Нагревательные устройства

Нагревательные устройства могут быть классифицированы:

1) по источнику энергии – на пламенные печи и электрические установки;

2) по назначению – на устройства кузнечные, прокатные и термические;

3) по принципу действия – с периодической загрузкой и с непрерывной загрузкой (методические).

В печах с периодической загрузкой заготовки в процессе нагрева остаются неподвижными, загрузка и выдача их происходит преимущественно через то же садочное окно, во-вторых – заготовка в процессе нагрева передвигается от места загрузки к месту выдачи.

В свою очередь, пламенные печи подразделяются дополнительно:

а) по роду применяемого топлива – на печи, отапливаемые твёрдым, жидким или газообразным топливом;

б) по способу использования тепла отходящих газов – на печи рекуперативные и регенеративные.

Для отопления печей применяется твёрдое, пылевидное, жидкое газообразное топливо. В качестве твёрдого топлива используются каменный уголь, антрацит и кокс с теплотворной способностью от 3500 до 7000 ккал/кг. Твердое топливо сжигается на так называемых колосниковых решётках, расположенных в топочной камере печи.

Пылевидное топливо получают путём размола различных углей и сжигают его с помощью горелок. Оно может быть использовано с большим экономическим эффектом (почти в два раза), чем твёрдое топливо. Наибольшее применение для печей получили жидкое и газообразное топливо.

В качестве жидкого топлива применяется мазут, теплотворная способность которого составляет 10000 ккал/кг. Для сжигания мазута применяются форсунки двух типов – высокого (1–6 МН/м²) и низкого давления (0,01–0,03 МН/м²).

В качестве газообразного топлива применяются природный газ и искусственные газы, являющиеся продуктами газификации твёрдого топлива или отходами металлургического производства. Калорийность природных газов колеблется в среднем от 8000 до 10200 ккал/м³. К числу искусственных газов относятся генераторный, светильный, коксовальный и доменный (колошниковый) газы. Наибольшую калорийность имеет светильный газ – 4700 ккал/м³, наименьшую – доменный – 950 ккал/м³. Сжигание газообразного топлива производится при помощи горелок низкого и высокого давления.

Основными показателями, характеризующими эффективность работы печей являются: напряжённость пода, коэффициент полезного действия (к.п.д.) и удельный расход топлива. Напряжённость пода определяет производительность печи и выражается отношением количества нагретого до заданной температуры металла в течение одного часа на одном квадратном метре пода

, (9)

где Н – напряжённость пода, кг/м²∙ч;

G – производительность печи, кг/ч;

F_n – площадь пода, м².

Коэффициент полезного действия печи η представляет отношение количества тепла, затраченного на нагрев металла, к количеству тепла, внесённому в печь топливом, подогретым воздухом и экзотермической реакцией при угаре металла:

, (10)

где η – к.п.д. печи, %;

Q – тепло, затраченное на нагрев металла, ккал;

Q_n – тепло, внесённое в печь, ккал.

Удельный расход топлива выражается отношением количества затраченного топлива к весу нагретого металла.

В пламенные печи периодического действия металл загружается периодически, отдельными партиями (садками). После того, как загруженная партия заготовок нагреется до требуемой температуры, металл последовательно вынимают из печи и подвергают деформации. Как только вся партия заготовок обработана, в печь загружают следующую и т.д. К печам периодического действия относятся камерные печи, схематическое изображение которых представлено на рис. 7, нагревательные колодцы, щелевые и очковые печи.

Камерные печи подразделяются на печи с неподвижным и выдвижным подом, а также на печи с использованием и без использования тепла уходящих дымовых газов. Печь состоит из металлического каркаса, выложенного внутри огнеупорным кирпичом – шамотом. Стены, под и свод образуют рабочее пространство печи. В боковой стенке расположено окно для загрузки и разгрузки печи; оно закрывается массивной чугунной заслонкой, подвешенной к противовесу посредством троса, перекинутого через блок. Сжигание топлива в печи производится при помощи горелок или форсунок. Раскалённые газы, отдавшие своё тепло металлу, помещённому на под, уходят через канал в атмосферу.

К.п.д. камерных печей без использования тепла уходящих газов находится в пределах 10–15 %; удельный расход топлива в пересчёте на условное составляет 0,11–0,30 кг/кг условного топлива. Причиной низкого к.п.д. камерных печей описанного типа являются большие потери тепла. Но, несмотря на низкий к.п.д., камерные печи имеют широкое применение в кузнечно-штамповочном производстве, так как они просты по конструкции, легко могут быть демонтированы и не требуют высокой квалификации от обслуживающего персонала.

Тепло уходящих газов может быть использовано для подогрева топлива и воздуха, необходимого для горения. Оно используется в устройствах, называемых рекуператорами и регенераторами (первые – непрерывного действия, вторые – периодического).

Нагревательные колодцы представляют собой шахтные печи, оборудованные регенераторами или рекуператорами. Сводом нагревательных колодцев является крышка, которая для загрузки или разгрузки колодца сдвигается в сторону при помощи специального механизма. Колодцы предназначены для нагрева и подогрева слитков, имеющих сложную сердцевину. В рабочее пространство колодцев слитки помещаются в вертикальном положении, что обеспечивает более равномерный их нагрев и исключает смещение усадочной раковины. Колодцы отапливают чаще всего газами. Как правило, колодцы применяются в прокатных цехах.

Рис. 7. Схема устройства камерной печи:

1 – под; 2 –металлический каркас; 3 – стены; 4 – свод; 5 – рабочее пространство печи; 6 – блок; 7 – окно загрузки, выгрузки; 8 – канал; 9 – чугунная заслонка; 10 – противовес; 11– горелка

Щелевые или очковые печи, предназначенные для нагрева концов прутков или труб, представляют собой сравнительно небольшие печи, применяющиеся в штамповочных цехах. В этих печах загрузочным окнам придают форму щелей или ряда отдельных отверстий.

К печам непрерывного действия относятся методические печи, в которых заготовка в процессе нагрева передвигается от места загрузки к месту выдачи. Методические печи имеют довольно длинное рабочее пространство (до 30 метров и более), которое может состоять из нескольких зон с различной температурой. Методические двухзонные печи часто применяют в кузнечно-штамповочных цехах для нагрева мелких и средних заготовок и небольших слитков.

Основными особенностями скоростного нагрева являются: повышение температуры рабочего пространства до 1400–1500 ˚С и обеспечение всестороннего обогрева заготовок. Скорость нагрева при этом способе повышается не только за счёт увеличения перепада температур, но и за счёт повышения скорости движения газов, омывающих нагреваемые заготовки. В газовых печах скоростного нагрева тепло, передаваемое металлу излучением, составляет 80 %, а тепло, передаваемое конвекцией, – всего 20 %. При скоростном нагреве достигается уменьшение расхода топлива, угара металла и увеличение производительности за счёт сокращения времени нагрева.

Скоростной нагрев осуществляется в механизированных и автоматизированных печах, отапливаемых высококалорийным газом или мазутом. Печи скоростного нагрева применяются двух типов: камерные – для нагрева коротких заготовок и проходные – для длинных прутков и труб.

Из применяющихся способов безокислительного нагрева практический интерес представляют: нагрев в расплавленных солях; нагрев с образованием защитных покрытий на поверхности нагреваемых заготовок; нагрев в муфельных печах с защитной атмосферой; нагрев в камерных печах открытого пламени.

На поверхность нагреваемой заготовки тем или иным способом наносится плёнка, предохраняющая её от окисления. Одним из наиболее прогрессивных методов безокислительного нагрева под ковку и штамповку является нагрев в камерных печах открытого типа. В этих печах нагрев металла происходит в атмосфере не полностью сгоревшего газа.

В механизированных печах основные трудоёмкие операции – загрузка заготовок в печь, перемещение и выдача их из печи – механизированы. В этих печах заготовки перемещаются различными способами: перекатыванием цилиндрических заготовок по наклонному поду, с помощью толкателей, шагающих балок, роликового и вращающегося пода и т.п. Печи с шагающими балками применяют для нагрева листового, полосового и сортового материала; печи с роликовым подом – для нагрева листового и полосового материала под штамповку, гибку и другие операции; конвейерные печи – для нагрева концов заготовок для высадки на горизонтально-ковочных машинах и др.

В своё время большое признание получили карусельные печи, одна из которых представлена на рис. 8, позволяющие легко обеспечить требуемый режим нагрева заготовок любой формы. Карусельные печи по сравнению с методическими занимают меньшую площадь и обеспечивают более равномерный нагрев, так как заготовки на поде этих печей располагают не вплотную.

Карусельные печи бывают двух разновидностей: с кольцевым подом и тарельчатым; первые по характеру нагрева заготовок сходны с методическими печами, а вторые – с камерными. И у тех, и у других карусельных печей под с заготовками получает вращение, скорость которого регулируется. Заготовку нагревают до соответствующей температуры за время одного оборота пода.

Так как для обработки давлением весьма важным является строгое соблюдение температуры нагрева металла, то необходим её контроль. В производственных условиях контроль температуры производится путём измерения её соответствующими приборами, называемыми пирометрами.

Рис. 8. Карусельная печь с кольцевым подом

Применяющиеся пирометры подразделяются на: термоэлектрические, оптические, радиационные и фотоэлектрические. Пирометры помимо непосредственного измерения температуры могут выполнять функции регуляторов теплового режима работы нагревательных устройств.

Дата добавления: 2014-01-20