Основные размеры рабочего пространства термических печей и их номинальные температуры

Классификация термических печей

Классификация и индексация печей термических цехов и нагревательных установок

Введение

Содержание

Введение
1.	Классификация и индексация печей термических цехов и нагревательных установок………………………………………..
	1.1.	Классифкация термических печей …………………….
	1.2.	Основные размеры рабочего пространства термических печей и их номинальные температуры ……………………….
	1.3.	Индексация термических печей………………………………
	1.4.	Индексы индукционных закалочных установок……………
2.	Основные типы печей термических цехов……………………..
3.	Общая характеристика электрических печей сопротивления периодического действия………………………………………..
	3.1.	Камерные электропечи………………………………
		3.1.1.Низкотемпературные электрические печи сопротивления ……………………………………………..
		3.1.2.Среднетемпературные электрические печи……..
		3.1.3.Высокотемпературные камерные электропечи…
		3.1.4.Некоторые конструкции печей прежних лет………….
		3.1.5.Новые конструктивные решения камерных электропечей……………………………………………………
	3.2.	Шахтные печи……………….…………………………...........
		3.2.1.Низкотемпературные шахтные печи……………………
		3.2.2. Среднетемпературные шахтные электропечи………….
		3.2.3. Шахтные печи разных конструкций…………………...
	3.3.	Электропечи с выдвижным подом и колпаковые…….
		3.3.1.Камерные электропечи с выдвижным (выкатным) подом…………………………………………………………....
		3.3.2.Колпаковые электропечи………………………………
	3.4.	Элеваторные печи…….…………………………………..
		3.4.1. Вакуумные элеваторные печи…………………………..
4.	Печи непрерывного действия (методические)……………………….
	4.1.	Барабанные печи………………………………………………..
	4.2.	Карусельные печи………………………………………………
	4.3.	Печи с шагающим подом……………………………………..
	4.4.	Печи с пульсирующим подом…………………………………
	4.5.	Толкательные печи……………………………………………..
	4.6.	Конвейерные печи………………………………………. ……
	4.7.	Печи с роликовым подом (рольганговые).…………………..
	4.8.	Протяжные печи………………………………………………
	4.9.
	Печи с жидким теплоносителем……………………..........................
	5.1.	Классификация печей с жидкими теплоносителями…………
	5.2.	Соляные ванны…………………………………………............
6.	Вспомогательное оборудование термических цехов………………
	6.1.	Закалочные баки……………………………………………….
	6.2.	Моечные машины……………..……………….………………
	6.3.	Камеры охлаждения………………………….………………...
7.	Агрегаты для термической обработки……………………………….

Существующие в настоящее время учебники и учебные пособия по этим дисциплинам или морально устарели или не отвечают содержанию дисциплины согласно государственных образовательных стандартов или же написаны для термических цехов металлургических предприятий, где в основном используются крупные печи для отжига и нормализации.

Для нагрева изделий под термическую обработку широко используются печи и установки. Печь является термическим устройством, имеющим теплоизолированное замкнутое пространство (печную камеру), где осуществляется нагрев. Печная камера отделяется от окружающего пространства специальной кладкой, называемой футеровкой. Нагревательная установка не имеет традиционной кладки и нагрев осуществляется внутренними источниками: индукцией, прямым пропусканием тока, электронным лучом и т. д.

В промышленности, вследствие широкой номенклатурынагреваемых изделий и различной температуры нагрева применяется множество типов термических печей, что вызывает необходимость их классификации. Она осуществляется по следующим признакам, оказывающим наиболее сильное влияние на конструкцию и работу печей /2, 3, 4, 7, 9/:

1) по источнику тепловой энергии (теплогенерации);

2) характеру работы печей;

3) атмосфере рабочего пространства;

4) рабочей температуре.

По источнику тепловой энергии (теилогенерации) различают термические печи топливные (теплогенерация за счет сжигания топлива) и электрические (превращение электроэнергии в тепло). Кроме того, в зависимости от способа превращения электроэнергии в тепло различают электрические печи сопротивления (прямого и косвенного действия), индукционные и электронно-лучевые печи. В топливных (пламенных) печах в основном используется газовое топливо, сжигаемое в специальных горелках. Для нагрева печей практически не применяются мазут и твердое топливо.

В электрических печах теплогенерация осуществляется за счёт:

1) прохождения электрического тока через газ, при котором образуется электрическая дуга или плазма (дуговые, плазменные установки);

2) образования вихревых токов в нагреваемом металле при воздействии электрического тока на магнитное поле (индукционные установки);

3) перемагничивания и поляризации диэлектриков (установки диэлектрического нагрева);

4) выделения Джоулева тепла при прохождении электрического тока через проводник с высоким омическим сопротивлением (печи сопротивления);

5) кинетической энергии электронов, помещённых в переменное электрическое поле (электроннолучевые печи).

По характеру работыпечи бывают периодического и непрерывного действия. При эксплуатации печей периодического действия (садочные печи), металл загружают на неподвижный или выкатной под, который в процессе нагрева неподвижен. Если загрузка идет на неподвижный под, то нагреваемый металл загружается в частично остывшую рабочую камеру, а если под выкатной, то металл загружается в совсем холодную рабочую камеру. В последнем случае разогрев металла происходит вместе с нагревом рабочей камеры печи. Это вызывает дополнительный расход топлива или электроэнергии.

В печах непрерывного действия (их также называют методическими или проходными) нагреваемый металл перемещается от загрузочного торца печи к разгрузочному, проходя через необходимые по режиму нагрева зоны. Для транспортировки металла через рабочую камеру печи применяют различные устройства. Печи непрерывного действия обеспечивают поточность производства и хорошо вписываются в современные непрерывные производственные линии при их компоновке с закалочными баками, охладительной камерой и другими вспомогательными агрегатами. Их работу легко механизировать и автоматизировать. Однако применение печей данного типа ограничивается двумя факторами:

1) трудностью или невозможностью транспортировки через рабочую камеру тяжелых и крупногабаритных нагреваемых изделий;

2) нецелесообразностью применения таких печей, если требуется длительная выдержка металла, поскольку печи в этом случае должны быть очень длинными.

Печи же периодического действия (садочные), при всех их теплотехнических недостатках, обеспечивают большую универсальность и гибкость в эксплуатации, так как в них можно осуществлять любой температурный режим. Эти печи позволяют производить термообработку изделий очень крупного размера с любой, самой длительной, технологической выдержкой.

Важными характеристиками, влияющими на конструкцию печей и на такие показатели их работы как производительность, расход топлива или электроэнергии являются тепловой и температурной режимы печей. Тепловым режимом называется закон изменения во времени или в пространстве количества тепла, подводимого в печь. Температурным режимом печи называют закон изменения температуры теплопередающей среды во времени и печном пространстве.

В зависимости от режима работы (конвективный или радиационный) существенно по разному выполняются конструктивные элементы печей – теплообменников.

По атмосфере рабочего пространства печи и нагревательные устройства могут иметь контролируемую атмосферу: нейтральную (неокисляющую) или же обезуглероживающую или же наоборот науглероживающую атмосферы. Могут быть специальные печи-ванны с расплавленными солями или металлами.

При печном нагреве в обычной атмосфере происходит окисление поверхностного слоя изделий. Кроме того, при нагреве железоуглеродистых сплавов наблюдается обезуглероживание их поверхности. Иногда, когда эти два явления нежелательны, нагрев ведут в защитных искусственных атмосферах или в вакууме. Окислительная среда - то продукты сгорания топлива (в топливных печах) или атмосферный воздух (в электрических печах).

При нагреве металлических изделий в печах с обычной атмосферой их поверхностный слой существенно окисляется. Изделия из черных металлов, кроме того, обезуглероживаются. В случае недопустимости окисления поверхности изделий и их обезуглероживания нагрев ведут в рабочем пространстве печей, поддерживая искусственную, защитную атмосферу. Для осуществления работы печей с защитной или специальной атмосферой нужны особые конструктивные меры. Они сводятся к одной из двух схем применяемых в топливных и электрических печах:

1) муфелирование нагреваемого металла, т. е. помещение eгo под муфель и заполнение подмуфельного пространства требуемым газом;

2) муфелирование пламени, при котором газ сжигают внутри трубчатого радиационного нагревателя.

Муфели и радиационные нагреватели (трубы) применяются и в электропечах. Безокислительный нагрев значительно снижает потери металла с окалиной. Однако эти печи сложны по конструкции.

Для предотвращения окисления также применяются вакуумные электрические печи. Эти печи работают при низком давлении печной атмосферы. Нагрев изделий в вакууме по сравнению с нагревом в защитной атмосфере (аргон, гелий и т. п.) оказывается более целесообразным, поскольку снижает эксплуатационные затраты, несмотря на первоначальные затраты на изготовление вакуумных печей.

Преимущества нагрева в вакууме позволяют использовать эти печи для различных видов термической обработки, включая отжиг, закалку и др.

По рабочей температуре,т. е. температуре рабочего пространства печи делятся на низкотемпературные, среднетемпературные и высокотемпературные.

В низкотемпературных топливных печах срабочей температурой до 600…700 °С устойчивое сжигание топлива в рабочем пространстве печи становится невозможным. Поэтому устраивают отдельную вынесенную топку, и продукты сгорания выходящие из нее, разбавляют холодным воздухом или остывшими дымовыми газами с целью снижения температуры. После этого газы с требуемой температурой направляют в рабочую камеру. Для интенсификации конвективного теплообмена в таких печах устанавливают вентиляторы, обеспечивающие ускорение нагрева металла и повышение его равномерности.

Аналогично осуществляется нагрев металла в низкотемпературных электрических печах сопротивления. Нагревательные элементы устанавливаются в отдельную камеру – калорифер, где их обдувают воздухом, который в результате нагревается. Подогретый воздух направляют с помощью вентилятора в рабочую камеру, где он отдает свое тепло металлу, после чего снова поступает в калорифер. В таких печах практически преобладает конвективный теплообмен.

Низкотемпературные печи сопротивления, как периодического действия, так и методические, имеют следующие общие отличительные особенности:

1) для обеспечения быстрого нагрева и повышения равномерности распределения температуры в рабочей камере применяются устройства для принудительной циркуляции атмосферы;

2) кладка печи вследствие незначительных температурных перепадов между рабочим пространством печи и окружающей средой выполняется облегченной, а иногда выполняется без огнеупорного слоя;

3) полное отсутствие или незначительное применение жароупорных материалов в конструкциях печей;

4) нагревательные элементы выполняются из наиболее дешевых материалов (например, из сплава Х15Н35).

В средне - и высокотемпературных печах теплообмен в печном пространстве осуществляется в основном излучением, а роль конвективного теплообмена незначительна (при рабочей температуре печи 800 °С составляет 4…5 % от общего количества тепла, отдаваемого нагревательными элементами нагреваемым изделиям).

В среднетемпературных топливных печах с рабочей температурой 700…1200 °С устойчивое сжигание топлива также затруднено, но организация принудительной циркуляции продуктов сгорания с помощью вентилятора осложнена в связи с повышенной температурой. Для отопления таких печей широкое распространение нашла схема устройства подподовых топок (рис. 1.1).

Подсос в топку продуктов сгорания, отдавших свое тепло металлу, способствует увеличению расхода газов, движущихся в рабочей камере. Это обеспечивает равномерность нагрева и приводит к значительному увеличению доли конвективной теплоотдачи.

В электрических среднетемпературных печах сопротивления (700…1250 °С) нагревательные элементы размещают на стенках рабочей камеры, часто отделяя их от нагреваемого металла с помощью листовых экранов. Это позволяет снизить плотность теплового потока к металлу излучением и избежать его местных перегревов.

Воздухили защитная атмосфера продувается сквозь щелевые зазоры между стенками камеры и экранами с помощью вентиляторов и интенсивно отбирает тепло от нагревателей. Затем нагретый воздух, войдя в рабочую камеру, отдает тепло металлу и вновь поступает в щелевые зазоры для подогрева.

Рис. 1.1. Схема нагрева металла в печах с подподовыми топками

Печи такого типа, так же как и топливные печи с подподовыми топками, работают в смешанном режиме, т. е. доли конвективной и радиационной теплоодачи к металлу соизмеримы.

Верхняя температурная граница среднетемпературных печей (1200…1250 °С) определяется возможностью применения в электрических печах металлических сплавов для нагревательных элементов.

В высокотемпературных топливных термических печах с рабочей температурой больше 1250 °С горелки устанавливают непосредственно в рабочей камере.

В высокотемпературных электрических печах сопротивления нагревательные элементы размещают на стенках печи и на ее своде, а часто и в специальных пазах на поду. В этих печах принимаются все меры для интенсификации теплоотдачи излучением, поскольку она является преобладающим видом теплообмена иее доля достигает 85…95 %. Равномерность подвода тепла к нагреваемой поверхности обусловлена здесь условиями размещения горелок или нагревательных элементов в рабочей камере.

Все рассмотренные печи-теплообменники (топливные и электрические, с конвективным, радиационным или смешанным режимом работы, периодического или непрерывного действия) могут работать при заполнении рабочей камеры либо окислительной, либо защитной или специальной (в случае термохимической обработки) атмосферой.

Эти параметры регламентированы ГОСТ 26654-85. “Оборудование электротермическое. Ряды параметров и размеров” и распространяются на все виды электрических и топливных печей для термической химико-термической обработки и нагрева под обработки давлением в обычной или искусственной атмосфере: камерные со стационарным подом с выдвижным подом, шахтные, колпаковые, элеваторные, толкательные, конвейерные и др.

Размеры рабочего пространства печей должны соответствовать согласно стандарту ГОСТ 6636-60 следующему ряду значений: 100, 120, (150), 180, 200, 250, (300), 320, 400, (450), 500, (600), 630, (650), З00, (850), 1000, (1100), (1200), 1250, 1400, (1500), 1600, 1800, 2000, 2240, (2360), 2500, (3000), 3150, 3550, 4000, 4500, 5000, 5600, (6000), 6300, 7100, 8000 и далее через 1000 мм.

Стандартом установлено понятие рабочего пространства печи как пространства, определяемого шириной (диаметром), длиной и высотой садки, размерами корзин, поддонов. Рабочая температура печей (или их зон) должна соответствовать одному

из следующих значений: 100, 200, (250), 350, (400), 500, (650), 700, (750), З00, 900, (950), 1000, (1050), 1100, 1150, 1200, 1250, 1300, 1350, 1400, 1450, 1800, 1600 °С.

Пользоваться значениями размеров и температур, указанных в скобках можно только в достаточно обоснованных случаях.