3.1.4.2. Печи для термической обработки сортового проката и рельсов
Сортовой прокат подвергают отжигу и нормализации. Для отжига чаще всего применяют садочные печи: с выкатным подом и с загрузочной машиной (с внешней механизацией). Кроме того, иногда применяют колпаковые печи с радиационными трубами и защитной атмосферой. Для нормализации используют проходные печи: с шагающим подом, конвейерные и роликовые.
Некоторое время наиболее распространенными были садочные печи с выдвижным подом, одна из которых представлена на рис. 137. В этой печи металл загружают при помощи подвижной тележки и нагревают вместе с печью. Масса садки печей с выдвижным подом изменяется в очень широких пределах и обычно составляет около 2 т/м2 площади пода. Печь обычно отапливают газообразным топливом, для этого предусмотрено два ряда горелок, расположенных в шахматном порядке. Дымовые газы удаляются в боров через шесть отводящих каналов, расположенных попарно в середине и по концам печи. Недостатком печей с выкатным подом является то, что при выкатывании подины теряется тепло.
Рис. 137. Печь с выдвижным подом
С целью устранения этого недостатка для отжига сортового проката применяют садочные печи с механизированной загруз-кой металла (рис. 138). Подобные конструкции относятся к печам периодического нагрева. Печь оборудована подподовыми топками, обычно ее отапливают коксо-доменной смесью с теплотой сгорания 7540 – 8380 кДж/м3 при помощи горелок типа «труба в трубе».
Рис. 138. Печь с загрузочной машиной
Характер движения газов в рабочем пространстве определяется наличием подподовых топок. Для удаления дымовых газов из рабочего пространства печи в стенках выполнены специальные каналы, расположенные на уровне пода печи, что обеспечивает удовлетворительный нагрев низа садки. Масса садки печей составляет 15 – 20 т. Металл загружают в печь при помощи специальной машины. Отжигу в рассматриваемых печах обычно подвергают круглые заготовки диаметром 30 – 60 мм или квадратные сечением 120 – 180 мм.
Применение проходных печей позволяет обеспечить более совершенный, чем в садочных печах, метод нагрева металла. Для термической обработки сортового проката применяют непрерывные (постоянного действия) печи прямого нагрева трех видов: 1) с шагающим подом; 2) с роликовым подом и 3) конвейерные печи.
В печах с шагающим подом, применяемых для термической обработки, температура по длине печи обычно постоянная. В печах для нормализации иногда предусматривают по длине две зоны: зону нагрева до 1173 К и зону охлаждения до 573 – 673 К. Обычно температура печи составляет примерно 1273 – 1323 К. Металл нагревается до 1173 – 1223 К. Печи отапливают холодным газообразным топливом. Горелки расположены равномерно по всей длине; дымовые газы удаляются из печи под зонт через рабочие окна и специальные каналы в своде.
Печи с шагающим подом, предназначенные для термообработки, обеспечивают удельную производительность примерно 400 – 450 кг/(м2ּч) при удельном расходе тепла около 2100 кДж/кг. Наиболее широкое распространение для термической обработки получают печи с роликовым подом.
В конвейерных печах через рабочее пространство печи проходит цепной конвейер, транспортирующий металл. В черной металлургии печи с конвейерным подом применяют редко. Главные их недостатки: значительный вынос тепла из рабочего пространства печи элементами цепей, в результате чего увеличивается удельный расход тепла; недостаточный прогрев металла в местах соприкосновения с цепью; недолговечность цепей.
Удельный расход тепла в таких печах достигает 2900 – 3350 кДж/кг. В черной металлургии в настоящее время с цепным конвейером работают лишь печи для изотермической выдержки рельсов.
Термическая обработка рельсов. Она включает нормализацию, изотермическую выдержку при 773 – 873 К и отпуск. Нормализацию рельсов проводят в печах с роликовым подом. Изотермическую выдержку рельсов осуществляют в специальных конвейерных печах с подовыми топками, одна из которых представлена на рис. 139. Печь отапливают холодным смешанным коксо-доменным газом с теплотой, сгорания 5450 кДж/м3 при помощи инжекционных горелок.
Дымовые газы поступают в рабочее пространство печи через специальные отверстия в сводах подподовых топок и омывают рельсы, двигающиеся на конвейере, и через окно загрузки и выгрузки удаляются в металлические дымоотводы. Общая ширина печи с 15 подподовыми топками равна 27 м; производительность печи 35 – 45 т/ч при удельном расходе тепла 840 – 1050 кДж/кг.
Рис. 139. Печь для изотермической выдержки рельсов (правая сторона симметрична левой)
Рис. 140. Печь с выносной топкой
Иногда для нагрева металла до сравнительно невысоких температур, например для отпуска рельсов при 723 – 753 К, применяют выносные топки. Принцип действия печи с выносной топкой ясен из рис. 140. Топливо сжигается в топке 1, выполненной отдельно от рабочего пространства печи. Продукты сгорания из топки выходят в канал 4, где к ним подмешиваются остывшие дымовые газы, отсасываемые вентилятором 2 из рабочего пространства через канал 3. Так осуществляется циркуляция газов в печи. Применение выносных топок позволяет: 1) обеспечить устойчивое горение топлива в выносной топке, что было бы невозможно в рабочем пространстве с температурой 823 – 873 К; 2) избежать местных перегревов металла, что неизбежно происходило бы при сжигании топлива в рабочем пространстве; 3) обеспечить возможность использования циркуляции газов, способствующей повышению интенсивности и равномерности нагрева.