Печи нагревательные для термической обработки

ВВЕДЕНИЕ

Пластическая деформация и термическая обработка металла протекает при высоких температурах. Основными агрегатами для нагрева металла являются печи, в которых выделяется теплота в результате горения топлива или преобразования электрической энергии.

Печи должны удовлетворять следующим требованиям:

1.   Обеспечивать высокую производительность при заданных технологических условиях нагрева.

2.   Минимальный удельный расход топлива.

3.   Возможность изменения производительности и ассортимента нагреваемых изделий.

4.   Наличие механизации загрузки и выгрузки изделий.

5.   Простата и безопасность обслуживания и ремонта.

6.   Возможность автоматического управления печью.

В кузнечных цехах крупно серийного и массового производства большое распространение получили печи, имеющие большую производительность.

В толкательных проходных печах загрузка и выгрузка осуществляется непрерывно.

Современные нагревательные печи имеют механизмы загрузки и выгрузки изделий и продвижение их в печи;

Предусмотрено автоматическое регулирование теплового режима;

Для получения без окислительного нагрева металла применяют печи с защитной, контролируемой атмосферой.

Современные кузнечнопрессовые цеха оснащены быстроходными машинами для обработки металлов давлением. Для их бесперебойного обеспечения горячими заготовками требуются механезированые нагревательные печи. Нагрев изделий под термическую обработку осуществляется в проходных печах (массовое производство).

1 НАЗНАЧЕНИЕ ПЕЧИ И ПРИНЦИП ЕЕ РАБОТЫ

 

Печи нагревательные применяются для термической обработки однородных по форме и размерам изделий.

Конечная температура нагрева металла в этих печах до 1150^оС.

Печи этого типа могут применяться как для работы с обычной печной атмосферой (индекс ТТО), так и с искусственной атмосферой (индекс ТТЗ). В последнем случае печи выполняются с муфелированием пламени (печи с рациональными трубами) или с муфелированием садки (печи муфельные).

Агрегаты толкального типа применяются для комбинированной термической обработки, например закалка – отпуск – нормализация – цементация (или нитроцементация) и др.

В зависимости от установленного режима термической обработки конечная температура нагрева металла может быть ниже предельно-допустимой для печей толкательных (1150^оС). В этих случаях возможно включение в состав агрегатов печей в модификации с предельной температурой 650^оС.

При низком отпуске (200^оС) предусматриваются два типа размера толкательных печей в модификации до 200^оС. Для остальных случаев низкого отпуска рекомендуется электронагрев.

В комплект установки печи входят собственно печь, толкатель для передвижения поддонов, выталкиватели, поддоны, средства возврата поддонов, приборы теплового контроля и автоматики, а также в случаях применения искусственной атмосферы – установка (или станция) приготовления соответствующей атмосферы.

В состав агрегатов в зависимости от их назначения, помимо соответствующих печей могут входить баки закалочные и замоченные, камеры охлаждения, моечные машины и соответствующие обрабатываемой продукции средства внутриагрегатного транспорта (конвейеры, опрокидыватели и др.).

При комплектации агрегатов вспомогательное оборудование стоит выбирать по IV части руководящего материала для специальных изделий может применяться специальное вспомогательной оборудование.

Нагреваемые изделия выкладываются на поддоны из жароупорной стали. Размеряя поддонов сертифицированы и согласованны с принятыми площадями полов печей. Печи отапливаются природным газом или нефтяным топливом (мазутом), сжигаемым с помощью типовых горелок или форсунок.

Для подогрева воздуха, идущего на горение, в печах работающих на газе низкого давления, применяются трубчатые или игольчатые чугунные рекуператоры. При отоплении печей мазутом игольчатые рекуператоры должны иметь защитные секции из термоблоков. Если печи отапливаются газом среднего давления, с применением инжекторных горелок, рекуператоры не устанавливаются, и воздух для горения не подогревается.

Продукты горения отводятся под зонт и далее в вытяжную трубу или борова и дымчатую трубу.

Печи с неискусственной атмосферой отапливаются теми же видами топлива при муфелировании садки и только природным газом при муфелировании пламени. Печи с муфелированием пламени могут быть как с вертикальным расположением радиационных труб, так и горизонтальным.

В печах с искусственной атмосферой устанавливаются специальные вентиляторы для перемешивания и рециркуляции печной атмосферы в целях интенсификации и равномерности процессов термообработки.

Тепловой режим и режим давления в печах поддерживается автоматически.

Печи и агрегаты устанавливаются на фундаменты.

Печи этого типа могут выполняться однорядными или при большой производительности двухрядными.

Высота рабочего пространства печей принимается ~0,8 от ширины, но может уточняться по согласованию с ведущей проектной организацией.

Кладка печей выполняется из шамотного, шамотного легковесного, диатомового и глиняного (красного) кирпича и заключаться в сварной металлический каркас с обшивкой из листовой стали.

Производительность печей изменяется, в зависимости от марки стали, вида термообработки, топлива и должна уточняться в каждом конкретном случае.

В связи с развитием техники радиационного нагрева применение муфельного нагрева ограничено.

Толкательная печь с нижними топками для термической обработки и нормализации штампованных заготовок или для нагрева заготовок из цветных сплавов. Нормализация – нагрев до пластического состояния. Поддоны с деталями устанавливают с помощью монорельса на стол загрузки и толкателем подаются в печь. Заслонка, перемещаясь по чугунной раме, плотно закрывает рабочее окно. Газ, сжигаемый в нижних топках, подается горелками. Продукты горения выходят из топок через боковые каналы, обогревают садку и удаляются через дымоходы, над которыми установлен рекуператор для нагрева воздуха. Для устранения подсосов холодного воздуха в торцевой стенке установлены две горелки и выполненные топочные каналы. После нагрева изделий поддон выкатывается по наклонной плоскости на последующую операцию. В печи имеются две тепловые зоны с автоматическим регулированием температурного режима.

Для измерения температур в нагревательных печах преимущественно применяют термопары. Сущность их работы заключается в том, что в месте соединения двух нагретых электродов из разных материалов или сплавов возникает термоэлектродвижущая сила (т. э. д. с.), если к двум другим концам этих проводников подключить чувствительный милливольтметр, то он покажет величину т. э. д. с.

Спаи электродов помещают в среду с температурой, которую требуется измерить. Свободные концы термопары, к которым подсоединяют соединительные провода, располагают в местах с более низкой и постоянной температурой. Для предохранения от механических повреждений электроды, предварительно изолированные друг от друга фарфоровой изоляцией (бусами), заключают в металлические трубки (или при температуре выше 1200^о С в фарфоровые трубки).

Наибольшее применение получили платинородиевая – платиновая (ТПП), хромель-алюмелевая (ТХА) и хромель-копелевая (ТХК) термопары. При длительной эксплуатации термопарами ТПП можно измерять температуру до 1300^о С, термопарами ТХА до 1100^о С и термопарами ТХК до 600^о С. При кратковременных измерениях пределы измеряемых температур повышается для всех термопар на 200^о С.

При установке термопар в рабочем пространстве печи трудно обеспечить постоянство температуры их свободных концов. Для перенесения свободных концов термопар в зону постоянных температур применяют специальные компенсационные провода, удлиняющие как бы электроды термопар. Изоляция компенсационных проводов имеет различную опознавательную расцветку для правильного подключения их к электродам термопар.

Для измерения т. э. д. с. применяют переносные показательные милливольтметры, щитовые показывающие милливольтметры и самопишущие милливольтметры на одну, три и шесть точек измерения.

Все милливольтметры являются приборами магнитоэлектросистемы, у которых в поле постоянного магнита вращается рамка, намотанная из тонкой проволоки на железные сердечники.

Ток к рамке подводится от термопары. При прохождении электротока через рамку возникает магнитное поле, которое взаимодействует с магнитным полем магнита, в результате чего рамка проворачивается. При повороте рамки спиральные пружинки закручиваются, а при исчезновении поля возвращает стрелку милливольтметра в нулевое, исходное положение.

Каждому значению т. э. д. с. соответствуют определенный угол поворота рамки; при этом по положению стрелки милливольтметра определяют силу тока в цепи, а следовательно, и измеряемую температуру. Потенциометры применяют для непрерывного измерения и регистрации температур, а также для автоматического регулирования тепловых процессов. Источник питания, э. д. с. замкнут через выключатель на цепь, состоящую из постоянного балластного сопротивления, реостата и реохорда. Термопара, развивающая т. э. д. с. подключается к началу реохорда и к движку реохорда; полярность соединения должна соответствовать принятой схеме, т. е. измеряем т. э. д. с. и э. д. с. источника питания должны быть направлены на встречу друг другу.

Силу рабочего тока в цепи реохорда устанавливается перед началом измерением. Рабочий ток в цепи реохорда устанавливают обычно раз в смену. В автоматических электронных потенциометрах эту операцию выполняют нажатием на кнопку «стандартизация тока».

Непрерывно измеряют, записывают и регулируют температуру электронными автоматическими потенциометрами, у которых в качестве нуль - гальванометра используют электронный усилитель.

Рисунок 1 – Толкательная печь

1.             Толкатель

2.             Стол загрузки

3.             Заслонка

4.             Дымоход

5.             Чугунная рама

6.            Рекуператор

7.            Горелки

8.            Топочные каналы

9.            Наклонная плоскость

10.         Горелки

2 РАСЧЕТ ГОРЕНИЯ ТОПЛИВА

 

Печь отапливается природным газом месторождения «курдюмское».

Коэффициент расхода топлива n=1

Таблица 2.1 – Состав природного газа

CH4	C2H6	C4H10	N2
92,2 %	0,8 %	1,0 %	6,0 %

Химические реакции горения.

CH₄ + 2O₂ = CO₂ + 2H₂O

C₂H₆ + 3,5O₂ = 2CO₂ + 3H₂O

C₄H₁₀ + 6,5O₂ = 4CO₂ + 5H₂O

N_{2 ТОП}→N