7. Нагревательные и термические топливные печи

Нагревательными печами называют печи, в которых металл на­гревают перед обработкой металла давлением.

Нагревательные печи подразделяют на печи периодического и постоянного действия.

В печах периодического действия металл загружается в остуженную печь и затем постепенно нагревается вместе с печью. В данных печах, при нагреве металла, температура рабочего пространства печи изменяется во времени.

В печах постоянного действия при нагреве металла температура рабочего пространства печи с течением времени не изменяется. Изменения температуры во времени производят для создания более рационального режи­ма нагрева.

Термические печи используют для термообработки металла.

Все виды термической обработки проката разделяются на две группы:

1. режимы, связанные с большим расходом времени на выдержку при определенной температуре и медленным охлаждением (отжиг, отпуск);

2. режимы, связанные с нагревом металла в печи до требуемой температуры с последующей выдачей на воздух (нормализация) или в жидкие среды (закалка).

Вид термической обработки оказывает значительное влияние на выбор типа применяемых печей. При термической обработке прокатной стали, применяют печи двух типов – садочные и проходные.

Садочные печи относятся к периодически действующим печам с переменной во времени температурой. Металл в них загружают на неподвижный или выкатной под. В процессе на­грева металл неподвижен. Металл загружают обычно в полуостывшую печь, и его нагрев про­исходит вместе с нагревом печи.

Проходные печи относят к печам постоянного действия с постоян­ной температурой во времени. Тем­пература в пределах рабочего пространства также практически постоянна (печи камерного типа). Металл в процессе нагрева перемеща­ется от одного конца печи к другому при помощи специальных механизмов.

Главное преимущество садочных печей заключается в их универсаль­ности, так как в них могут быть обеспечены любые темпера­турные и тепловые режимы. Основными недостатками является то, что в них не достигается необходимая равномерность нагрева металла, и большое количество тепла тратится непроизводительно, на периодический нагрев кладки печи. Печи непригодны для поточного производства.

Проходные печи обеспечи­вают непрерывность, поточность производства и однородность нагрева металла. Работу таких печей можно полностью механизировать и автоматизировать. Непрерывность, поточность производства дает возможность совместить термическую обработку с другими техноло­гическими операциями (очисткой, травлением, резкой и др.).

Однако при осуществлении некоторых режимов термообработки, с длительной выдержкой металла, применение проходных печей нерационально, так как приводит к необходимости большого числа очень длинных печей.

По величине рабочей температуры можно выделить три группы печей: высокотемпературные, среднетемпературные и низкотемпературные.

Высокотемпературные печи (рабочая температура 1100–1150 °С) используют для закалки и высокотемпературного отжига легированных сталей. Топливо сжигают в рабочем пространстве печи.

Среднетемпературные печи (рабочая температура 600–950 °С) применяют для отжига, высокого отпуска и нормализации угле­родистых и низколегированных сталей. В зависи­мости от рабочей температуры топливо сжигают либо в рабочем про­странстве, либо применяют подподовые и экранированные топки.

Низкотемпературные печи (рабочая температура до 600 °С) используют для низкого и среднего отпуска. Здесь топливо всегда сжигают вне рабочего пространства.

Для отопления термических печей обычно используют газо­образное топливо. Для обеспечения равномерности нагрева ме­талла, горелки и дымоотборы размещают равномерно по длине рабочего пространства.

В термических печах температура может превышать конечную температуру металла не более чем на 50–70 °С. Однако в протяжных печах для на­грева тонкой ленты, присутствует значительный перепад температур (500–600 °С) при этом скорость нагрева очень высокая.

Невысокая температура в термиче­ских печах часто не дает возможности сжигать топливо непосредственно в рабочем пространстве, по­скольку факел, обладающий высокой температурой, может вызвать перегрев нагреваемого металла. Устойчивое горение топлива из-за невысокой тем­пературы рабочего пространства так же затруднено. Учитывая эти особенности, топки термических печей часто раз­мещают вне рабочего пространства либо под подом печи, либо выносят за пределы печи.

Для получения металла с чистой, неокисленной поверхностью при термической обработке металла (светлый отжиг) используют специальные защитные атмосферы.

Существующие конструкции термических печей разделяют на две группы: прямого и косвенного нагрева.

Печи прямого нагрева главным образом используют для нормализации, закалки и отжига сортового проката и горячекатаного листа. Печи косвенного нагрева применяют для светлого отжига холоднокатаного листа, ленты и других видов проката.

В печах прямого нагрева металл не отделен от продуктов сгорания. Такие печи можно использовать, когда контакт между металлом и дымовыми газами допустим. Обычно в этом случае металл, нагреваемый в печах прямого нагрева, далее проходит химическое трав­ление.

В печах косвенного нагрева (муфельных) нагреваемый металл отделен от продуктов сгорания. Такие печи применяют, когда окисление поверх­ности металла недопустимо. Отделить нагреваемый металл от печных газов можно двумя способами: муфелированием металла и муфелированием пламени.

При муфелировании металла садку закрывают ме­таллическим колпаком – муфелем. Под муфель подают специальную защитную атмосферу, которая препятствует окислению металла. Тепло от продуктов сгорания передается ступенчато – сначала муфелю, а от него нагреваемому металлу.

При муфелировании пламени топливо сжигают в специальных металли­ческих трубах, называемых радиантными. Дымовые газы в рабочее пространство печи не попадают, а по трубе, уходят в атмосферу. Печь заполняют за­щитной атмосферой.

Как при первом, так и при втором способе муфелирования не­обходима отличная герметизация, для предотвращения попа­дания в печь атмосферного воздуха.

Указанные способы муфелирования применяются как в садочных, так и в проходных печах.

Современные металлургические печи являются высо­комеханизированным и автоматизированным оборудованием. Садочные печи снабжены выкатными подинами, специаль­ными загрузочными машинами, кранами. Проходные печи для транспортирования металла через печь могут иметь шагающий под, роликовый под, специальные конвейеры.