4.2. Термические печи

Термические печи служат для придания определенных свойств изделиям или их поверхностям. Высокотемпературные печи применяют для нагрева стальных изделий в интервале внутриструктурных превращений (700-1200С), а низкотемпературные для нагрева до 250-700С, то есть ниже области внутриструктурных процессов.

К термическим печам предъявляют более жесткие требования, чем к нагревательным, в отношении равномерности нагрева и строгого поддержания заданной температуры внутри камеры. Горелочные устройства, установленные в таких печах, должны регулироваться в широком диапазоне по расходу топлива в зависимости от режима работы печей.

В термических печах кроме излучения на теплообмен большое влияние оказывает и конвекция, а в низкотемпературных печах конвективный теплообмен даже преобладает. Поэтому качественный нагрев металла может быть достигнут только при равномерном распределении потоков в рабочем пространстве печи. Это достигается устройством выносных топок, правильным выбором и расположением газовых горелок и систем дымоходов, определяющих направление движения потоков продуктов сгорания в печи.

Термические печи главным образом, делятся на камерные со стационарным или выдвижным подом (в которых изделия находятся в неподвижном состоянии) и проходные (в которых изделия перемещаются в рабочем пространстве печи). При обработке изделий в контролируемой защитной атмосфере в рабочем пространстве печи непосредственное сжигание газа исключается, поэтому в этих случаях прибегают к использованию муфельных или колпаковых печей или к печам с радиационными трубами, в которых отсутствует контакт продуктов горения с нагреваемым материалом. Термические печи подразделяются также и по технологическому признаку на печи для отжига, нормализации, закалками и отпуска металлических изделий.

В камерной термической печи инжекционные горелки, установленные в нижней части, обогревают ее под. Продукты сгорания поступают в рабочее пространство и удаляются через каналы, расположенные на уровне пода, в вытяжной колпак. Напряжение пода у подобных печей составляет 60-150 кг/м³ ч.

В термических печах, в которых необходим особо равномерный нагрев поверхности изделий, применяют панельные радиационные горелки, которые не образуют факела, направленного непосредственно на изделия. Продукты сгорания удаляются через узкие щели в поду. Эти печи по компактности и равномерности нагрева не уступают электрическим и выгоднее их в эксплуатации.

Для термической обработки металла широко используются также печи с выдвижным подом и рециркуляцией продуктов сгорания в камере, происходящей за счет энергии струй и факела горелок или при помощи внешних побудителей.

Термическая обработка длинных заготовок (валы, роторы, трубы) обычно производится в полумуфельных вертикальных печах. Изделия в них нагреваются в основном за счет передаваемого через стенки муфеля тепла. Применение муфеля в таких печах вызвано необходимостью предотвратить местные нагревы изделий. Такие условия нагрева можно осуществлять и в вертикальных безмуфельных печах, системы А.У. Пуговкина (рис. 21), в которых рециркуляция продуктов сгорания осуществляется за счет энергии газовоздушных потоков направляемых из горелок в инжекционные смесители, выполненные в кладке печи.

Газовые вертикальные безмуфельные печи при работе с автоматически регулированием значительно эффективнее существующих полумуфельных печей. Производительность их увеличивается а 1,5-2 раза, а удельный расход топлива снижается в 2-2,5 раза.

Скоростной нагрев в пламенных высокотемпературных печах применяется не только для металла под прокатку, но и при термической обработке стали и цветных металлов в массовом производстве, например, для нормализации электросварных труб, для закалки труб из легированных сталей и т.п.

Рис. 21. Вертикальная безмуфельная термическая печь с рециркуляцией газов:1  двух проводная горелка; 2  инжекционное устройство; 3  рециркуляционный дымоход.

В металлургической промышленности для термической обработки металла в рулонах или бунтах наиболее распространены муфельные колпаковые печи.

Рис. 22. Одностопная колпаковая термическая

печь: 1  стенд; 2  эжектор; 3  средние конвекторные

прокладки; 4  рулоны металла; 5  муфель с двойными

стенками; 6  нагревательный колпак; 7  крышка стопы;

8  нижняя конвекторная прокладка; 9  инжекционная

горелка; 10  направляющий аппарат; 11  гофрированные

опорные кольца; 12  газо- и воздухопроводы;

13 – циркуляционный вентилятор.

Одностопная колпаковая печь (рис. 22) состоит из стационарного стенда 1, на который укладывается металл металлического муфеля 5, покрывающего нагреваемый металл и съемного колпака 6, на котором установлены газовые горелки 9. Для создания равномерной температуры по всему объему рабочего пространства на колпак устанавливается множество горелок малой производительности. Топочные объемы горелок колпаковых печей обычно экранируют карборундовыми плитами для

предотвращения прямого удара факела горелки в муфель. Продукты сгорания проходят между колпаком и металлическим муфелем под свод колпака, затем опускаются вниз и удаляются через дымоходы с помощью эжекторных установок 2.

Вес садки металла в одностопной колпаковой печи составляет 10-15 т. При нагреве металла в таких печах тепло к наружной поверхности муфеля передается излучением и конвекцией от продуктов сгорания и излучением от раскаленной поверхности кладки нагревательного колпака. Передача тепла от муфеля к нагреваемому материалу происходит излучением и конвекцией, так как в колпаковых печах нагревают (а также охлаждают) садку под муфелем в атмосфере защитного газа, подаваемого к муфелю.

Циркуляция защитного газа под муфелем в колпаковых печах осуществляется при помощи вентилятора, встроенного в стенд, на котором установлен муфель. Это значительно ускоряет нагрев и последующее охлаждение металла и увеличивает производительность печей. Наряду с одностопными в промышленности применяются и трехстопные колпаковые печи.