Камерные печи

Для нагрева мелких и средних деталей в термических цехах при индивидуальном и серийном производстве применяют ка­мерные печи, работающие на жидком и газообразном топливе а также с применением электроэнергии. Для печей жидкое топ­ливо используют ограниченно, так как оно имеет большую вяз­кость. Вследствие этого мазут плохо распыливается даже в подо­гретом состоянии, плохо смешивается с воздухом, и поэтому при горении выделяется большое количество дыма. В связи с этим зат­рудняется автоматизация теплового режима печей и нарушаются санитарно-технические условия в цехе. В настоящее время на заводах печи работают на газообразном топливе. Жидкое топливо используется только при отсутствии газообразного топлива.

Конструкция термической камерной печи, работающей на мазуте, приведена на рис. 1. Печь имеет рабочую камеру неболь­шого объема, в которую печные газы поступают с законченным

процессом горения. Мазут сжигают в специальной топочной ка­мере.

Печь имеет площадь 0,4 X 0,5 = 0,2 м². Производительность ее при нагреве для закалки и нормализации 30 кг/ч. Расход мазута, 5—6 кг/ч. Такие печи применяют для нагрева и подогрева деталей небольших размеров. Максимальная рабочая температура печи достигает 900° С. Эта печь может работать и на газообразном топливе. Иногда для удобства работы две такие печи монтируют

в одном каркасе. Таким образом образуется двухкамерная печь с горизонтальным расположением камер: в одной камере осуще­ствляется подогрев, а в другой — окончательный нагрев деталей. Каждая камера имеет свою форсунку или горелку и работает не­зависимо от другой.

На заводах встречаются разные печи, работающие на жидком и газообразном топливе, как по конструкции, так и по размерам рабочего пространства и по производительности. ВНИПИ «Тепло-проект» систематизировал конструкции и типаж топливных пе­чей [20]. На основе данных заводов разработаны размерные ряды пламенных термических печей и введены буквенно-цифровые обозначения для печей разного назначения и с разными размерами рабочего пространства. Эти размерные ряды обеспечивают макси­мальное унифицирование основных узлов и деталей печей. Кроме того, большое количество типоразмеров позволяет выбрать для производства наиболее подходящий тип печи и обеспечить лучшее их использование. Для обозначения печей принята следующая индексация: первая буква обозначает назначение печи (Т — тер­мическая пламенная, Н — нагревательная пламенная), вторая — конструктивную характеристику печи (А — с вращающимся по­дом, Б — барабанные, Д — с выдвижным подом, Е — с подвес-.

ным конвейером, И — с пульсирующим подом, К — конвейерные, Н — камерные периодического действия, Р — рольганговые, Т — толкательные, Ш — круглого сечения шахтные, Э — элеватор­ные, Ю — с шагающими балками), третья —среду рабочего про­странства (О — окислительная, 3 — искусственная защитная, безокислительная и др.), четвертая — особенность печи (А— печь входит в агрегат, если печь обозначена четырьмя буквами, то буква А ставится на пятом месте, В — вертикальное перемещение деталей, К — под кольцевой — в печах с вращающимся подом, М — механизированная — в печах периодического действия, Н — непрерывного действия — в печах барабанных, Т — под тарельчатый — в печах с вращающимся подом).

Цифры ставятся после буквенных обозначений через дефис и означают: первая группа — ширину пода в дм для печей с вращающимся подом — внешний диаметр рабочей поверхно­сти пода; вторая группа — длину (глубину) пода печи в дм, для печей с вращающимся подом — ширину рабочего пода (кольца); третья группа — высоту рабочего пространства или максимальную высоту окна загрузки в дм. Эти цифры разделяются точками и находятся в числителе, а в знаменателе указывается предельная рабочая температура в сотнях градусов. Далее через черточку ставится буква, обозначающая топливо: Г — природный газ, М — мазут. Пример обозначения печей: ТНО-6.12,5.5/11-М — термическая камерная печь периодического действия, атмосфера рабочего пространства — окислительная, размеры рабочего про­странства 600 X 1250 X 500 мм, печь работает до температуры 1100°, топливо — мазут. Эта же печь на газообразном топливе обозна­чается ТНО-6.12,5.5/11-Г.

Камерная печь, показанная на рис. 2, предназначена для раз­личных видов термической обработки деталей и инструментов при единичном и мелкосерийном производстве. Для загрузки и выгрузки деталей в этих печах используют подвесные клещи на монорельсе и загрузочные машины. Воздух для горения в этих печах подогревается в рекуператоре. Если для печей используют газ среднего давления и сжигание газа производится в инжек-ционных горелках, то воздух для горения не подогревают и реку­ператор не устанавливают. Продукты горения отводятся под зонт и затем в вытяжную трубу. При работе с обычной печной атмосферой (окислительной) печи имеют максимальную темпера­туру 1150° С и обозначаются ТНО. Иногда изготовляют печи с контролируемой атмосферой (защитной) и обозначают ТНЗ. Предельная температура нагрева в печах ТНЗ достигает 950° С.

Габаритные размеры камерных печей, работающих только на газообразном топливе, меньше мазутных, так как в них отсут­ствует топочное пространство или камера сжигания, обычно рас­полагающаяся под подом печи.

Для нагрева крупных ковочных штампов и для цементации применяют камерную печь с шаровым подом 940x1510 мм

лопроекта

Рис. 2. Камерная печь типа ТНО ВНИПИ Теп

Рис. 3. Камерная газовая печь с шаровым подом

(рис. 3). Печь снабжена туннельными инжекцион-ными горелками. На под печи уложены четыре желобковые направляю­щие, в которых находятся шары из жаропрочной ста­ли, служащие для облег­чения передвижения под­донов со штампами или цементационными ящика­ми. Поддоны устанавли­вают на шары и закатывают в печь. Производитель­ность такой печи при це­ментации 25 кг/ч и при нагреве для закалки 150 кг/ч.

Электрическая печь с шаровым подом для на­грева штампов и цемента­ции типа НШ-100 (рис. 4) имеет размер рабочего про­странства 910 X 1825 X

. х 615 мм, мощность печи достигает 100 квт. Нагре­вательные элементы 1 печи размещены на боковых стенках, подвешены на своде и уложены в поду. Подовые нагреватели свер­ху закрыты жароупорными плитами с пазами, в кото­рых находятся желоба 2 с шарами 3 для передвиже­ния поддонов со штампами. Поднимают и опускают дверцы вручную с по­мощью механизма 4, со­стоящего из противовесов и блоков. Печь работает с контролируемой атмосфе­рой. Газ подводится через заднюю торцовую стенку 5. Производительность печи при закалке штампов 300 кг/ч. Для загрузки штампов в печь приме-

няют толкатель 6, имеющий подъемные желоба, которые опуска­ются на порог проема 7 печи. С помощью электродвигателя толкатель приводится в действие. В течение двух ходов толка­тель задвигает поддон в печь. Выгрузка производится этим же толкателем. Толкатель передвигается по рельсам и может обслу­живать несколько печей.

Камерные печи еще больших размеров предназначены для отжига и нормализации деталей. Такие печи часто конструируют с выдвижным подом. Отливки или поковки загружают так, чтобы более тяжелые находились внизу, а более легкие, во избежание коробления, сверху. Детали укладывают на под с учетом наиболее выгодной циркуляции печных газов. Под печи представляет собой футерованную выдвижную тележку на колесах с роликовыми подшипниками, передвигающуюся по рельсам при помощи троса, связанного с электродвигателем. Характерное отличие большин­ства таких печей от камерных печей рассмотренных выше конструк­ций заключается в том, что вследствие своей конструкции топка не может быть устроена под подом и, таким образом, под снизу не обогревается.

Печи работают на мазуте, газе и иногда с использованием электроэнергии. Сгорание топлива в этих печах происходит в ра­бочей камере. Для лучшего нагрева деталей форсунки или горелки располагают выше уровня пода, детали нагреваются в результате лучеиспускания стенок и свода печи, а также конвекции горячих газов. Нагрев садки, расположенной непосредственно на поду печи, отстает от нагрева ее верхних рядов.

ВНИПИ «Теплопроект» разработал типоразмеры для боль­шого количества печей с выдвижным подом. Печи с обычной печной атмосферой типа ТДО выполняют в двух вариантах: с отводом дыма в боров и вверх. На выходе отходящих газов часто устанавли­вают рекуператоры для нагрева воздуха. Часть печей может вы­полняться для работы с искусственной, контролируемой атмосфе­рой (ТДЗ), в таких печах производится муфелирование садки. Максимальная температура нагрева изделий в печах ТДО дости­гает 1100° С, а в печах ТДЗ 900° С.

Конструкция тупиковой печи ТДО представлена на рис. 5. Кладка печи выполнена из шамотного, шамотного легковесного, диатомового и красного кирпича и заключена в сварной металли­ческий каркас. Под печи монтируют на сварной раме и футеруют шамотным нормальным и легковесным кирпичом. Рама переме­щается на цепях катков, а механизмы передвижения пода изго­товляют с рейками цевочного типа. В некоторых случаях под уста­навливают на колесах. Для выкатки пода на значительное рас­стояние используют механизмы с грузовой цепью. В этом случае выкатка пода производится в одну сторону, но при необходимости может быть выполнена с выкаткой в обе стороны. Для подъема заслонок применяют электролебедки или гидравлические подъ­емники. Производительность печей с муфелированием садки с ис- 1R

пользованием контролируемой атмосферы (ТДЗ) на 20—25% ниже, чем для печей ТДО. Во всех печах предусмотрен автомати­ческий контроль температуры. Печи устанавливают на общий с рельсовыми путями фундамент. Механизмы выкатки пода и ле­бедка механизма подъема располагаются в приямках фундамента.

Для электрических Иечей ВНИИЭТО были также разработаны типоразмеры и введена новая индексация [38]. Обозначение печей производится буквами и цифрами. Первая буква — вид нагрева: С обозначает нагрев сопротивлением. Вторая буква определяет конструкцию печи (обозначения те же, что и для топливных ре­чей). Дополнительными обозначениями для электрических печей являются:В — ванна и Г — колпаковая,. Третья буква в индексе печи характеризует среду: А — азот, В —- вакуум, Г — металл, соли, щелочи, 3 — защитная, контролируемая атмосфера, П —• пар водяной — вода, С — соль (селитра), Ц — цементационный газ. Четвертая буква показывает особенности: А —агрегат, Л — ла­бораторная. Цифры в числителе указывают размеры рабочего про­странства — ширину, длину', высоту или диаметр в дм; для кару­сельных электропечей — диаметр внешний, внутренний и высота в дм; в знаменателе указывается максимальная температура печи в сотнях °С. За температурой через дефис ставится обозначение вспомогательных признаков печей.

Так, например, СДО-35.70.30/10-45 обозначает: электропечь сопротивления с выдвижным подом, с окислительной атмосферой, с размерами рабочего пространства 3500x7000x3000 мм, макси­мальная температура нагрева 1000° С, садка 45 т. Электропечи с выдвижным подом предназначаются для различной термообра­ботки: низкотемпературные до 700° С для отжига стальных деталей и старения чугунного литья, среднетемпературные до 1000° С и высокотемпературные до 1200° С для отжига, нормализации, за­калки и отпуска деталей из легированной стали и сплавов. В ком­плект установки входят механизмы для подъема двери и передви­жения подовой тележки, щиты управления и приборы для автома­тического регулирования температуры. Выдвижной под монти­руется на колесах и имеет индивидуальный привод передвижения. В крупных печах, с шириной более 3000 мм, устанавливают под­весной свод. При использовании контролируемой атмосферы на под печи ставят муфель с песочным затвором. В муфель вводится взрывобезопасный газ.

Электрические печи имеют ряд преимуществ перед топливными: отсутствие дымовых газов; не требуется дымососной системы; хорошая теплоизоляция; облегченное регулирование температуры и сигнализации; лучшие возможности применения контролируемой атмосферы; хорошие санитарные условия в цехе.

К недостаткам электропечей относятся: более длительный на­грев деталей, чем в газовых и мазутных печах, вследствие пере­дачи тепла главным образом излучением (циркуляция горячего воздуха или газа в печи создает конвективный теплообмен и уско-

ряет нагрев); необходимость, заземления печей и др.; окисление деталей при нагреве, если не применяется контролируемая атмо­сфера; большие затраты при эксплуатации.

На машиностроительных заводах широко используются камер­ные электрические печи.

Существует серия камерных электропечей, обозначаемых ин­дексом СНО,с металлическими нагревателями. Эти печи компактны, имеют большую производительность, небольшой расход электро­энергии и больший срок службы металлических нагревателей

Рис. 6. Камерная электрическая печь СНО-8,5.17.5/10:

/ — механизм подъема дверцы; 2 — нагревательные элементы; 3 — футеровка;

4 — кожух

вследствие применения высококачественных огнеупорных и тепло­изоляционных материалов, равномерное распределение тепла по длине рабочего пространства.

К недостаткам печей серии СНО относится наличие окисли­тельной атмосферы в рабочем пространстве, невозможность ис­пользования контролируемых атмосфер и ручной подъем и опуска­ние дверей печей (за исключением печи СНО-8,5.17.5/10, где подъем и опускание дверец производится с помощью электромеха­нического привода).

Конструкция печи СНО-8,5.17.5/10 показана на рис. 6. Раз­меры пода этой печи — 850x1700 мм. Футеровка печи состоит из огнеупорного слоя ультралегковесного кирпича и изоляции. Нагрев печи производится с помощью элементов, изготовленных из проволоки диаметром 7 мм сплава марки Х20Н80. Эти эле­менты расположены на боковых стенках, своде и на поду печи. Питание элементов осуществляется от трехфазной сети через понизительный трансформатор типа ТПТ-60ВЧТ. Рабочая темпе­ратура печи 1000° С регулируется автоматически.

9*

ВНИИЭТО разработал типаж камерных электропечей с метал­лическими и карборундовыми нагревателями. Электропечи вы­пускают заводы электротермического оборудования. Этот типаж состоит из большого количества печей с различными размерами рабочего пространства. В основу разработанного типажа печей положено: увеличение мощности и производительности печей, соз­дание специализированных конструкций для разных технологи-

Рис. 7. Камерная электрическая печь с контролируемой атмосферой СНЗ-2,5.5.1,7/10:

ботки деталей из цветных металлов и сплавов. Печи с темпера­турой до 1000° С служат для отжига, нормализации и закалки стальных деталей, а печи с рабочей температурой до 1250° С предназначаются для термической обработки деталей и инстру­ментов из быстрорежущих и других высоколегированных ста­лей. Эти печи имеют индекс СНЗ. На рис. 7 показана печь СНЗ-2,5.5.1,7/10, изготовляемая Чадыр-Лунгским заводом элек­тротермического оборудования. Эта печь имеет наименьшие раз­меры рабочего пространства — 500X250 X 170 мм. Кожух печи

/ — дверца; 2 — боковой нагреватель; 3 — футеровка; 4 — газоподвод; 5 — подовый

нагреватель; 6 — кожух

ческих процессов и деталей, внедрение форсированного нагрева, уменьшение габаритов и веса печей, повышение рабочих темпера­тур, расширенное использование контролируемых атмосфер, меха­низация и автоматизация загрузочных и разгрузочных операций. Электропечи применяются для отжига, нормализации и за­калки стальных деталей. Преимуществом этих печей является воз­можность применения контролируемой атмосферы и механизация загрузки и разгрузки. Контролируемая атмосфера вводится через заднюю торцовую стенку. Кроме того, в нижней части кожуха печи крепится трубопровод, состоящий из двух линий: по одной подается газ, по другой — воздух. Газ и воздух, смешиваясь в го­релке и сгорая в камере сгорания, создают пламенную газовую завесу, перекрывающую проем при открытой дверце. Этот типаж состоит из трех групп камерных печей с металлическими нагре­вателями, которые подбирают в зависимости от температур нагрева (700, 1000 и 1250° С). Печи с рабочей температурой до 700° С предназначены для отпуска стальных деталей, а также для обра-20

Рис. 8. Электропечь с карборундовыми нагревателями ГЗО-А

герметичен, проволочные зигзагообразные нагреватели располо­жены на поду и боковых стенках рабочей камеры. В других печах СНЗ нагреватели уложены дополнительно на своде и дверце. Устройство для создания пламенной завесы смонтировано под дверцей. Расход защитного газа на рабочую камеру составляет 2,5 м³!ч и на пламенную завесу 5 м³1ч (при непрерывном горении). Потребляемая мощность печи при садке 50 кг и нагреве до 850° С составляет 12 квт.

Для более высоких температур (до 1350° С) изготовляли элек­трические камерные печи серии Г двух типов (Г-30 и Г-50), раз­личающиеся между собой размерами и потребляемой мощностью. В этих печах используют карборундовые нагреватели.

Конструкция печи с карборундовыми нагревателями пока­зана на рис. 8. По четыре нагревателя в виде стержней с утолщен­ными выводными концами помещают в горизонтальном положе­нии у свода и под подом печи, состоящим из карборундовых плит. В задней стенке печи имеется отверстие для установки термопары. Эти печи снабжены трансформаторами с несколькими ступенями

Напряжения. По мере увеличения сопротивления карборундовые стержней (вследствие старения) повышают напряжение на зажи­мах трансформатора.

В настоящее время типаж печей с карборундовыми нагрева­телями расширен. Введено новое обозначение печей СНО. Разра­ботано четыре типоразмера с установленной мощностью от 10 до 100 кет. Максимальная рабочая температура 1350° С. В новых печах обеспечивается высокая стойкость нагревателей вследствие снижения удельной поверхностной мощности. Кожухи печей и выводы выполняются газонепроницаемыми для того, чтобы было можно использовать контролируемую атмосферу. При открытии дверцы создается пламенная завеса.

Новые печи с карборундовыми нагревателями имеют некоторые преимущества: используется контролируемая атмосфера и деталь при нагреве не окисляется, автоматическое регулирование темпе­ратуры не вызывает трудностей. К недостаткам печей относятся частый выход из строя карборундовых стержней в результате хрупкости, приводящей к поломке, отсутствие механизированной загрузки и выгрузки деталей, окисление деталей при выходе их из печи, при переносе в закалочный бак.

Печи с карборундовыми нагревателями применяются для нагрева под закалку инструментов из быстрорежущих и хроми­стых высоколегированных сталей.

Обычно инструменты перед загрузкой в высокотемпературную печь подогревают до 850° С в другой печи. Для осуществления этих двух операций в одной печи удобна двухкамерная печь, показанная на рис. 9. Нижняя камера служит для подогрева деталей до температуры 850° С, верхняя — для окончательного нагрева до температуры 1300° С. Обе камеры футерованы огне­упорным кирпичом. В качестве теплоизоляции нижней камеры использована диатомитовая засыпка, а верхней камеры — зонолит. Нагреватели нижней камеры 2 выполнены из сплава Х20Н80 и уложены на боковых стенках печи; в верхней камере устанавли­ваются карборундовые нагреватели 3. Нагреватели нижней камеры соединены непосредственно с сетью 380 в, а нагреватели верхней камеры подключаются через понижающий трансформатор. Темпе­ратура регулируется автоматически, для этого в каждой камере установлены отдельные термопары. Размеры подогревательной камеры 330 X 410 X180 мм, мощность 9 кет. Размеры камеры высокого нагрева 250x360x175 мм, мощность 9,75 кет, произ­водительность печи 25—30 кг/ч.

В промышленности часто возникает необходимость нагревать детали при температурах 1400—1500° С как в окислительной, так и защитной атмосфере. В этих случаях используют электропечи с нагревателями из дисилицида молибдена. Наиболее устойчивы эти нагреватели в окислительных средах (воздухе, кислороде, водяном паре, углекислоте). Для таких высоких температур нужны высокоогнеупорные материалы. Для кладки печей в этих 22

случаях применяют силиманит, шамот и диатомитовый кир­пич.

Камерная электропечь типа СНО-3.4,5.2/16 с нагревателями из дисилицида молибдена для обработки различных деталей в окис­лительной и защитной атмосферах при температурах 1400—1600° С приведена на рис. 10. Кожух печи сварной из листовой стали, верхний лист кожуха съемный. Футеровка выполнена из высоко­глиноземистого шамотного и легковесного шамотного кирпича,

Рис. 9. Двухкамерная электропечь для обработки быстрорежущий и высоко­хромистой стали:

/ — кожух печи; 2 — нагреватели нижней камеры; 3 — нагреватели верхней камеры; 4 — дверца нижней камеры; 5 — механизм подъема дверцы верхней камеры

а теплоизоляция — из ультралегковесного шамотного кирпича. На печи установлен конечный выключатель, который в момент открывания дверцы автоматически отключает нагревательные элементы. В печи используется двухпозиционное регулирование температуры с помощью двух термопар и двух потенциометров. Термопары установлены через свод печи. Одна из термопар под­ключена к регулирующему прибору, а другая — к отключающему. Кроме того, производится периодический контроль температуры деталей с помощью радиационных пирометров через отверстия в боковой стенке печи и дверце. Эти отверстия закрыты пробками и открываются только во время контроля температур. Нагрева­тельные элементы печи U-образной формы. Максимальная темпе­ратура печи 1600° С, а рабочая 1500° С. Напряжение питающей сети 380—220 в, а рабочее напряжение на нагревателях 75 е. Их питание электроэнергией производится через понижающий

трансформатор. Размеры рабочего пространства 300 X450 X 200 мм, габаритные размеры 1090x1320x1840 мм. Такие печи изгото­вляют на Артикском заводе вакуумных электропечей.

Рис. 10. Камерная электропечь типа СНО-3.4,5.2/16 с нагревателями из диси-

лицида молибдена:

/ — кожух; 2 — футеровка; 3 — дверцы с механизмами открывания; 4 — нагреватель­ные элементы; 5 — трансформатор; 6 — термопара

§ 2. КОЛПАКОВЫЕ ПЕЧИ

К более сложным конструкциям печей периодического дей­ствия относятся колпаковые печи. Эти печи служат для отжига стальной проволоки и ленты и для термической обработки цвет­ных сплавов. Колпаковые печи могут быть газовые и электри­ческие. Для колпаковых электропечей с защитной атмосферой принято следующее обозначение: после индекса СГЗ в числителе указан диаметр и высота рабочего пространства в дм, в знамена­теле — температура в сотнях градусов. Иногда в обозначение печи добавляют буквы Ц и К (Ц — циркуляция атмосферы, К — дополнительный охладительный колпак; цифра — вес садки в т, например, СГЗ-14.35/7-ЦК-1).

Колпаковая электропечь показана на рис. 11. Эта печь изго­товляется на Новосибирском заводе электротермического обору­дования и предназначена для отжига стальной ленты. Кон­струкция печи состоит из переносного футерованного колпака, четырех стационарных стендов и четырех жароупорных муфелей.

живания вентиляторов и системы газоподвода под печью делается приямок. Термообработка производится следующим образом: после окончания цикла нагрева и выдержки на одном стенде деталей камера передвигается с помощью электромеханического привода на другой, подготовленный к работе стенд, на первом стенде происходит охлаждение деталей под муфелем до темпера­туры 200° С при непрерывной подаче аммиака.

Печь имеет размеры рабочего пространства 750x2400x950 мм, габаритные размеры 2950x8600x3800 мм. Максимальная рабо­чая температура печи 650° С, мощность 100 кет. Такие печи изготовляют на Бийском заводе «Электропечь».

Дата добавления: 2015-06-27