжков JI.H. Теплообмен излучением: Справочник. М.: Энергоатомиздат, 1991. - 432 с.

2. Абрамович Б.Г., Голдштейн B.JI. Интенсификация теплообмена излучением с помощью покрытий. М.: Энергия, 1997. - 250 с.

3. Alexander I.C. High reflectivity furnace coatings. // Metals and materials. January. 1988. P.25-27.

4. Кривандин B.A., Арутюнов B.A., Белоусов B.B. и др. Теплотехника металлургического производства. Т. 1. М., «МИСиС», 2002.

5. Пикашов B.C., Великодный В.А. Влияние радиационных характеристик поверхности на эффективное излучение в различных моделях теплообмена // Промышленная теплотехника. 1986. № 3. С.81 87.

6. Ключников А.Д., Иванцов Г.П. Теплопередача излучением в огне-технических установках. М.: Энергия, .1970. 400 с.

7. Бруснецова В. Н., Плетенев Д. В. Основы технологии износостойких и антифрикционных покрытий. М.: Машиностроение, 1968. - 272 с.

8. Самсонов Г. В., Эпик А. Н. Тугоплавкие покрытия. М.: Металлургия, 1973.-349 с.

9. Collins L. W. Plasms-deposited Aluminium Oxide Shields Tel-star in Orbit. — Machinery, 1963. V. 69. № 11. P. 80-83.

10. Пивоваров Г. Я. Технологические процессы электровакуумного производства. М.: Энергия, 1966. - 304 с.

11. Akroyd Р. Т. Iodine in Industry. — Machinery Lloyd, 1959. V. 31, № 20A. P. 49-51.

12. Yaffe M. L. Paint Gives Missiless Thermal Protection.— Aviation Week, 1959. V. 71, №23. P. 102-105.

13. Zerlaut G. The Development of S— 13G type thermal control Coatings based on Silicate Treated Zine Oxide. — AJAA paper, 1968, № 68-790. P.l-15.

14. Григорьев П. H., Матвеев М. А. Растворимое стекло. М.: Гос-стройиздат, 1956. - 443 с.

15. Blair P. М., Pezdirtz G. F. Ultraviolet Stability of Some White Thermal Control Coatings Characterized in Vacuum. — AJAA Paper, 1967, №67-345. P. 1-9.

16. Sibert M. Inorganic Coating System of Variable Black to-White Composition. — Indust. and Eng. Chem. Prod. Res. Developm., 1963. V. 2. № 3. P. 240-244.

17. High-temperature Inorganic Coatings. Ed. C. Huminik. Rein-hold Pub-liching Co., N. Y. 1963. 339 p.

18. Hayes R., Atkinson W. Thermal Emittance of Materials for Spacecraft // Ceramic bul. 1964. V. 43. № 9. P. 616-621.

19. Антошин E. В. Нанесение покрытий способам газопламенного напыления. М.: Машгиз, 1958. - 84 с.

20. Кречмар Э. Напыление металлов, керамики и пластмасс. М.: Машиностроение, 1966. - 432 с.

21. Freden S. С. Aluminium Oxide Coating // Phys. Rev. Letters. 1959. № 3.P. 9-15.

22. Жоров Г. А. Установка для определения степени черноты // Заводская лаборатория. 1963. Т. 29. № 4. С. 490-492.

23. Thosten М., Hibbs P., Buwalda G. Temperature Control Explorer and Pioneer. — In: Surface Effects of Spacecraft. N. Y., 1960, p. 55-58.

24. Fan С. Y. e. a. Space Research II, Kallman Bild, Bd. Amsterdam, North. Holland Publishing Co., 1965. P. 951-966.

25. Ortner M. Recent Developments in Electroforetic Coatings // Plating. 1964. V. 51. №9. P. 885 889.

26. Технология эмали и эмалирование металлов / Под ред. В. В. Варгина. М.: Стройиздат, 1965. - 399 с.

27. Петцольд А. Эмаль. М.: ГНТИ лит. по черной и цветной металлургии, 1958. - 512 с.

28. DeCorso S. М., Coit R. L. Measurement of Total Emissivities of Gas Turbine Combustor Materials // Trans. ASME. 1955. V. 77. № 8. P. 1189 -1197.

29. Аппен А.А. Температуроустойчивые неорганические покрытия. Л.: Химия, 1976. 295 с.

30. Economos G., Kingery W. D. Metal Ceramic Interactions: II, Metal-Oxide Interfacial Reactions of Elevated Temperatures.— «J. Amer. Ceramic Soc.», 1953, v. 36, № 12, p. 403-409.

31. Пауэлл К. Осаждение из газовой фазы. М.: Атомиздат. 1970.472 с.

32. Хрустал ев Б. А. Методы исследования радиационных свойств поверхностей твердых тел .- В сб.: Лучистый теплообмен. Калининград. 1974. С.5-51.

33. Зигель Р., Хауэлл Дж. Теплообмен излучением. М.: Мир. 1975. 934 с.

34. Хрусталев Б.А. Радиационные свойства твердых тел // ИФЖ. 1970. Т. 18. №4. С. 740-762.

35. Вознесенский А.А., Ферт А.Р. Исследование степени черноты материалов//ИФЖ. 1967. Т.12. С.610-614.

36. Сперроу Э.М., Сесс Р.Д. Теплообмен излучением. Л.: Энергия. 1971. 294 с. с ил.

37. Аверков Е.И. Экспериментальное исследование спектральных радиационных характеристик теплозащитных материалов. Новосибирск. 1978. 36 с. /Препринт ИТФ СО АН СССР №28-78/.

38. Слободкин JI.C., Сотников-Южик Ю.М. Методы определения терморадиационных свойств полимерных покрытий. Минск.: Наука и техника. 1977. 158 с. с ил.

39. Sanders C.L., Middlton W. The absolute spectral diffuse reflectance of magnesium oxide in the near infrared "JOSA", 1953, v. 43 №1, p.58.

40. Neher R., Edwards D.K., Fra infrared reflectometer for Imperfectly diffuse Spicement. Appe. Opt, v.4, 1965, p.775-780.

41. Wood B.C., Smith A.M., Rolix J.A., Seiber. Spectral Absolute Reflectance of C02 Frosts from 0,5 to 12 m. AIAA Journal, v.8, №7, 1971, p.1338-1344.

42. Деденко Л.Г., Керженцев В.В. Математическая обработка и оформление результатов эксперимента. М.: Изд-во МГУ. 1977. 111с.

43. Александров А.Н., Никитин В.А. О выборе нормалей и методах градуировки призменных инфракрасных спектрофотометров.// УФН. 1955. т.54. вып.1. с.3-53.

44. Решина И.И. Новый инфракрасный спектрофотометр НКС-21. // Оп-тико-мех. пром-сть. 1963. №5. с. 16-24.

45. Щербина Д.М., Кириченко А.П. Определение нормальной отражательной способности в широком интервале температур по индикатрисам отражения // В сб.: Исследования в области высоких температур. М.: Стандартиз. 111971. вып.110. с.71-97.

46. Излучательные свойства твердых материалов. Справочник. Под общ.ред. А.Е.Шейндлина. М.: Энергия. 1974. 472 с. с ил.

47. Чернов В.В., Ионочкин И.И., Запечников В.Н., Зеньковский А.Г. Исследование спектральных радиационных характеристик огнеупорных материалов компонентов терморадиационных покрытий // Огнеупоры. 1991. №7. С.28 - 30.

48. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя. В 3-х т. Т.1 5-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение. 1978. 728 с. с ил.

49. Лакокрасочные материалы: Технические требования и контроль качества. Справочное пособие / Сост. М.И.Карякина, Н.В.Майорова, Н.В.Луговкина-М.: Химия. 1983. 336 с. с ил.

50. Солнцев С.С., Туманов А.Т. Защитные покрытия металлов при нагреве. Справочное пособие. М.: Машиностроение. 1976. 240 с. с ил.

51. Солнцев С.С. Защитные технологические покрытия и тугоплавкие эмали. М.: Машиностроение. 1984. 256 с. с ил.

52. Кутателадзе С.С. Теплопередача и гидродинамическое сопротивление: Справочное пособие. ~М.: Энергоатомиздат. 1990. 367с. с ил.

53. Чернов В.В., Зеньковский А.Г. Разработка терморадиационных керамических покрытий и исследование их свойств // Огнеупоры и техническая керамика. 1998. № 6. С. 20-21.

54. Рейбман А.И. Защитные лакокрасочные покрытия. Л.: Химия. 1982. 320с.

55. Зеньковский А.Г., Ионочкин И.И., Чернов В.В. Разработка терморадиационных покрытий с улучшенными экологическими характеристиками // Изв. Вузов. Черная металлургия. 1997. № 2. С.73 75.

56. Платунов Е.С. Теплофизические измерения в монотонном режиме. -М.: Энергия, 1973.- 143 с.

57. Рабинович В.А., Хавин З.Я. Краткий химический справочник. М.: Химия, 1977.- 376 с.

58. Чернов В.В., Смирнов В.Г., Плужников А.И., Зеньковский А.Г. Интенсификация теплообмена в трубных печах // Газовая промышленность. 1990. №10. С.24-27.

59. Тебеньков Б.П. Рекуператоры для промышленных печей. М.: Металлургия. 1975. 296 с. с ил.

60. Калафати Д.Д., Попалов В.В. Оптимизация теплообменников по эффективности теплообмена.-М.: Энергоатомиздат. 1986. 151с.

61. Лукьянский А.В., Козлов А.И. Способ защиты рекуператора от пережога // Газовая промышленность. 1969. №6. С.17-18.

62. Лемех И.М., Гордин В.А. Высокотемпературный нагрев воздуха в черной металлургии. М.: Металлургия. 1963. 352с.

63. Малкин Ю.Е. Исследование радиационно-конвективного теплообмена в спиральном рекуператоре.: Дис.канд.техн.наук. М.: 1971. 160с.

64. Лукьянский А.В., Козлов А.И., Фильковский И.А. Рекуператоры из гладких и ребристых зубчатых труб // Технология автомобилестроения. 1972. №3. С.19-21.

65. Голубев Л.А. Интенсификация конвективного теплообмена в трубчатых водоподогревателях с помощью внутренних вставок.: Дис.канд.техн.наук. Каунас. 1975. 120с.

66. А.с. № 1467347. (СССР). Трубчатая вертикальная печь / Смирнов В.Г., Зеньковский А.Г., Чернов В.В. и др. // Опубл. в БИ 1989. №11.

67. А.с. № 868270. (СССР). Воздухоподогреватель /Бровкин Л.А., Коротан А.Н. // Опубл. в БИ. 1981. №36.

68. А.с. № 890026. (СССР). Рекуператор / Коротин А.Н., Калязин Ю.В., Бровкин Л.А. и др. // Опубл. в БИ. 1981. №46.

69. А.с. № 985596. (СССР). Рекуператор / коротин А.Н., Калязин Ю.В., Бровкин Л.А. и др. И Опубл. в БИ. 1982. №48.

70. А.с. №1160183. (СССР). Воздухоподогреватель / Бровкин Л.А., Коротин А.Н. // Опубл. в БИ. 1985. №21.

71. А.с. № 1268888. (СССР). Воздухоподогреватель / Бровкин Л.А. Коротин А.Н. И Опубл. в БИ. 1986. №41.

72. А.с. № 1267113. (СССР). Рекуператор / Коротин А.Н., Бровкин Л.А., Калязин Ю.В. // Опубл. в БИ. 1986. №40.

73. А.с. № 1323823. (СССР). Рекуператор / Коротин А.Н., Бровкин Л.А., Дмитриева Н.А. И Опубл. в БИ. 1987. №26.

74. А.с. №1288450. (СССР). Воздухоподогреватель / Бровкин Л.А., Коротин А.Н., Дмитриева Н.А. и др. // Опубл. в БИ. 1987. №5.

75. А.с. №1460541. (СССР). Воздухоподогреватель / Коротин А.Н., Бровкин Л.А., Никишов В.Ф. и др. // Опубл. в БИ. 1989. №7.

76. А.с. №1733851. (СССР). Рекуперативный теплообменник / Коротин А.Н., Бровкин JI.A., Дмитриева Н.А. и др. // Опубл. в БИ. 1992. №18.

77. Коротин А.Н., Дмитриева Н.А., Ерофеев А.В. Интенсификация теплообмена в радиационных рекуператорах. //Тез. докл. Всесоюз.конф. Ш Бенардосовские чтения. —Иваново. 1987. С.36-37.

78. Коротин А.Н., Никишов В.Ф., Дмитриева Н.А. Интенсификация теплообмена в радиационных рекуператорах. // Теория и практика тепловой работы металлургических печей. Тез. докл. Республ. конф. -Днепропетровск. 1988. С. 62.

79. Коротин А.Н., Никишов В.Ф., Дмитриева Н.А. Применение перфорированных ограждений для интенсификации лучистого теплообмена //Торкретирование и повышение стойкости металлургических агрегатов: Тез. докл. 2-ой Всесоюз. конф. Липецк. 1988. С. 91.

80. Жоров Г.А., Сергеев B.C. Радиационные свойства нержавеющей стали Х18Н9Т при нагревании на воздухе// ТВТ. Т.6, №2. 1968. С. 340 -342.

81. Материалы и элементы металлургических печей / Лисиенко В.Г., Гущин С.Н., Воронов Г.В. и др. Учебное пособие. Свердловск: Изд-во Уральского университета, 1989. 304 с.

82. Чернов В.В., Аксенов А.В. Интенсификация теплообмена в рекуператорах с помощью нанесения керамических покрытий // Огнеупоры и техническая керамика. 2001. № 9. С.29 31.

83. Зеньковский А.Г., Чернов В.В. Высокотемпературные покрытия элементов печей для интенсификации теплообмена // Сталь. 2001. № 11. С. 92-94.