Краткий исторический обзор развития печей
Нагревательные и термические печи появились очень давно, одновременно с плавильными печами. Вначале это были горны и плавильные (сыродувные) печи (продукция – крица, поковка).
С развитием промышленности потребовалось более высокое качество и производительность нагрева. Это явилось толчком к созданию в XIX веке различных типов более совершенных нагревательных устройств. (Основание – развитие наук). Ранее все печи работали на дровах. Увеличение объема производства (капитализм) приводит к хищническому истреблению леса и удорожанию топлива. Это заставило усовершенствовать печи (экономичность), использовать новые виды топлива (жидкое), предусмотреть утилизацию тепла - подогрев топлива и воздуха.
Первые печи для выделки железа появились в глубокой древности.
Царская Россия отставала, чему способствовали дешевая рабочая сила, нещадная эксплуатация её и, как следствие, отсутствие заинтересованности в совершенствовании производства у капиталистов.
Этому способствовало раболепие перед всем иностранным. Россия не знала мощных домен, больших мартеновских печей, механизированных газогенераторов. Н.У. работали исключительно на твердом топливе.
С 1928г. началось бурное развитие металлургии, в т.ч. печей. До 1941г. созданы современные печи, в т.ч. печи-машины и печи-автоматы. Это обеспечило успешную работу в Великой Отечественной Войне. В послевоенный период произошел гигантский скачек развития промышленности, электрификация всего народно хозяйства, строительство мощных гидро- и тепловых электростанций, что позволило широко использовать электронагрев.
Работа любой пламенной печи состоит из следующих процессов:
– горение топлива (переход химической энергии в тепловую);
– движения газов (теплоносителя);
– теплопередачи, связанной с нагревом металла;
– потерей тепла в атмосферу.
В истоках наука о движении газов в печах М. В. Ломоносова. В 1742г. Им защищена диссертация «О вольном движении воздуха в рудниках принимаемом», в которой он установил основные законы поведения лёгкой жидкости (газов) в среде более тяжелой жидкости (газов). (Сообщающиеся сосуды − тяжелая и лёгкая жидкость. Вывод: столб тяжелого воздуха опускаясь выгонит более легкий. При этом он ввёл ложное понятие «тяги» (реально – разрежение).
Однако, после него наступил 150 летний период застоя в теории движения газов.
В 1905г. проф. Грум – Гржимайло В. Э., в работе «Элементарная теория металлургических печей», развил гидравлическую теорию, высказанную Ломоносовым.В 1925г. выходит в свет книга В. Э. Грум – Гржимайло «Пламенные печи», где уже подробно освещена гидравлическая теория.
В 1926г. он организовал при Ленинградском политехническом институте «Лабораторию газа и пламени», позднее «Институт газа и пламени», руководимый академиком Кирпичёвым Н. В.
В 1926г. в Москве было создано «Бюро металлургических и теплотехнических конструкций» по проектированию нагревательных устройств. Из него выросли институты «Стальпроект» и «Гипромез».
Грум – Гржимайло провозгласил «Искусство строить и управлять печами умерло, оно превратилось в науку». Она содержит 24 положения теории. В основе её свободное движение газов. Печь представляет собой сосуд, в котором движется газ (река наоборот), т.к. газ при температуре 13650С в 6 раз легче воздуха при температуре 200С.
Грум – Гржимайло дал формулировки законов гидростатического давления для полостей заполненных газом; (основа расчета печи и дымовой трубы). Вывел формулы для определения параметров рабочего пространства печи; обосновал правила деления потоков горячих и холодных газов по нескольким каналам; впервые применил гидравлические модели для расчёта нагревательных печей (применяет воду, крашенный керосин, оргстекло).
В 1930г. акад. Н. Н. Доброхотов подверг критике существующую теорию и разработал общую теорию печей. Т. к. мощность и производительность печей возросла, в них используется принудительное движение газов. Он выдвинул постулат о вынужденном движении газов, что справедливо и сейчас.
1911-1915гг. инж. Скаредов Н. Э. ввел понятие о печах, как о тепловой машине, работа которой зависит вот ее тепловой мощности.
1930-1938 гг. И. Д. Семикин постулировал тепловое питание печи, как решающий элемент обеспечения интенсивной работы.
Большой вклад в развитие советской и мировой наук в печах также внесли: Р. В. Будрин, Н. А. Глинков, Г. П. Иванцов, И. Г. Казанцев, Б. И. Китаев, Н. И. Кокарев, М. А. Кузьмин, И. С. Назаров, Н. Ю. Тайц, В. Н. Тимофеев и мн. др.
Ведущие институты СНГ: Стальпроект, Гипромес, Теплопроект, Гипросталь, Внииметмаш, ВНИИЭТО и др.