Для повышения производительности нагревательных печей необходимо использовать специальные среды с высоким коэффициентом теплоотдачи. Это может быть достигнуто нагревом изделий в расплавах солей и легкоплавких металлах. Однако старение соляных ванн, понижающее коэффициент теплоотдачи, химическое воздействие на поверхность изделия, вызывающее окисление, обезлегирование, разъедание, большой расход расплавленных сред в связи с направлением, необходимость последующей очистки поверхностей изделия, взрывоопасность, сравнительно высокая стоимость сред ограничивают возможности их применения.
Перспективным, как показали исследования [1-11], является применение псевдоожиженного слоя сыпучих материалов для интенсификации традиционных методов нагрева.
Кипящий слой представляет собой гетерогенную систему, которая создается прохождением восходящего потока газа или жидкости через мелкий (0,05…2,0 мм) зернистый материал. По мере увеличения расхода газа вначале газ фильтруется через неподвижный слой. Затем, при достижении определенной скорости, сопротивление слоя зерен течению газа становится равным весу насыпанного материала, и слой переходит в новое псевдоожиженное состояние. Это состояние не совсем точно названо «кипящем слоем»: пузырьки газа, проходя через слой, захватывают с поверхности частицы зернистого материала, тем самым образуют всплески, напоминающие кипящую жидкость. При этом он обретает свойства, характерные для жидкости: малую вязкость, текучесть, сохранение горизонтального уровня, переток в сообщающихся сосудах, подъемную силу и др.
В этом состоянии система приобретает и новые теплофизические свойства. Насыпной зернистый материал – хороший теплоизолятор, а в псевдоожиженном состоянии теплопроводность может превышать теплопроводность металлов. Характерная особенность кипящего слоя – это изменение гидродинамического состояния и тепловых свойств, что позволяет регулировать в нем процессы охлаждения и нагрева [12-15].
Исследование нагревающей способности кипящего слоя графитовых и коксовых частиц размером 0,2…0,4 и 0,8…1,2 мм проводили на опытно-промышленной печи.
Нагревающую способность слоя исследовали на цилиндрическом образце из стали Х18Н9Т (рис. 2.13). Температуру в центре и на поверхности образца измеряли платино-родиевой термопарой. На боковой поверхности образца горячий спай термопары закернивали. Температуру записывали на ПЭВМ с микропроцессорным регулятором температуры «МЕТАКОН» при скорости движения диаграммы 3600 мм/ч.Исследованиями выявлено, что интенсивность нагрева образца в псевдоожиженном слое углеграфитовых материалов и кварцевого песка соизмерима с нагревом в расплавах солей [16-20].