Соколов К.Н. Оборудование термических цехов

Подождите немного. Документ загружается.

ется осевыми и центробежными венти-

ляторами. Последние позволяют полу-

чать большие напоры и высокие

скорости движения газов. Осевые вен-

тиляторы допускают реверсирование

движения газа и нагретого

воздуха,

обеспечивая равномерный нагрев сад-

ки

по объему печи.

Иногда с целью выравнивания со-

става атмосферы вентиляторы приме-

няются и в печах с повышенными

температурами: цементационных и

нитроцементационных. Для создания

циркуляции газов в цементационных

печах разработаны специальные ин-

жекторы, в которых вводимый в печь

рабочий газ инжектирует печную ат-

мосферу, отсасывая ее через садку.

Для обеспечения надежной циркуля-

ции

инжекторы должны иметь высокий

коэффициент

ннжекции (не менее 20—

30). Инжекторная система по сравне-

нию с вентиляторами более надежна

(отсутствуют

вращающиеся части в зо-

не высоких температур). Она обеспе-

чивает активный массообмен, ускоряю-

щий

процесс цементации.

Муфельные печи, в которых

создаются специальные контролируе-

мые атмосферы, используются для

светлого отжига, светлой закалки, це-

ментации, азотирования, когда нагре-

ваемые детали приходится изолировать

от продуктов сгорания, а нагреватель-

ные элементы от атмосферы печи

(в

электрических печах). Изолировать

детали от атмосферы печи можно дву-

мя

способами: помещать детали в му-

фель или сжигать топливо и размещать

электрические нагревательные элемен-

ты в специальных муфелях и

трубах.

В первом

случае

печи называются му-

фельными, а во втором — «безмуфель-

ными» или с муфелированием пламени.

Нагревательные

ванны

целесооб-

разно классифицировать по характеру

нагрева, а именно: ванны с наружным

обогревом; ванны с внутренним обо-

гревом; электродные ванны и ванны

с «кипящим слоем». Ванны, как и пе-

чи,

могут

быть камерными периодиче-

ского действия и непрерывного дей-

ствия.

Нагревательные

установки

аппа-

раты для термической обработки по

характеру используемой энергии де-

лятся на установки: непосредственного

нагрева электрическим током; поверх-

ностного контактного электронагрева;

поверхностного нагрева токами высо-

кой

частоты; сквозного нагрева токами

низкой

частоты; нагрева в электроли-

тах; электронно-лучевого нагрева; на-

грева лучом лазера; поверхностного

нагрева газокислородным пламенем и

низкотемпературной плазмой.

1.2.

ИНДЕКСАЦИЯ

ПЕЧЕЙ

Термические печи и ванны обозначаются

индексами из ряда букв и

цифр.

Первая

буква индекса указывает вид на-

грева. Электрические печи обозначаются бук-

вой С (нагрев сопротивлением), топливные —

буквой Т (термическая пламенная).

Вторая буква индекса соответствует ос-

новному конструктивному признаку (способу

механизации). Приняты следующие обозначе-

ния

печей:

— с неподвижным подом и внешней ме-

ханизацией; . _ .-,,;.;.

Д —с выдвижным подом; . . - '• '

-.-•;•.

—

колпаковые;

—

ямные

со

съемным сводом;

—

элеваторные

(с

подъемным подом);

Ш—вертикальные, шахтные;

—

толкательные;

—

конвейерные;

".-у ;

— с

подвесным конвейером;

—

туннельные;

Р—с роликовым (рольганговым) подом;

— с

шагающими балками;

— с

пульсирующим подом;

—

карусельные

(с

вращающимся подом

или

сводом);

—

барабанные;

—

методические (кузнечные, прокатные);

—

печи-ванны.

Третья буква индекса

отвечает

характеру

среды

рабочем пространстве. Приняты такие

обозначения

атмосфер:

—

окислительная, обычная;

. ..

—

защитная (контролируемая);

" '•_•;

—вакуум;

" • '-?

—

водородная;

/. -^/.

—

азотная;

•>:•

_>..;-•=.

Ц— цементационная;

-,•••.•• . ;; ••; ^

С—расплав солей.

Четвертая буква индекса соответствует от-

дельным характерным особенностям пё-чй, на-

пример:

А — печь

входит

в агрегат;

М—механизированная; - . /

-.;

В — вертикальная;

— кольцевая;

—тарельчатый под (в печах с вращаю-

щимся

подом).

За

буквами через дефис

следуют

цифры,

указывающие размеры рабочего пространства

печи в дециметрах. Для печей с прямоугольным

сечением рабочей камеры первая цифра соответ-

ствует

ширине пода, вторая — длине, третья —

высоте камеры. Для печей круглого сечения

(шахтные, ямные и др.) первая цифра отвечает

диаметру, вторая — высоте камеры. Для печей

с вращающимся подом первая цифра указыва-

ет внешний диаметр пода, вторая—'внутрен-

ний,

третья —ширину пода. Цифры, показыва-

ющие размеры камеры печи, разделяются меж-

ду собой точками. Предельная температура пе-

чи (в сотнях

градусах

Цельсия) приводится в

знаменателе через

косую

черту

с .последней

цифрой размера печи.

Для топливных печей после цифр через де-

фис

дается

буква,

обозначающая вид топлива:

Г — природный или

другой

газ;

М—мазут

или

другое

жидкое топливо.

Примеры обозначений:

1) индекс печи

ТНО-8.Г2.6/9-Г

читается

так: печь топливная, камерная с неподвижным

подом, обычной атмосферой, ширина пода 8 дм,

длина 12, высота камеры 6 дм, предельная тем-

пература

нагрева 900 °С,

работает

на газовом

топливе;

2) индекс печи СШЦ

6.12/Ш

обозначает

следующее:

печь электрическая, шахтная, це-

ментационная,

диаметр

печи 6 дм, высота

12 дм, предельная

температура

нагрева 1000

С;

3) индекс печи ТТЗА

8.70.9/9,5-Г

расшиф-

ровывается так: печь топливная, толкательная,

с контролируемой атмосферой,

агрегируемая,

ширина пода 8 дм, длина 70, высота камеры

9 дм, предельная

температура

нагрева 950 °С,

работает

на газовом топливе.

В индекс ряда электрических печей

входят

буквы

ОКБ пли СКВ (особое или специальное

конструкторское бюро), за которыми

следует

номер. Таким образом обозначаются единичные

печи, не вошедшие в серию.

1.3.

ВЫБОР

СПОСОБА

ОТОПЛЕНИЯ

НАГРЕВАТЕЛЬНЫХ

УСТРОЙСТВ

В общем случае методика выбора

топлива для термических печей долж-

на

быть следующей:

1. Намечаются виды топлива, по-

зволяющие обеспечивать требуемые

атмосферу печи, температуру нагрева,

точность ее регулирования и качество

выпускаемой продукции.

2. Определяется стоимость нагрева

зависимости от цены на топливо и

предполагаемого его расхода с учетом

к.

п. д-. и условий эксплуатации печей

(текущего ремонта, амортизационных

отчислений,

затрат на зарплату).

3. Учитываются запасы местно-

го топлива. В ряде случаев последнее

обстоятельство может быть решаю-

щим.

Лучшим видом энергии при терми-

ческой обработке является электро-

энергия.

В результате ее использова-

ния

для нагрева обеспечиваются точ-

ность соблюдения температурного ре-

жима и его полный автоматический

контроль;

лучшее распределение теп-

ла; большая компактность конструкции

высокий к. п. д. печи; возможность

применения

контролируемых атмосфер

без усложнения конструкции печи; про-

стота пуска и остановки печей; гигие-

ничность;

возможность установки печи

любом цехе, включая механосбороч-

ный.

Однако электроэнергия пока яв-

ляется самым дорогим видом топлива.

Кроме

того, для электрических печей

характерны высокие амортизационные

расходы и стоимость текущего ремонта

по

сравнению с пламенными, что так-

же удорожает нагрев.

В пламенных печах используется,

газовое и жидкое топливо.

Газовое топливо дает те же пре-

имущества, что и электроэнергия, по-

зволяя

соблюдать точность темпера-

турного режима и равномерность рас-

пределения тепла по печи. В газовых

печах с трубчатыми нагревательными

элементами молено применять контро-

лируемые атмосферы. В печах терми-

ческой обработки используются: при-

родный газ (QP да

34—36

МДж/м

газы, получаемые как побочные про-

дукты металлургической и химиче-

ской

промышленности — коксовальный

(QP

да 16—17 МДж/м

),- светильный

(Q|

да 19—21 МДж/м

), а также спе-

циально

приготовляемые газы — гене-

раторный (QP да 5—6 МДж/м

) и во-

дяной

(QP да до 10,5 МДж/м

Жидкое топливо — мазут (QP да

да

40—42

МДж/кг) можно использо-

вать в небольших высокотемператур-

ных печах, например для нагрева под

закалку инструмента из быстрорежу-

щих сталей. В результате разрешения-

проблемы дальнего газоснабжения,

применения

методов подземной гази-

фикации,

разработки местных залежей

природного газа и лучшего использо-

вания

промышленных газов потребле-

ние

жидкого топлива при термообра-

ботке

будет

значительно сокращаться,

так

как нефтяные продукты целесооб-

разнее использовать как сырье в хими-

ческой промышленности.

При

оценке стоимости нагрева сле-

дует

иметь в виду, что калории тепла,

полученные при использовании элек-

троэнергии и топлива, не равноценны,

так

как к. п. д. электрических печей

благодаря отсутствию дымовых газов

два-три раза выше, чем пламенных.

Учитывая удобство использования

электроэнергии

для малых термиче-

ских печей, за одну калорию тепла, по-

лучаемую в результате применения

электроэнергии,

считается рентабель-

ным

платить в десять раз больше, чем

случае сжигания нефтяного топ-

лива, в восемь — природного газа и

4,5 — генераторного. Однако при

сравнении

экономичности работы

электрических и пламенных печей сле-

дует

учитывать стоимость выработки

электроэнергии.

По подсчетам

Инсти-

тута

энергетики АН

СССР,

на ближай-

шее время экономически выгоднее при-

менять

газовое топливо, особенно если

учитывать возможность использования

тепла отходящих газов. Если принять,

что оптовая цена 1 м

природного газа

1,6 коп., 1 кг мазута 2,6, а 1 кВт-ч

электроэнергии

1,5 коп., то стоимость

10 МДж тепла, полученных при сжига-

нии

природного газа, составит 0,45 коп.,

мазута 0,70, а при использовании элек-

троэнергии 4,15 коп. Учитывая, что

к.

п. д. электрических печей в 2,5 ра-

за выше, чем пламенных, стоимость

нагрева в электрических печах сопро-

тивления

будет

в четыре раза дороже.

По

данным ряда работ, общий эко-

номический

эффект от замены электро-

энергии

природным газом (в

рублях

на

тонну условного топлива) состав-

ляет: в камерных печах

30—40,

в кон-

вейерных

агрегатах

до 100, в безму-

фельных цементационных

агрегатах

до 40.

В ближайшее время

будут

достиг-

нуты значительные успехи в повыше-

нии

экономичности производства элек-

троэнергии,

а с разрешением пробле-

мы передачи ее на далекие расстояния

возможности применения электроэнер-

гии

расширятся.

* Электроэнергия в процессах терми-

ческой обработки и в настоящее время

может быть наиболее экономичной, ес-

ли

использовать электрические печи и

электронагревательные аппараты с

большим к. п. д. и высокой производи-

тельностью. В некоторых процессах

термообработки электроэнергия явля-

ется единственно возможным или пред-

почтительным видом энергии. К та-

ким

процессам относятся:

непосредственный электронагрев,

индукционный

нагрев и нагрев в элек-

тродных соляных ваннах и др.;

нагрев для термической обработки

низкотемпературных и вакуумных

печах, а также в печах для обработки

качественного металла в массовом по-

точном производстве, особенно при

размещении

печей в механосборочных

цехах;

термическая обработка на заводах,

нз

имеющих источников газоснабже-

ния,

или на заводах, расположенных

районах дешевой электрической

энергии.

1.4.

ВЫБОР

КОНСТРУКЦИИ

;

ВНУТРЕННЕГО

ПРОСТРАНСТВА

ПЕЧЕИ

И ВАНН

{ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКОЙ

КОНСТРУКЦИИ)

Выбор конструкции внутреннего

пространства печей и ванн зависит от

применяемого вида топлива и способа

передачи тепла деталям. Термические

печи

могут

выполняться с отдельной

топкой,

непосредственным отоплением,

аэродинамическим

подогревом, муфе-

лированием садки и пламени. Ниже

рассматриваются теплотехнические

конструкции

термических печей (ка-

мерных и непрерывного действия).

печах

отдельной

топкой

по-

следняя располагается

сверху,

сбоку,

снизу рабочей камеры; иногда она де-

лается выносной.

Печи

с верхней топкой

(рис.

1.1,а)

могут

работать на жидком

или

газообразном топливе. Верхняя

топка

/ отделена от рабочего простран-

ства решетчатым сводом 2 из шамот-

ного кирпича. При ширине печи до

2 м решетчатый свод делается толщи-

ной

в 7г кирпича (115 мм), а при боль-

шей

ширине — в 1 кирпич (230 мм).

Горелки или форсунки размещаются

шахматном порядке в боковых стен-

ках топки. Продукты сгорания, рас-

пределяемые по площади рабочего про-

странства решетчатым сводом, омыва-

ют детали, находящиеся на поду печи,

отводятся через ряд каналов 3 в ды-

мовой боров 4. Часто дымовые отводя-

щие

каналы размещаются в боковых

стенках на уровне пода печи. Скорость

дымовых газов в решетчатом своде

принимается

равной 2—3 м/с.

Печь

компактна, но имеет много не-

достатков. Детали в ней получают

тепло только

сверху,

что не позволяет

добиться равномерного распределения

температуры в большой садке. Высота

последней не должна превышать 0,6—

0,8 м. На решетчатый свод

действует

высокая

температура со стороны топки

рабочего пространства печи. Это

приводит к необходимости его частого

ремонта (через 0,5—1 год), который

весьма затруднителен. Горелки и фор-

сунки располагаются высоко и неудоб-

но

для обслуживания, а быстрый раз-

гар отверстий горелок обусловливает

значительное выбивание газов. Учиты-

вая

перечисленные недостатки, печи

с верхней топкой проектировать для

новых термических цехов не

следует.

Рис.

1.1. Поперечные разрезы термических

печей

с отдельными топками

Схема печи с боковыми топ-

ками,

работающей на

мазуте

или га-

зе,

приведена на рис.

1.1,6.

Топки' 3

находятся ниже уровня пода 1 печи.

Продукты сгорания из топок поднима-

ются вдоль боковых стенок, подсасы-

вая

более холодные газы из-под

дета-

лей или заготовок садки. Поднявшись

под свод, продукты сгорания омывают

детали и по каналам 2 в поду печи ухо-

дят в боров 4. Детали загружаются че-

рез посадочное

окно,

расположенное

с торцевой стороны печи. При ширине

рабочего пространства менее 1,6 м

топки

размещают с одной стороны пе-

чи.

В ряде конструкций их помещают

на

уровне пода и отделяют от деталей

кирпичной

решетчатой перегородкой.

В этом

случае

факел пламени ударя-

ется о перегородку, частично проскаки-

вает под деталями, которые укладыва-

ются иа кирпичные столбики или литые

подставки, что позволяет обеспечить

более равномерный нагрев. Ширина то-

пок

составляет

350—460

мм, расстоя-

ние

между

горелками или форсунками

равно

800—1200

мм. Перегородка

должна быть на

150—250

мм выше оси

горелки или форсунки.

В печах с высокой/ температурой

желательно, чтобы процессы горения

завершались в рабочем пространстве,

поэтому объем топки надо делать ми-

нимальным.

В печах с нижней топкой

(рис.

1.1, е) может быть использован

любой вид топлива. Топки 2 размеща-

ются под подом 1 рабочей камеры

виде ряда параллельных каналов

шириной

400—800

мм, перпендикуляр-

ных к длине печи. Продукты сгорания

из

топки поднимаются в рабочее про-

странство со стороны, противополож-

ной

горелке или форсунке, и отводятся

каналы у загрузочного окна. Часть

продуктов сгорания из рабочего про-

странства в

результате

создаваемого

разрежения подсасывается в топку

(в

отверстие над горелкой или форсун-

кой),

вызывая рециркуляцию газов.

Горелки или форсунки в топках распо-

лагаются в шахматном порядке. При

этом дымовые газы циркулируют коль-

цевыми встречными потоками, что по-

вышает равномерность нагрева

дета-

лей.

При

газовом отоплении для усиле-

ния

циркуляции в рабочем пространст-

ве печи устанавливают дополнитель-

ные горелки со стороны

выхода

про-

дуктов сгорания из топки 2. Загрузоч-

ное

отверстие располагается в торце

рабочего пространства. Печи с нижней

топкой

широко применяются в терми-

ческих

цехах

и являются типовой теп-

лотехнической конструкцией. Благода-

ря

теплому поду и рециркуляции печ-

ных газов они позволяют поддержи-

вать равномерную температуру при

нагреве как под закалку

(900—800

°С),

Цтак

и под отпуск

(600—300

С). Печи

компактны,

и потери тепла в них не-

значительны.

Печи

с выносными топка-

ми

используются для нагрева на низ-

кие

температуры. Топка / (рис.

1.1,г)

устанавливается отдельно от печи; про-

дукты

сгорания из топки направляются

по

трубопроводу в рабочее пространст-

i,. во вентилятором 3. Камера сгорания

топке отделяется от потока циркули-

рующих газов решетчатой перегород-

кой

2, При выносных топках теряется

много тепла в наружных трубопрово-

дах, поэтому рассматриваемые печи

следует

использовать

тогда,

когда одна

топка обслуживает несколько

низко-

температурных печей.

Печи

непосредственным

отоплени-

ем применяются для термической обра-

ботки только при использовании газо-

вого топлива или электроэнергии.

пламенных печах горелки 1 разме-

щаются в боковых стенках печи, фа-

кел пламени вводится непосредственно

рабочее пространство (рис 1.2, а).

Для создания лучшей циркуляции га-

зов садка устанавливается на литые

металлические или кирпичные подстав-

ки

3. В больших печах горелки распо-

лагаются по обеим боковым стенкам

два ряда по высоте. Факел пламени

верхних горелок 1 направляется под

свод. Продукты сгорания опускаются

по

противоположной боковой стенке,

подхватываются факелом нижних го-

релок 2 и направляются под садку.

Создаются кольцевые потоки продук-

тов сгорания, омывающие садку. В ре-

зультате

этого достигается более рав-

номерное распределение температуры

печи.

Расстояние

между

горелками при

непосредственном отоплении принима-

ют равным

800—1500

мм, а при

«бес-

пламенном» горении —

400—800

мм.

Продукты сгорания отводятся через

дымовые каналы, расположенные в по-

ду печи или в боковых стенках. В ма-

лых печах (шириной до 1,2 м) горелки

размещаются с одной стороны печи

один ряд, а

между

горелками в той

же стенке делаются дымовые каналы, •

по

которым продукты сгорания отво- •

дятся в

верх

печи под колпак или вниз

боров. При этом факел направляется

под свод, продукты сгорания опуска-

ются вдоль противоположной стенки

печи под садку и

уходят

в дымовые

каналы.

На рис. 1.2, б показан попереч-

ный

разрез вертикальной печи. Горел-

ки/в

печи располагаются тангенци-

ально.

Это позволяет создавать коль-

цевые потоки газов вокруг изделия.

В больших печах в сечении устанавли-

вают четыре горелки, а в малых (диа-

метром рабочего пространства менее

3 м)—две. Продукты сгорания'отво-

дятся в боров через ряд щелей 2 снизу

печи.

Количество циркулирующих про-

дуктов сгорания и скорость их движе-

мия

увеличиваются в

результате

рецир-

куляции,

возникающей за счет энергии

топливовоздушных струй, вытекающих

из

горелок или форсунок. На рис. 1.2,6

приведен поперечный разрез рецирку-

ляционной

горизонтальной печи. Про-

дукты

сгорания из рабочего простран-

ства печи подсасываются факелом, вы-

ft' T

ГТ-Т-ГТ

TJI'

d • • e.

Рис.

1.2. Поперечные разрезы термических печен с непосредственным нагревом

ходящим из горелки (форсунки) 1. По-

ток газов с одной стороны печи направ-

ляется под ее свод, а с другой— под из-

делия, в

результате

чего продукты сго-

рания

закручиваются вокруг садки.

Верхние горелки рекомендуется на-

правлять под

углом

15—20°

к горизон-

тали, чтобы их факел не ударял в свод

печи, а омывал его. Производитель-

ность нижних горелок в

2—2,5

раза

больше верхних. При резком измене-

нии

производительности горелок или

форсунок (в три раза и более) топливо

сжигается в две стадии, первая из ко-

торых осуществляется в специальных

топках 2 или форкамерах с

коэффици-

ентом расхода

воздуха

0,7—0,8.

Про-

дукты сгорания в этом

случае

рецир-

кулируют под действием дополнитель-

ных струй

воздуха,

вводимых через

патрубки, заменяющие горелки 1.

На

рис. 1.2,г дан поперечный раз-

рез рециркуляционной вертикальной

печи. Расстояние

между

горелками по

высоте принимается равным

1200—

1400 мм. В рециркуляционных печах

изделия нагреваются равномерно, точ-

ность регулирования температуры со-

ставляет 10°С. К недостаткам таких

печей относятся сложность кладки, не-

высокая стойкость инжекторов и боль-

ший

объем кладки, чем у печей с непо-

средственным вводом горелок в рабо-

чее пространство печи.

На

рис.

1.2,(3

приведен поперечный

разрез печи скоростного нагрева лис-

тов с непосредственным отоплением

размещенными в своде керамическими

горелками 2. Последние

дают

высокую

равномерную температуру излучаю-

щей поверхности, позволяют подогре-

вать

воздух

до 600 °С и обеспечивают

полное сжигание газа на коротком пу-

ти с большим тепловым напряжением

(до 8 млн. кДж-ч/м

излучающей по-

верхности). Горелочные кирпичи кре-.

пятся

на специальных швеллерах 1

или подвесках. Печи обеспечивают

быстрый нагрев деталей.

В электрических печах сопротивле-

ния

(рис. 1.2, е) нагревательные эле-

менты /

могут

располагаться на

всех

стенках. В камерных печах подовые

нагреватели перекрываются огнеупор-

ной

плитой, на которую загружаются

детали.

На

рис. 1.3 показаны поперечные

разрезы пламенной и электрической

печей с внутренней циркуляцией атмо-

сферы, осуществляемой с помощью

вентиляторов. Рабочее пространство

отделяется от стенок печи жаростой-

ким

экраном У, который направляет

лоток горячих газов от вентилятора 2

в рабочее пространство печи. В пла-

менной

печи (рис. 1.3, а) топка 4 раз-

мещается внизу и горячие газы попа-

дают

в рабочее пространство через

продольный канал с решетчатым сво-

дом 3. В электрической вентиляторной

печи (рис. 1.3, б) нагревательные эле-

менты 3 находятся в пространстве

между

боковыми стенками и экра-

ном

/. Последний направляет поток

воздуха

и предохраняет детали от пря-

мого излучения нагревателей, чтоосо-

Рис.

1.3. Поперечные разрезы пламенной (а) и элек-

трической (б) печей с внутренней циркуляцией атмо-

---•.--г.

-,.

. ^ сферы

Рис.

1.4. Горизонтальный разрез печи аэроди-

намического подогрева

бенно

важно для создания равномер-

ного нагрева деталей в печах с низкой

температурой. В электрических венти-

ляторных печах с низкой температурой

нагревательные элементы в виде кало-

риферов

иногда выносятся в отдель-

ную камеру, расположенную над ра-

бочим пространством печи.

Печи

аэродинамического

подогрева

применяются

для обработки деталей

при

низких температурах (до 500 °С).

Нагрев в ПАП происходит за счет ис-

пользования

энергии, выделяющейся

результате

трения и местных сопро-

тивлений,

возникающих при движении

газа или

воздуха.

На

рис. 1.4 показан горизонталь-

ный

разрез ПАП с двусторонним пото-

ком

воздуха.

Центробежный вентиля-

тор 1 отсасывает

воздух

из рабочего

пространства печи и гонит его

между

боковыми стенками и экраном 2 обрат-

но

в печь. Есть конструкции с

трех-

четырехсторонним движением воз-

Духа.

Температура в ПАП регулируется

результате

изменения числа оборотов

ротора центробежного вентилятора или

его периодического отключения. При

повышении

температуры печи ее теп-

ловой эффект понижается, что обуслов-

лено уменьшением плотности

движу-

щегося газа или

воздуха.

Скорость по-

тока

воздуха

или газа в печи состав-

ляет

20—25

м/с. Значительная доля

тепла затрачивается на разогрев печи,

поэтому для футеровки ее стен лучше

использовать шлаковую

вату,

которая

имеет

малую

плотность и хорошие теп-

лоизоляционные

свойства.

Время нагрева и потребляемая

мощность в ПАП благодаря усилен-

ной

конвективной теплопередаче зна-

чительно меньше, чем в электрических

печах сопротивления.

Печь

муфелированием

садки

(рис.

1.5,а)

имеет нижние топки 1. Для

улучшения циркуляции горячих газов

вокруг муфеля 2 в ее рабочем прост-

ранстве устанавливают дополнитель-

ные

горелки 3. Последние располага-

ются по длине печи в шахматном по-

рядке.

Муфель изготавливается из

отдельных литых или сварных секций

из

сталей типа Х25Н20С2 и Х18Н25С2

длиной

0,7—1,0

и шириной

0,6—1,0

м.

Секции

скрепляются с помощью флан-

цев через уплотнительные прокладки

болтами и сваркой. Для

удобства

ре-

монта муфеля свод печи делается

съемным и снабжается песочными за-

творами 4.

Схема

печи

муфелированием

пла-

мени

трубчатыми нагревательными

элементами 4 показана на рис.

1.5,6.

Рис.

1.5. Поперечные разрезы термических муфельных печей

Трубы U-образной формы диаметром

60—100

мм из жаростойкой стали рас-

полагаются горизонтально в два ряда

по

высоте печи (один ряд над садкой,

другой

— под ней), что позволяет зна-

чительно увеличить ширину печи и ее

производительность, в три-пять раз

сократить

расход

жаростойкой стали.

При

большой ширине рабочего про-

странства для поддержки

труб

уста-

навливается дополнительная средняя

подвесная опора .5. Герметичность та-

кой

печи достигается с помощью на-

ружного сварного

кожуха

1, а также

специальной

глазировкой внутренней

поверхности кладки. Стены лучше фу-

теровать кварце-глинистым доменным

кирпичом.

Для

удобства

ремонта

верх-

няя

крышка

кожуха

2 делается съем-

ной

с песочными затворами. Циркуля-

ция

атмосферы в печи осуществляется

с помощью,вентиляторов 5, размещае-

мых в боковых стенках (как указано

на

рисунке) или в своде над верхни-

ми

нагревательными трубчатыми эле-

ментами печи.

В печах с муфелированием пламе-

ни

нагревательные

трубы

могут

распо-

лагаться вертикально по боковым стен-

кам.

1.5.

ВЫБОР ВНУТРЕННИХ

РАЗМЕРОВ ПЕЧЕЙ

Длина и ширина внутреннего про-

странства печей определяются разме-

рами деталей, принятой системой их

укладки на поду и требуемой произво-

дительностью.

В печах, в которых основная доля

тепла передается лучеиспусканием, на-

греваемые детали располагаются в

один

ряд с небольшими зазорами, что

позволяет значительно уменьшить вре-

мя

нагрева и увеличить производитель-

ность печи (табл. 1.2). Для получения

максимальной

производительности пе-

чи детали, приближающиеся по форме

квадратной заготовке, надо распола-

гать с зазорами, равными

0,3—0,5

тол-

щины

заготовки. Время нагрева в этом

случае

состадит около

0,55—0,65

от

времени нагрева, рассчитанного для

сплошной

плиты той же толщины. Ци-

линдрические детали целесообразно

располагать в печи без зазоров и на-

гревать их с

двух

сторон. Это же под-

тверждают результаты определения

коэффициентов

взаимного излучения

кладки

печи и нагреваемых деталей.

Таблица

1.2.

Зависимость

относительных:

времени

производительности

печи

от

зазора

между

деталями

Показатель

Время

на-

грева

Нагрузка

на

под

Производи-

тельность

печи

Зазор

между деталями, в долях •

диаметра

или толщины

цилиндриче-

скими

0,5 й

0,70

0,94

2 d

0,65

0,33

0,51

квадратными

0,5 й

0,55

0,66

0,5

1,0

2 а

0,45

0,33

0,74

На

рис. 1.6 приведены графики изме-

нения

относительных времени нагрева

Хоти и производительности GQTH печи

зависимости от величины зазора bfd

для значений констант излучения С =

3,5 Вт/(м

-К

) и С

= 5,7 Вт/(м

-К

Повышение

производительности при

небольшом зазоре

между

деталями

объясняется тем, что в этом

случае

бо-

ковые стенки деталей лучше поглоща-

ют тепло, идущее от пода.

В печах с низкой температурой,

когда доля передачи тепла лучеиспус-

канием

резко падает, например в от-

пускных, детали

следует

загружать

печи в несколько рядов, укладывая

отн,

отн, /о

Рис. 1.6.

Зависимость

производительности

печи,

напряжения

пода

времени

нагрева

от

зазора

между

деталями

--•••'.'' 19

их с зазорами для циркуляции газов.

Для отжигательных печей с боль-

шой

садкой главную роль при нагреве

играют выравнивание температуры по

объему загрузки и время разо:рева

стенок

и пода печи. Поэтому в таких

печах нагрев отдельной детали не

определяет общего времени нагрева

садки.

В них также надо стремиться

возможно большей высоте садки.

При

подводе тепла только с одной сто-

роны,

например

сверху,

максимальная

высота садки может быть принята рав-

ной

0,6—0,8

м. Если высота садки пре-

вышает 0,8 м, необходимо обеспечить

двусторонний подвод тепла. Для этого

детали помещают на подставки и теп-

ло подводится снизу и

сверху

садки.

При

отжиге отливок средняя нагрузка

на

1 м

площади пода может состав-

лять

1,0—1,5

т, а при отжиге сортово-

го металла и поковок 2—3 т. Сортовой

металл укладывают в специальные

скобки,

разделяя слои по высоте рядом

прокладок. Последнее позволяет обес-

печивать циркуляцию печных газов

толще садки. Толщина прокладок

должна быть не менее

30—40

мм на

каждые 200 мм высоты загрузки. На

рис.

1.7 приведены схемы нескольких

характерных укладок сортового мате-

риала.

Для печей с загрузкой 3—5;

10—30;

50 т и выше можно применять соот-

ветственно такую скорость нагрева:

150—200;

100—120;

50—70°С/ч.

Время

выдержки при отжиге зависит от мас-

сы садки и температуры печи. Оно

уменьшается в печах с более совершен-

ной

конструкцией. Для нахождения

Рис. 1.7.

Схемы

укладки

катаной

стали

на

платформу

печи:

а — скоба, применяемая для загрузки; б — пакет;

~ штанговая сталь; г — сталь различных профи-

лей;

д —

трубы

удельной производительности печи сле-

дует

сделать эскиз укладки наиболее

типичных деталей и рассчитать сред-

нюю загрузку пода.

Общее время нагрева и производи-

тельность печей для цементации и азо-

тирования

почти не зависят от времени

нагрева одной детали, поэтому в таких

печах необходимо стремиться к воз-

можно большей загрузке (размещают

детали в несколько рядов). Время вы-

держки при цементации и азотирова-

нии

определяется глубиной слоя.

Продолжительность выдержки при

гомогенизации стального литья, алюми-

ниевых и

других

сплавов зависит от

химического состава и степени неодно-

родности литой структуры и в отдель-

ных случаях достигает

двух

суток.

При

передаче основной доли тепла

лучеиспусканием (в печах с темпера-

турой выше 700 °С) слой лучеиспуска-

ющих газов над садкой должен состав-

лять

400—600

мм в больших печах и

200—300.

мм в малых. Для проверки

правильности выбранной площади

пода целесообразно определить

удель-

ную производительность печи и

сравнить полученную величину с прак-

тическими данными (табл. 1.3). Нор-

мальные скорости движения газов в ра-

бочем пространстве печи при естест-

венной

циркуляции составляют

—

2 м/с. В печах с температурой ниже

600 °С

следует

повышать скорость дви-

жения

газов или нагретого

воздуха

до

6—10 м/с при помощи вентиляторов.

Садку в этом

случае

надо размещать

по

всему объему рабочего пространст-

ва печи, разделяя детали прокладками

{для движения газов).

В нагревательной зоне методиче-

ских печей высоту рабочего простран-

ства принимают равной

900—1000

мм,

а в подогревательной

500—700

мм.

При

непосредственном отоплении печи

необходимо избегать прямого сопри-

косновения

факела горения с деталл-

ми.

Его нужно направлять тангенци-

ально к деталям, соблюдая принципы

циркуляции

и рециркуляции газов.

Радиус свода печи обычно равен ее

ширине,

что обеспечивает большую ус-

тойчивость свода. Высота стрелы сво-

да в этом

случае

составляет 0,134 ши-

рины

печи. При ширине печи более 4 м

ее свод

делают

подвесным (рис. 1. 8).

Сечение отводящих дымовых кана-

лов зависит от скорости движения га-

зов (равной 2—3 м/с). Ширина верти-