3. Класифікація конструкцій печей.

Класифікацію численних конструкцій печей доцільно проводити за ознакою того, від якого вона (Конструкція) залежать в найбільшій мірі. Таким ознакою є спосіб виділення тепла в робочому просторі печі (або в окремому опалювальному пристрої). Виходячи з цього, розрізняють дві великі групи печей: паливні та електричні.

У паливних печах хімічна енергія палива (твердого, рідкого чи газоподібного) при його спалюванні перетворюється в тепло. Спалювання палива здійснюється за допомогою паливоспалюючих пристроїв, конструкції яких є загальними для різних паливних печей і розглянуті тому в окремому розділі (гл. VI). Паливні печі, що застосовуються в машинобудуванні, відносяться до печей-теплообмінникам. Тепло, що виділяється при спалюванні палива, тим чи іншим чином передається до поверхні нагрівається матеріалу. Залежно від способу передачі тепла в паливних печах може здійснюватися переважно радіаційний або конвективний режим.

Так, якщо переважає передача тепла випромінюванням, то режим роботи печей буде радіаційним. До печей з радіаційним режимом роботи відносяться практично всі плавильні паливні печі (мартенівська піч, печі для плавки чавуну і кольорових металів), а також більша частина нагрівальних печей, використовуваних для нагріву чорних металів перед обробкою тиском і термічною обробкою.

Якщо переважає передача тепла конвекцією, то режим роботи печей відповідає конвективному. До печей з конвективним режимом відносяться деякі нагрівальні печі (для нагріву кольорових металів і сплавів), все сушильні установки, де в якості сушильного агента використовуються димові гази і повітря, а також ванні печі.

В електричних печах електроенергія перетворюється в тепло, яке передається нагрівається матеріалу. Відомий ряд методів перетворення електроенергії в теплову енергію, істотно різняться між собою і накладають відбиток на конструкцію печей і режим теплообміну в їхньому робочому просторі. Пристрої для перетворення електричної енергії в тепло тісно пов'язані з конструкцією печі і є зазвичай її невід'ємною частиною. Тому вони розглядаються в розділах, присвячених опису конструкцій відповідних електричних печей. Розрізняють електронно-променеві печі, дугові печі, індукційні печі і печі опору.

У електронно-променевих печах електрична енергія перетворюється на теплову за рахунок зіткнення електронного потоку, прискореного у вакуумі, з поверхнею твердого тіла. Ці печі застосовуються в основному для плавлення особливо чистих тугоплавких металів.

У дугових печах електрична енергія перетворюється в тепло в дузі, палаючої в газовому середовищі або у вакуумі. Дугового розряд в печах прямої дії (з залежною дугою) протікає між електродами і самим нагрівається металом. Ці печі використовуються для виплавки і розплавлення сталі і чавуну. У печах непрямого дії (з незалежною дугою) розряд протікає між електродами на деякій відстані від металу і тепло передається до його поверхні за рахунок випромінювання. Печі цього типу застосовуються в основному для плавлення кольорових металів. У дугових печах переважає передача тепла випромінюванням розплавляють матеріалу від дуги. Ці печі відносяться до печей-теплообмінникам з радіаційним режимом теплової роботи.

В індукційних печах електрична енергія перетворюється в тепло в твердих або рідких тілах, поміщених в змінне магнітне поле, за рахунок виникнення в них вихрових струмів (у металах) або за рахунок діелектричних втрат. Індукційні печі і установки високої частоти без сердечника застосовуються для плавлення сталі, чавуну і кольорових металів, для поверхневої термічної обробки сталевих виробів, а також для нагріву діелектриків (сушка т. В. Ч.). Індукційні печі промислової частоти зі сталевим сердечником використовуються для плавлення кольорових металів і нагрівання виробів кільцеподібної форми. У цих печах тепло виділяється в самому оброблюваному матеріалі, і вони відносяться до печей-теплогенератора.

У печах опору електрична енергія перетворюється на теплову при протіканні струму через провідники, безпосередньо включені в електричний ланцюг. Ці печі діляться на дві групи.

Печі прямої дії, де саме виріб, що нагрівається служить опором, включающимся в електричний ланцюг, і нагрівається протікає через нього струмом. Ці печі є печами-теплогенераторами, і зовнішній теплообмін в них практично відсутній.

Печі непрямого дії - це печі, де тепло виділяється в спеціальних нагрівальних елементах і від них передається нагрівається матеріалу випромінюванням або конвекцією. Ці печі є печами-теплообмінниками.

Відповідно до цього печі опору побічної дії можуть бути розділені на печі з переважно радіаційним або конвективним режимом теплової роботи.

До печей, в яких здійснюється переважно радіаційний режим теплообміну, відносяться печі для плавлення легких металів і сплавів і нагрівальні печі, використовувані для самих різних цілей при нагріванні оброблюваного матеріалу до температури понад 900-1000 ° К.

До цієї групи печей можуть бути віднесені також сушильні установки з інфрачервоними випромінювачами (лампами розжарювання).

До печей з переважно конвективним режимом роботи відносяться низькотемпературні нагрівальні печі (з робочою температурою до 800-900 ° К), де частка променистого теплообміну невелика, а також ванні печі.

У паливних і в електричних печах температура може змінюватися не тільки в часі, але і по довжині печі. Печі, температура яких не змінюється в часі, отримали назву печей безперервної дії, а печі з мінливих у часі температурою називаються печами періодичної дії. У печах періодичної дії нагрівання матеріалу відбувається одночасно з розігрівом футеровки, яка акумулює тепло. У цьому випадку потрібне додаткове кількість тепла на нагрів кладки в порівнянні з печами безперервної дії. Печі періодичної дії мають зазвичай більш-менш постійну температуру по всьому об'єму робочого простору і називаються часто камерними печами.

Камерний принцип використовується також і в деяких печах безперервної дії: температура печей залишається незмінною не тільки по довжині робочого простору, але і в часі.

Температура печі безперервної дії, що не змінюючись з плином часу в кожній її точці, може змінюватися по довжині печі. При цьому оброблювані вироби, переміщаючись по поду печі, потрапляють в зони з різною температурою. Такі печі отримали назву методичних печей.

Залежно від проведеного технологічного процесу в печах безперервної дії здійснюється або нагрів виробів до заданої температури, або нагрів і витримка при цій температурі, а іноді і уповільнене охолодження. Тому, як правило, ці печі складаються з декількох теплових зон. Довжина зони витримки залежить від тривалості витримки. У гартівних печах зона витримки невелика, так як вона служить тільки для вирівнювання температури по перетину нагріваються виробів. При відпалі, що вимагає певної тривалості витримки і повільного охолодження металу, за зоною витримки слід зона уповільненої охолодження. Залежно від допустимої швидкості охолодження вона виконується або теплоизолированной, або водоохлаждаемой.

Особливе місце займають шахтні (плавильні) печі, в яких здійснюється шарової режим теплообміну. Кускові матеріали в цих печах розташовуються по всьому об'єму робочого простору щільним шаром і переміщаються під дією сили тяжіння. Гази рухаються назустріч твердому матеріалу - знизу вгору. До шахтним печам такого типу відноситься вагранка, конструкція і робота якої розглянуті в окремому розділі.