4.1.4. Нагрівальне устаткування

Найпоширенішим устаткуванням, яке використовують для на­грівання заготовок перед обробкою тиском у ковальських цехах, є:

• камерні полуменеві печі;

• камерні електричні печі опору;

Рис. 4.1.3. Камерна

полуменева піч:

і — під; 2 — бічна стінка;

З — заготовка; 4 — пальник;

5 — склепіння; 6 — засувка;

7 — вікно; 8 — газовідвідний

канал

• напівметодичні полуменеві печі;

• пристрої контактного електронагрівання заготовок стру­мом промислової частоти;

— пристрої для нагрівання струмами високої частоти.

У полуменевих печах теплота до заготовок передається ви­промінюванням від внутрішніх поверхонь камери, а також кон­векцією гарячих газів. Для нагрівання полуменевих печей ви­користовують газоподібне або рідке паливо, а для нагрівання електричних печей і електропристроїв — електричний струм.

Камерна полуменева піч складається з металевого каркаса, викладеного зсередини вогнетривкою цеглою. Камеру печі утво­рюють під 1 (рис. 4.1.3), бічні стінки 2 і склепіння 5. Крізь вікно 7, що закривається засувкою 6, завантажують і виванта­жують заготовки 3. У стінках є отвори для пальників 4 або форсунок. За допомогою пальників у камеру печі подають пальну суміш з повітря і природного газу, а за допомогою форсунок — суміш з повітря й краплинок мазуту. Спалювання суміші ство­рює в камері температуру до 1200... 1300 °С. З метою додатково­го омивання заготовок гарячими газами рекомендують розта­шовувати газовідвідний канал 8 у нижній частині печі.

На шляху виходу з камери гарячих продуктів спалювання встановлюють металеві теплообмінники — рекуператори, в яких холодне повітря, що подається до пальників або форсунок, на­грівають до 200...300 °С і більше, завдяки чому заощаджують паливо.

1 — заготовка; 2 — пальник; 3 — вікно; 4 — водоохолоджувана труба; 5 — штовхач

Піч обладнують термоелектричним пірометром з самописом для контролю і запису температури та приладом автоматичного підтримування заданої температури. У камерних печах нагрі­вають переважно дрібні й середні заготовки.

Камерна електрична піч опору за конструкцією подібна до камерної полуменевої печі. Замість пальників або форсунок у стінках цієї печі вмонтовують металеві або карборундові елемен­ти опору, які живить силова електрична мережа. Ці елементи створюють у печі температуру до 1000 °С і більше, яка легко регулюється. Відсутність в електричних печах полум'я змен­шує втрати заготовок від оксидації заліза й вигоряння вугле­цю. Щоб додатково захистити заготовки від таких втрат, в гер­метизовану камеру печі вводять інертні або відновлювальні гази.

Характерною особливістю камерних печей є практично од­накова температура в усьому об'ємі камери.

Перевагою камерних печей є малі габарити й простота кон­струкції.

Серед недоліків зазначимо:

• значні втрати металу від оксидації внаслідок того, що заготовки потрапляють відразу в камеру з високою темпера­турою;

• низький ККД полуменевих печей (=10 %) внаслідок ви­ходу високонагрітих пічних газів в атмосферу.

Напівметодична полуменева піч складається з видовженої в напрямку руху заготовок нагрівальної камери з бічним вікном З

(рис. 4.1.4), двох водоохолоджуваних труб 4, пальників 2 і пне-нматичного штовхача 5. По трубах періодично пересувають за­готовки 1, а через вікно їх виймають. Нагрівальна камера поді­ляється на низькотемпературну (справа) й високотемпературну (зліва) зони. Завдяки значній довжині печі, вдало вибраній її формі та раціональному розташуванню пальників у зонах під­тримують заданий ріст температури в напрямку пересування заготовок.

Заготовку кладуть на водоохолоджувані труби навпроти штов­хача і рухом поршня вліво її пересувають на один крок. Після цього поршень відходить управо і на труби кладуть наступну заготовку. її у визначений момент часу знову пересувають ра­зом з попередньою заготовкою на один крок. Так заготовки крок за кроком періодично наближаються до кінця печі. На останній позиції заготовка скочується з труб і опиняється навпроти вік­на на поді печі, де вона вирівнює свою температуру. Продукти спалювання рухаються назустріч заготовкам і поступово відда­ють їм свою теплоту. Заготовки потрапляють спочатку в прос­тір з температурою 600...800 °С (низькотемпературна зона). У кінці високотемпературної зони температура доходить до 1250... 1350 °С. Ритмічне пересування заготовок забезпечує їм поступове нагрівання за заданим режимом. Продукти спалю­вання перед виходом в атмосферу подають у рекуператори.

Особливістю режиму нагрівання заготовок в напівметодичній печі є плавне підвищення їх температури.

Переваги напівметодичних печей:

• завдяки поступовому нагріванню заготовок зменшуються їх втрати на оксидацію та зневуглецьовування;

• повніше (порівняно з камерними печами) використову­ється теплота продуктів спалювання (ККД становить 40 % і більше).

До недоліків належать великі габарити й ускладнена конс­трукція.

Пристрій контактного електронагрівання заготовок струмом промислової частоти застосовують для відносно довгих загото­вок діаметром 015...75 мм. Кінці заготовки 2 (рис. 4.1.5) зати­скають мідними контактами 3, до яких від знижувального транс­форматора 1 підводять струм силою до 5 000 А. Затискання

Рис. 4.1.5. Пристрій контактного нагрівання заготовок струмом

промислової частоти:

1 — трансформатор; 2 — заготовка;

З — затискний контакт

заготовок в контактах механізоване. Щоб нагрівати заготовки різної довжини, один з контактів можна пересувати по напрям­них пристрою. Стійкість затискних мідних контактів невисо­ка, вони витримують до 1000 нагрівань. Кількість теплоти, ви­діленої в заготовці під час проходження електричного струму, визначають за законом Джоуля-Ленца. Коефіцієнт корисної дії пристрою становить =75 %.

Особливістю контактного електронагрівання є виділення теплоти безпосередньо в заготовці.

Переваги пристроїв контактного електронагрівання:

• простота конструкції;

• у 8... 10 разів більша швидкість нагрівання порівняно з полуменевими печами, внаслідок чого знижується втрата мета­лу заготовок на окалину й зневуглецьовування.

їх недоліки:

• висока вартість електричної енергії;

• низька стійкість затискних контактів.

Пристрій для нагрівання заготовок струмами високої час­тоти складається з багатовиткового індуктора 1 (рис.4.1.6), ви­готовленого з мідної трубки прямокутного перерізу, охолод­жуваної водою, тонкостінної напрямної трубки 3 з низькотеплопровідного матеріалу й генератора струму високої частоти (на схемі не зображений). Струм високої частоти збуджує всереди­ні індуктора змінне магнітне поле, яке зумовлює у заготовці 2, розміщеній в індукторі, вихрові поверхневі струми, що її нагрі­вають. Зі збільшенням частоти струму зменшується товщина нагрітого поверхневого шару. Тому для заготовок малих діамет­рів застосовують струм частотою до 8 000 Гц, а для заготовок великих діаметрів — струм частотою 1000 Гц і менше. Час нагрі­вання малих заготовок становить 15...30 с, а великих заготовок —

до 3,0...3,5 хв. Наприкінці нагрівання температура в перерізі заготовки майже вирівнюється. ККД пристрою в разі нагріван­ня сталевих заготовок становить 60...65 %. Переваги:

• висока швидкість нагрівання заготовок й мінімальні втра­ти металу на окалину;

• кращі проти полуменевого нагрівання умови праці внаслі­док відсутності газів й інтенсивного теплового випромінювання;

— можливість легко автоматизувати роботу індукційного пристрою.

Недоліки:

• висока вартість електричної енергії та пристрою;

• необхідність заміни індуктора для заготовок іншої форми й розмірів.