Нагревательные печи металлургии. Методические печи прокатного производства. Режимы нагрева заготовок в многозонных методических печах

Методическая печь – проходная печь для нагрева металлических заготовок перед обработкой давлением (прокатка, ковка, штамповка). В свою очередь проходной печью называется печь непрерывного действия, в которой нагреваемые заготовки движутся вдоль печи, перемещаемые толкателем, рольгангом или другими механизмами. Загрузка и выгрузка проходной печи производятся через окна в торцовых стенах печи или в боковых стенках вблизи торцов.

В методической печи заготовки обычно передвигаются навстречу движению продуктов сгорания топлива; при таком противоточном движении достигается высокая степень использования теплоты, подаваемой в печь. Хотя встречаются прямоточные и прямопротивоточные печи. Заготовки проходят последовательно три теплотехнические зоны: методическую (зону предварительного подогрева), сварочную (зону нагрева) и томильную (зону выравнивания температур в заготовке). Иногда томильная зона может отсутствовать.

Методические печи классифицируют: а) по числу зон отопления в сварочной зоне плюс методическая зона, и, если есть, томильная зона (2-, 3-, 4-, 5-зонные); б) по способу транспортирования заготовок (толкательные, с подвижными балками и др.); в) по конструктивным особенностям (с нижним обогревом, с наклонным подом, с плоским сводом и т.д.).

Методические печи отапливают газообразным или жидким топливом с помощью горелок или форсунок.

Стандартные режимы нагрева металла в двухзонных, трёхзонных и многозонных методических печах приведены на рис. 9.6. Можно отметить, что, в отличие от нагрева металла в колодцах, тепловой поток на поверхность металла в начальный период нагрева (методическая зона) нарастает. Одновременно температура поверхности сначала резко увеличивается (скорость нагрева максимальная), а затем повышается медленнее (скорость нагрева падает) с постепенным увеличением скорости к концу методической зоны.

Преимущество многозонных печей перед двухзонными: гибкость в регулировке режима нагрева и, соответственно, меньший расход топлива при высоком качестве нагрева металла. Недостаток: усложнение конструкции системы отопления.

а ‑ 2-зонная печь; б ‑ 3-зонная печь; в ‑ многозонная печь; tг ‑ температура дыма; tух ‑ температура уходящего дыма; t0 ‑ начальная температура металла; tп ‑ температура поверхности металла; tс ‑ температура середины металла; qп ‑ плотность теплового потока на поверхности металла

Рис. 9.6 – Режимы нагрева заготовок в зависимости от числа зон методической печи (L ‑ длина печи)

 

Под качеством нагрева понимается: точность получения заданных температур в конце нагрева, величина окисления и обезуглероживания по­верхности заготовок, точность сохранения формы заготовок после воздействия термических напряжений. Ориентировочные значения отдельных показателей качества: температура нагрева заготовок в методических печах – 1100‑1250 °С; перепад температуры в конце нагрева – 400‑1000 °С/метр толщины заготовки; количество окислившегося металла – 0,5‑2 %; толщина обезуглероженного слоя – 0,5‑1,5 мм.

В дальнейшем изложении мы будем различать печи по способу транспортирования и рассмотрим следующие печи: толкательную печь, печь с шагающим подом, кольцевую печь, печь с шагающими балками и секционную печь. Мы не выделяем секционную печь в отдельную группу методически-камерных печей, как иногда делается в литературе, а относим к методическим печам, т.к. по своей сути секционная печь в первую очередь все-таки проходная печь и подходит под общее определение методических печей.

Материальный и тепловой балансы методических печей во многом схожи по своей структуре, – отличия связаны с числовыми показателями. Ориентировочные балансы приведены в табл. 9.3 и 9.4. В качестве основы в этих балансах взята толкательная печь.

 

Таблица 9.3 – Ориентировочный материальный баланс процессов в рабочем

пространстве методической печи (кг/кг нагретого металла)

Приход На 1 кг металла Расход На 1 кг металла
1. Загружаемый металл 1,015 1. Нагретый металл 1,000
2. Воздух для горения топлива 0,814 2. Продукты горения, в т.ч. – продукты горения топлива ‑ 1,031; – азот воздуха от окисления железа ‑ 0,018; 1,049
3. Топливо (коксодоменная смесь) 0,217 3. Окалина 0,021
4. Воздух для окисления железа 0,024    
Итого 2,070 Итого 2,070

 

Методические печи характеризуются наличием нескольких зон по длине печи. Так как тепловой баланс обычно составляется для определения расхода топлива и выбора горелок, то тепловой баланс методических печей часто приходится составлять для отдельных зон. В частности, для секционных печей, включающих 20 и более секций, тепловой баланс может быть составлен для каждой секции.

 

Таблица 9.4 – Ориентировочный тепловой баланс методической печи (на 1 кг

нагретого металла)

Приход % Расход %
1. Химическая энергия топлива 84,1 1. Физическая теплота нагретого металла (t = 1230 °С) 29,8
2. Физическая теплота воздуха для горения (t = 400 °С) 11,9 2. Физическая теплота продуктов горения топлива (t = 1000 °С) 46,4
3. Химическая энергия окисления железа 3,0 3. Потери теплоты с охлаждающей водой 20,2
4. Физическая теплота воздуха для окисления железа (t = 400 °С) 0,4 4. Потери теплоты теплопроводностью и излучением через окна 1,3
5. Физическая теплота металла (t = 20 °С) 0,4 5. Потери теплоты теплопроводностью через кладку 0,9
6. Физическая теплота топлива (t = 20 °С) 0,2 6. Физическая теплота окалины на металле (t = 1250 °С) 0,7
      7. Физическая теплота азота воздуха от окисления металла (t = 1000 °С) 0,7
Итого 100,0 Итого 100,0