Печи / Моргунов Печи литейных цехов

где Wп – электрическая мощность, поступившая в печь (Вт);

Wс – электрическая мощность, поданная к печной установке от силовой сети (Вт).

Электрический к.п.д. печи характеризует количество потерь электроэнергии электрооборудованием печной установки.

Тепловой к.п.д. электрической печи – это отношение полезно затра-

ченной тепловой энергии (Qп) ко всей энергии, поступившей в рабочее пространство печи:

где Wп – электрическая мощность, поступившая в печь (Вт);

Wдоп – дополнительно введенная тепловая энергия в рабочее пространство печи (Вт).

Общий к.п.д. электрической печи – это отношение полезной тепло-

вой энергии (Qп) к общей электроэнергии (Wс), подаваемой от силовой сети к печной установке:

Если дополнительно введенная тепловая энергия в рабочее пространство печи равна нулю (Wдоп = 0), то общий к.п.д., в данном случае, будет равен:

71

1.11. ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ К ПЕЧАМ ЛИТЕЙНЫХ ЦЕХОВ

Печи литейных цехов относятся к особо опасным объектам поэтому к ним предъявляются особые требования по экологической безопасности, взрывобезопасности, пожаробезопасности и иной промышленной безопасности.

Проектирование, строительство, эксплуатация печей, подготовка и аттестация работников, эксплуатирующих печей, должно производиться в соответствии с требованиями специальных нормативных Правил безопасности, которые утверждаются постановлением Госгортехнадзора России. К ним относятся:

-"Правила безопасности в литейном производстве" (ПБ 11-551-03);

-"Общие правила безопасности для металлургических и коксохимических предприятий и производств" (ПБ 11-493-02);

-"Правила безопасности в газовом хозяйстве металлургических и коксохимических предприятий и производств" (ПБ 11-401-01);

-соответствующие строительные нормы и правила (СН и П), санитарные нормы (СН), правила противопожарной и электробезопасности (ППБ; ПУЭ; РД и т.п.) и иные нормативные документы.

Впринятых Нормативных документах особое внимание уделяется экологической безопасности при эксплуатации печей. Так в "Правилах безопасности в литейном производстве" п.2.2.1 гласит: - "Применяемые вагранки должны быть закрытого типа и оборудованы взрывобезопасными устройствами для пылеоочистки, дожигания колошниковых газов…. Со-

держание СО в отходящих газах не должно превышать 0,1%, пыли – не бо-

лее 80-100 мг/м3".

Печи литейных цехов нельзя эксплуатировать без специального разрешения соответствующего органа Госнадзора РФ, а обслуживающий персонал должен пройти обучение и получить соответствующий допуск на эксплуатацию и ремонт печей.

72

2. ОБЩАЯ КЛАССИФИКАЦИЯ И КОНСТРУКТИВ- НО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ПЕЧЕЙ

Как уже отмечалось, печи литейных цехов выполняют определенные технологические задачи, которые входят в общий технологический процесс изготовления отливок. Поэтому за основу анализа и классифика-

ции печей необходимо взять технологическое назначение печей.

Для выполнения конкретных технологических задач тепловой обработки материала необходим какой-то принцип действия печи. То есть данный признак характерен для всех печей и, поэтому, используется при классификации печей.

Рис. 2.1. Основные признаки, характерные для печей и принятые за основу их классификации

73

Известно, что, для осуществления своего назначения, любая печь должна иметь, как минимум, два основных элемента, которые собственно ее образуют, это:

-рабочее пространство, где производится тепловая обработка материала;

-зона с источником генерации тепловой энергии, необходимой для тепловой обработки.

Поэтому включение в анализ и классификацию печей таких харак-

терных признаков, как способ генерации тепловой энергии и форма рабо-

чего пространства, не должно вызывать сомнений.

Технологические процессы тепловой обработки материала требуют определенных температурных режимов, которые должны обеспечиваться определенным режимом теплообмена. Поэтому данные характерные признаки подвергаются анализу и входят в классификацию печей.

Любой технологический процесс тепловой обработки реализуется в рабочем пространстве печи с какой-то печной атмосферой. Т.е. способ реализации технологического процесса тепловой обработки в той или иной печной атмосфере является характерным признаком печей и должен использоваться при классификации печей.

Таким образом, к классификационным признакам можно отнести следующие характерные признаки печей (см.рис.2.1):

-технологическое назначение;

-принцип действия и конструктивное исполнение;

-геометрическая форма рабочего пространства;

-способ загрузки материала и его передвижения в рабочем пространстве;

-источник теплогенерации;

-температурный режим и режим теплообмена;

-способ утилизации теплоты отходящих печных газов;

-печная атмосфера в рабочем пространстве.

2.1.КЛАССИФИКАЦИЯ ПО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОМУ НАЗНАЧЕНИЮ

Взависимости от технологического назначения печи подразделяются на три группы: плавильные; нагревательные и сушильные. По более узкому технологическому назначению они могут подразделяться на подгруппы и т.д.

Плавильные печи

К плавильным печам относятся печи, в которых осуществляют производство из исходных твердых шихтовых материалов жидкого сплава за-

74

данного химического состава, температуры и качества. Изменение агрегатного состояния технологического материала сопровождается изменением формы, размеров, плотности и прохождением различных окислительновосстановительных реакций. Все эти процессы сопровождаются значительными тепловыми эффектами, что оказывает определенное влияние на тепловую работу печей.

В зависимости от поставленных технологических задач плавильные печи можно классифицировать следующим образом (см.рис.2.2):

-собственно плавильные печи;

-печи доводки и выдержки расплава (миксеры);

-раздаточные печи.

По назначению, т.е. исходя из производства какого-то типа сплава, плавильные печи подразделяют на сталеплавильные, чугуноплавильные и для плавки цветных сплавов. Печи для плавки цветных сплавов, в свою очередь, подразделяют на печи для плавки алюминиевых, медных, цинковых, магниевых, титановых и иных литейных сплавов.

вильные

По технологическим задачам

ПЛАВИЛЬНЫЕ ПЕЧИ

По назначению

Чугуноплавильные Для цветных сплавов Сталеплавильные

Рис. 2.2. Классификация плавильных печей

75

Нагревательные печи

Нагревательные печи предназначены для нагрева твердых материалов и изделий без изменения их агрегатного состояния. Т.е. в этих печах не происходит существенных изменений химического состава, формы, размеров и плотности теплообрабатываемого материала. Поэтому технологические процессы в печах данной группы не оказывают существенного влияния на их тепловую работу.

В зависимости от технологических задач, поставленных перед нагревательными печами, их подразделяют (см.рис. 2.3):

-на печи для нагрева отливок под заварку;

-на печи для прокалки керамических литейных форм;

-на термические печи.

Т е р м и ч е с к и е

Рис. 2.3. Классификация нагревательных печей

Термические печи наиболее распространенные в группе нагревательных печей. Они служат для изменения структуры сплава в отливках, снятия внутренних напряжений в теле отливок и стабилизации их размеров при тепловой обработке. Термические печи в зависимости от технологических задач подразделяются на печи отжига, закалки, отпуска или нормализации.

76

Если печь может выполнять поочередно несколько технологических задач, то их называют универсальными термическими печами.

Если несколько печей с различными технологическими задачами объединяются в единую технологическую цепочку термической обработки отливок, то их в данном случае называют агрегатами.

Сушильные печи

Ксушильным печам относятся (см.рис. 2.4):

-печи для сушки исходных формовочных материалов;

-печи или стенды для сушки литейных форм;

-печи для сушки стержней;

-печи для сушки и подогрева шихтовых материалов;

-печи для сушки пиломатериалов, используемых для изготовления моделей;

-печи или стенды для сушки и прокалки заливочных ковшей;

-печи для сушки отливок после окраски.

СУШИЛЬНЫЕ ПЕЧИ

Рис. 2.4. Классификация сушильных печей

77

2.2.КЛАССИФИКАЦИЯ ПО ПРИНЦИПУ ДЕЙСТВИЯ

ИКОНСТРУКТИВНОМУ ИСПОЛНЕНИЮ

По принципу действия все печи подразделяются на две группы (см.рис. 2.5): периодического и непрерывного действия.

ПЕЧИ ПО ПРИНЦИПУ ДЕЙСТВИЯ И КОНСТРУКТИВНОМУ ИСПОЛНЕНИЮ

Тупиковые Проходные

Рис. 2.5. Классификация печей по принципу действия и конструктивному исполнению

В печах непрерывного действия технологический процесс тепловой обработки материала не прерывается в течение длительного времени. Данный процесс отвечает требованиям массового производства отливок. В печах непрерывного действия необходимо обеспечивать:

-непрерывное движение материала в ее рабочем пространстве;

-непрерывную подачу исходных материалов или изделий в рабочее пространство;

-непрерывную выгрузку обработанного материала или изделий из рабочего пространства.

Печи периодического действия работают циклично. В этих печах тепловая обработка материала производится партиями (садкой) без его передвижения в рабочем пространстве.

Характерной особенностью печей периодического действия является то, что в каждом последующем цикле требуется производить

78

дополнительные затраты теплоты на нагрев остывшей футеровки (аккумуляцию теплоты футеровкой).

По конструктивному исполнению печи можно подразделить на стационарные, поворотные, вращающиеся, тупиковые или проходные. Как правило вращающиеся печи являются проходными непрерывного действий. Стационарные печи могут быть как периодического, так и непрерывного действий. Стационарные печи непрерывного действия могут быть только проходные, а периодического – как проходные, так и тупиковые. Поворотные печи могут быть только периодического действия.

2.3. КЛАССИФИКАЦИЯ ПО ФОРМЕ РАБОЧЕГО

ПРОСТРАНСТВА

По форме рабочего пространства печи подразделяют (см.рис. 2.6) на ванные, тигельные, шахтные, шахтно-ванные, барабанные и камерного типа. Как правило, ванные, тигельные и шахтные печи используют для плавки литейных сплавов.

ФОРМЫ РАБОЧЕГО ПРОСТРАНСТВА ПЕЧЕЙ

Рис. 2.6. Классификация печей по форме рабочего пространства

Ванные печи

Ванные печи по форме рабочего пространства представляют собой горизонтальную емкость с прямоугольным или круглым основанием, выполненную из огнеупорной и теплоизолирующей оболочки (футеровки).

79

В зависимости от технологического назначения и габаритных размеров ванные печи подразделяются на стационарные и поворотные (см.рис. 2.7).

Рис. 2.7. Схемы ванных плавильных печей:

а– стационарных (пламенных или электросопротивления);

б– поворотных (электрических или пламенных).

Ванные печи используют в основном для плавки стали, алюминиевых и медных сплавов. Они могут быть как топливные, так и электрические.

Иногда ванные печи используются для нагрева отливок в жидких соляных средах (соляные ванны).

Тигельные печи

Втигельных печах рабочее пространство выполнено в форме вертикального полого цилиндрического или конического огнеупорного изделия с дном. Иногда данное изделие имеет форму параллелепипеда. В печном хозяйстве данные изделия называются тиглем.

Именно в тигле данных печей происходит технологический процесс плавки, доводки и выдержки литейных сплавов. По конструктивному исполнению тигельные печи могут быть стационарные или поворотные, с постоянным или выемным тиглями (см.рис. 2.8).

Взависимости от способа генерации теплоты тигельные печи могут быть индукционные, электросопротивления или топливные.

80