3.1.3.4. Печи трубо- и колесопрокатных цехов
Для нагрева круглых заготовок перед прокаткой на трубо- и колесопрокатных станах применяют печи специальной конструкции, что объясняется формой заготовок.
Печи с кольцевым подом. На ряде отечественных металлургических заводов работают печи с кольцевым подом, одна из которых показана на рис. 134.
Заготовки, лежащие неподвижно на вращающемся поду, вместе с подом проходят все необходимые зоны нагрева и выдаются через окно выдачи, расположенное рядом с окном загрузки.
Загрузку и выдачу заготовок осуществляют одновременно двумя кранами. Угол между осями окна загрузки и окна выдачи обычно составляет 28°. Следовательно, заготовка, пройдя 332° полного оборота пода, нагревается до необходимой температуры, т. е. время полного оборота пода, соответствующее 332°, равно времени нагрева заготовки. Под движется толчками, причем при каждом толчке под поворачивается на угол, соответствующий расстоянию между двумя заготовками (10 – 12°).
Кольцевые печи могут работать на жидком и газообразном топливе. Горелки (форсунки) устанавливают во внутренних и наружных стенах печи. Применяют также и сводовое отопление таких печей. Продукты сгорания можно отбирать в одном месте (у окна посада) и в нескольких местах. Расположение горелок и дымоотводящих каналов – весьма важная характеристика кольцевых печей. В зависимости от этого печь может работать по методическому или камерному режиму.
Рис. 134. Печь с кольцевым подом
При работе по методическому режиму дым отбирается через два дымоотводящих канала, расположенных один против другого вблизи окна посада. На подобных печах часто предусматривают промежуточные дымоотводящие каналы. Если эти промежуточные дымоотводы отключены, то обеспечивается методический режим. Если они не отключены, то печь работает по камерному режиму.
Горелки (форсунки) расположены равномерно по всей окружности печи, но при методическом режиме работы мощность горелок в зонах подогрева металла, нагрева и выдержки должна быть различной и обеспечивать температурный график, свойственный этому режиму. При камерном режиме мощность горелок распределяется равномерно. Методический режим обычно применяют для нагрева легированных сталей.
В соответствии с температурным режимом печь делят на ряд участков; к каждому участку возможен отдельный автоматически регулируемый подвод газа и воздуха. При этом для поддержания определенных температурных условий на отдельных участках используют подвесные перегородки (занавески). Между подом печи и занавеской остается зазор, необходимый для свободного перемещения заготовок. Перегородки обычно устанавливают в следующих местах:
1) между окном загрузки и выгрузки для устранения охлаждающего влияния загрузочного участка печи на нагретые заготовки;
2) между нагревательной зоной и зоной выдержки для устранения влияния высокой температуры нагревательной зоны на температурный режим зоны выдержки;
3) между нагревательной зоной и зоной подогрева металла для уменьшения теплового излучения из высокотемпературной нагревательной зоны.
В соответствии с опытом работы кольцевых печей во избежание оплавления металла оптимальная высота расположения горелок над подом должна составлять примерно 600 мм. С целью утилизации тепла отходящих из печи продуктов сгорания все отдельные дымоотводящие каналы объединены в одну общую систему дымоходов, которая позволяет установить за печью рекуператоры для подогрева воздуха и в случае необходимости для подогрева газа.
Кольцевые печи – механизированные и автоматизированные агрегаты, что позволяет устранить физический труд по кантовке металла.
Угар в кольцевых печах составляет 0,5 – 1%, т. е. меньше, чем в печах других конструкций. Для заготовок диаметром 110 – 150 мм удельная производительность печей составляет 350 – 400 кг/(м2ּч) при удельном расходе тепла 1670 – 2500 кДж/кг. К.п.д. кольцевых печей при максимальной производительности достигает 40 – 45%.
Тепловой расчет кольцевых печей можно выполнять так же, как и расчет методических или камерных печей, с учетом того, что в кольцевых печах не весь под занят металлом, следовательно, подина хорошо прогрета и активно участвует в теплообмене, излучая тепло на заготовки. Установлено, что заготовки удовлетворительно прогреваются по сечению. Поэтому нагрев заготовки в таких печах следует рассматривать как всесторонний и выбирать в качестве расчетного размера радиус заготовки.
Секционные печи. Эти печи скоростного нагрева применяют в трубопрокатных цехах для нагрева перед прокаткой круглых заготовок диаметром до 200 мм и для термообработки (нормализации, отжига) труб различного диаметра. Скоростной нагрев металла обеспечивается применением всестороннего обогрева при условии, что температура печных газов и кладки значительно превышает конечную температуру нагрева металла.
Секционные печи состоят из секций, между (которыми расположены водоохладительные ролики, для каждого из них предусмотрен собственный привод. Ролики установлены под углом к направлению движения, что обеспечивает вращение нагреваемых изделий. Каждая секция представляет собой футерованную небольшую камеру (рис. 135) с высокой тепловой нагрузкой. Печи отапливают газообразным топливом при помощи турбулентных горелок. В каждой секции размещают 4 – 6 горелок.
Рис. 135. Секционная печь: а – с нижним расположением рекуператоров; б – с верхним расположением рекуператоров; 1 – горелки; 2 – ролики; 3 – рекуператоры
Секционные печи работают на газе с высокой теплотой сгорания; часто с подогревом воздуха и газа до 573 – 673 К. Обычно применяют металлические трубчатые рекуператоры или рекуператоры типа термоблок с залитыми в чугун трубками.
Рекуператоры могут быть установлены под секциями, а также над печью. При установке рекуператоров сверху каждый из них обычно обслуживает одну секцию. При установке внизу один рекуператор обслуживает несколько секций, составляющих одну зону. Более удобна установка рекуператоров под печью, так как в случае выхода одной секции печи из строя ее легче заменить другой без дополнительных демонтажных операций.
Наиболее эффективно секционные печи работают при температуре секции около 1723 – 1779 К, при этом обеспечивается снижение угара до 1 – 1,5%. Удельный расход тепла секционных печей довольно высокий: 2500 – 4200 кДж/кг. Однако печи занимают небольшие производственные площадки и легко могут быть включены в автоматизированные поточные линии. Печи для отжига холоднокатаных труб обычно состоят из девяти секций и обеспечивают производительность 2,5 – 4 т/ч. Печи для нагрева заготовок перед прокаткой шаров и труб состоят из 20 – 35 секций и могут обеспечивать производительность 20 – 40 т/ч.
Недостаток секционных печей скоростного нагрева заключается в возможности перегрева изделий и кладки при производственных неполадках в поточных линиях. Во избежание этого следует всеми средствами снижать аккумулирующую способность футеровки секций, чтобы при необходимости можно было быстро уменьшить расход топлива и снизить температуру до величины, соответствующей температуре холостого хода печи.