§ 7. Основные типы нагревательных устройств

1. Виды нагревательных устройств. Устройства для нагрева заготовок перед обработкой давлением разделяют на нагревательные печи и электро- нагреватели. Первые чаще используют для нагрева слитков, крупных и иногда средних заготовок. Электронагревательные устройства наряду с печами применяют для нагрева мелких и средних заготовок.

В печах передача тепла от стенок нагревательной камеры к заготовкам осуществляется излучением и частично конвекцией. В электронагрева­тельных устройствах теплота выделяется в самом металле, который нагре­вается под воздействием электромагнитного поля (индукционный на­грев) или тока (электроконтактный нагрев).

2. Типы печей. В зависимости от источника энергии нагревательные печи бывают пламенные, получившие наибольшее распространение, и электрические. В пламенных печах тепло образуется при сгорании жидкого (мазута) или газообразного топлива. В электрических печах тепло образуется при прохождении тока через металлические или карбо- рундовые сопротивления, вмонтированные в стенках нагревательной камеры. Они используются преимущественно для нагрева цветных сплавов.

По принципу действия различают печи камерные и методические.

Камерные печи бывают переносными (для нагрева заготовок диа-н гром ДО 150 мм) и стационарными.

Рабочее пространство печи (нагревательная камера) 1 (рис. IV.4, а), \\\,\ южеппое огнеупорным кирпичом, нагревается при сжигании топлива I ПОМОЩЬЮ ЦВУЯ форсунок 2 (ИЛИ горелок) и имеет одинаковую температу- ру 1|| и. и устанавливаемый па иод печи, загружаются и выгру-

жаются ЧврвЭ окно •/. Продукты сгорания отводятся через дымоход 5 , И ИСПОЛЬ 1уются ДЛЯ нагрева ДО 200—300 °С поступающего в печь возду­ха, что повышает к. п. д. печи.

I [ечи для нагрева крупных заготовок оборудуют различными устрой-ствами, облегчающими загрузку и выгрузку. Используют печи с толка-ТвЛЯМИ, карусельные, конвейерные, с выдвижным подом.

Разновидностью камерных печей являются нагревательные колодцы, которые применяют для нагрева крупных слитков при прокатке и ковке. И них заготовки располагаются вертикально и загружаются сверху а краном.

4. Методические печи предназначены для нагрева крупных заготовок под прокатку и в крупносерийном производстве. Печи характеризуются большой протяженностью (8—22 м) и наличием трех зон с различной тем­пературой. Заготовки 3 (рис. ^.4, б), постепенно перемещаясь навстречу горячим газам вдоль печи, проходят зоны подогрева I (600—800°С), максимального нагрева II (1350 °С), где происходит основное сгорание топлива с помощью форсунок или горелок 2, и зону выдержки III (1200--1300 °С), в которой выравнивается температура по сечению заготовки. Продукты сгорания с температурой 700 °С направляются в рекуператоры для подогрева воздуха. Заготовки с помощью толкателя 6 проталкивают­ся через печь по охлаждаемым водой направляющим трубам 7 и выгружа-|. ются через окно 8.

Печи для нагрева заготовок диаметром до 120 мм имеют две зоны на­грева (600—700 °С и 1250—1300 °С) и называются полуметодическпмн.

5. Электрические нагревательные устройства. Индукционный нагрев основан на возникновении в заготовке, помещенной в переменное элект­ромагнитное поле, вихревых токов. Вследствие поверхностного эффекта (скин-эффекта) с ростом частоты тока толщина поверхностного слоя, в котором индуцируются вихревые токи и который нагревается, уменьша­ется. Поэтому при нагреве заготовок диаметром до 150 мм используется частота 500—8000 Гц, а для больших заготовок — 50 Гц. Индуктор в виде многовиткового соленоида по диаметру заготовки выполняют из медной трубки, охлаждаемой водой.

Электроконтактный нагрев, основанный на выделении тепла при прохождении тока через заготовку (по закону Джоуля — Ленца), при­меняют при нагревании стальных заготовок диаметром до 75 мм. Исполь­зуемое напряжение — 5—15 В, сила тока — до 5000 А. Концы заготовок, зажатые между медными токоподводящими контактами, нагреваются на 200—300 °С ниже средней ее части. Поэтому данный метод рационально использовать для нагрева стальных заготовок постоянного сечения и зна­чительной длины.

Скорость электронагрева в 8—10 раз выше, а интенсивность образова­ния окалины в 4—5 раз меньше, чем при нагреве в печах. Достоинствами его также являются улучшение санитарных условий труда и возможность автоматизации процесса. Ограничивающими факторами являются: вы­сокая стоимость высокочастотного генератора и необходимость замены ин­дуктора с изменением размеров и формы заготовки при индукционном нагреве; низкая стойкость (до 1000 циклов) токоподводящих контактов при электроконтактном нагреве.