Печи / Моргунов Печи литейных цехов
.pdf
а) |
б) |
в) |
Рис. 2.8. Схемы тигельных печей: а – стационарных с постоянным тиглем; б – поворотных с постоянным тиглем; в – стационарных с выемным
тиглем
Для изготовления тиглей применяются жаропрочные чугуны и стали, а также жаростойкие огнеупорные изделия (графитовые, графитошамотные, алундовые и т.п.).
В индукционных тигельных печах постояные тигли изготавливаются непосредственно на печи набивкой специальных огнеупорных масс на основе огнеупорных песков (маршалита, хромомагнезита и т.д.). Набивка на печи осуществляется с помощью шаблона. Затем тигель в печи просушивается и спекается без изъятия шаблона.
Шахтные и шахтно-ванные печи
Шахтные печи имеют рабочее пространство в форме вертикальной цилиндрической или конической шахты, выполненной из огнеупорной и теплоизоляционной оболочки (футеровки с металлическим кожухом). Оболочку печи могут выполнять: из огнеупорных изделий (кирпичей); из огнеупорных набивных масс; из огнеупорных панелей и т.п.
81
Рис. 2.9. Схема шахтной чугуноплавильной печи - вагранки
Классическим примером шахтной печи является вагранка (рис. 2.9). Она служит в качестве плавильного агрегата для плавки чугуна. В этих печах используется слоевой режим тепловой работы. Они непрерывного действия и работают по принципу противотока, т.е. движение шихтовых материалов и печных газов в рабочем пространстве противоточное.
При длительной плавильной компании огнеупорная оболочка рабочего пространства вагранки выполняется из “гарнисажа”. В данном случае металлический кожух шахты вагранки принудительно охлаждается потоком воды.
Шахтно-ванные печи совмещают ванну и шахту. В шахте в основном происходит подогрев шихты и ее плавление, а в ванне печи проводят перегрев расплава.
82
а) |
б) |
Рис. 2.10. Схемы шахтно-ванных печей: а – чугуноплавильной с водоохлаждаемыми колосниками; б – для плавки алюминиевых сплавов с
разделением ванны на зоны плавки и доводки
Для поддержания столба шихты в шахте печи, в нижней ее части выполняются:
-либо подина с уклоном в сторону ванны;
-либо водоохлаждаемые колосники.
Ванну печей данной конструкции иногда разделяют на отдельные зоны: плавки и перегрева расплава.
Шахтно-ванные печи с выполнением водоохлаждаемых колосников в нижней части шахты используют для плавки чугуна (см.рис. 2.10а).
Шахтно-ванные печи с разделением ванны на зоны плавки и перегрева в основном используют для плавки алюминиевых сплавов
(см.рис. 2.10б).
Барабанные печи
Барабанные печи имеют рабочее пространство в виде горизонтального или наклонного цилиндров. Иногда барабанные печи имеют форму усеченного конуса или нескольких усеченных конусов, расположенных друг в друге противоположно по направлению конусности.
83
а) |
б) |
в) |
Рис. 2.11. Схемы барабанных печей: а – вращающихся наклонных одноходовых; б – вращающихся конусных многоходовых; в – поворотных
плавильных (топливных или электрических)
В зависимости от конструктивного исполнения барабанные печи могут быть вращающиеся или поворотные (см. рис. 2.11). Вращающиеся барабанные печи используются:
-для сушки сыпучих материалов (например, песка);
-для термообработки малогабаритных отливок в поточно-массовом
производстве.
Они всегда выполняются непрерывного действия. Материалом для изготовления барабанов, в данном случае, могут служить износостойкие жаропрочные чугуны или стали.
Вращающиеся барабанные печи, в зависимости от изменения направления потока сыпучего материала могут быть одноходовые (см.рис. 2.11а) и многоходовые (рис.2.11б).
Поворотные барабанные печи (см.рис. 2.11в) служат для плавки,
выдержки и раздачи литейных сплавов. Они периодического действия. Рабочее пространство этих печей выполнено из огнеупорных футеровочных материалов и изделий.
Барабанные печи могут быть, как топливные, так и электрические (дуговые и канальные).
Печи камерного типа
Печи камерного типа имеют форму рабочего пространства в виде горизонтального или вертикального параллелепипеда (иногда цилиндра), выполненного из огнеупорных и теплоизоляционных стенок. Отличительной особенностью данных печей является то, что они служат
84
для тепловой обработки готовых изделий или материалов, расположенных в каком-то мерном жаростойком сосуде (подоне, корзине, коробе, тигле и т.п.) или на конвейере. В данном случае изделия, подвергаемые тепловой обработке, не принимают форму зоны технологического процесса, в основном не соприкасаются с внутренними стенками рабочего пространства и не вступают с ними в какое-либо взаимодействие.
Горизонтальные печи камерного типа (см.рис. 2.12) по исполнению могут быть:
-тупиковые периодического действия;
-проходные, как периодического, так и непрерывного действия;
-колпаковые, в которых нагреваемое изделие, установленное на стационарный под, накрывается сверху съемным футерованным корпусом печи.
а) |
б) |
в) |
Рис. 2.12. Схемы горизонтальных печей камерного типа: а – тупиковых периодического действия; б – проходных периодического или непрерывного
действия; в – колпаковых периодического действия
Восновном горизонтальные печи камерного типа используются: для сушки литейных форм и стержней; для термообработки отливок; для прокалки керамических оболочек.
Колпаковые печи используются для термообработки крупногабаритных массивных отливок.
Влитейном производстве для термообработки отливок иногда используют горизонталные карусельные печи камерного типа с
вращающимся подом (кольцевым или тарельчатым). Они неперывного действия. Устройства для загрузки и выгрузки у печей данной конструкции распологаются рядом.
На рис. 2.13 изображена схема горизонтальной карусельной печи камерного типа с вращающимся кольцевым подом.
85
Рис. 2.13. Схема кольцевой печи камерного типа: 1 – вращающийся под; 2 – огнеупорная оболочка печи с корпусом; 3 – загрузочное окно;
4 – окно выгрузки
Вертикальные печи камерного типа (см.рис. 2.14) по исполнению могут быть с верхней загрузкой изделий, с нижней загрузкой изделий (лифтовые) и конвейерные.
а) |
б) |
в) |
Рис. 2.14. Схемы вертикальных (шахтных) печей камерного типа: а – с верхней загрузкой изделий периодического действия; б – с нижней загрузкой изделий периодического действия; в – конвейерные непрерывного действия
Вертикальные печи камерного типа с верхней и с нижней загрузками изделий используются в основном для термообработки отливок. Оба эти типа печей периодического действия.
86
Вертикальные конвейерные печи камерного типа служат для сушки стержней или для термообработки отливок из цветных сплавов. Они непрерывного действия.
Все печи камерного типа могут быть топливными или электрическими.
2.4. КЛАССИФИКАЦИЯ ПО ИСТОЧНИКУ ТЕПЛОГЕНЕРАЦИИ
В зависимости от источника теплогенерации все печи подразделяются на две группы: топливные и электрические.
2.4.1. Топливные печи
Топливные печи в зависимости от способа сжигания топлива подразделяются:
-на пламенные с четко выраженным факелом;
-на печи с горением топлива в слое кускового материала (пористой среде).
Пламенные печи
В пламенных печах теплопередача нагреваемому материалу осуществляется от пламени (факела) и раскаленных продуктов сгорания в свободном объеме рабочего пространства.
а) |
б) |
в) |
Рис. 2.15. Пламенные печи контактного (прямого) действия: а – ванные; б – барабанные; в – камерного типа; 1 – горелка; 2 – нагреваемый
материал
87
По форме рабочего пространства пламенные печи могут быть ванные, тигельные, шахтно-ванные, барабанные и камерного типа.
Взависимости от места расположения источника теплогенерации и способа теплопередачи пламенные печи подразделяются на печи контактного (прямого) или бесконтактного (косвенного) действий.
Впламенных печах контактного действия (см.рис. 2.15) материал,
подвергаемый тепловой обработке, находится в непосредственном контакте с продуктами сгорания. Это может привести к повышенному окислению элементов сплава и насыщению его газами. Однако, несмотря на данный недостаток, в литейном производстве достаточно широко используются топливные ванные плавильные печи (так называемые "отражательные печи"). Для пламенных отражательных печей характерны: повышенные вместимость (до 12-15 т) и производительность; возможность использования крупногабаритной шихты при механизированной загрузке; простота обслуживания. Эти печи применяют для плавки алюминиевых, реже – магниевых сплавов в цехах фасонного литья с большим годовым выпуском.
а) |
б) |
Рис. 2.16. Нагревательные пламенные печи бесконтактного (косвенного) действия камерного типа: а – с муфелированием изделий; б – с муфелированием пламени; 1 – горелка; 2 – нагреваемое изделие; 3 – муфель; 4 – радиационная
труба; 5 – тепловые затворы
В пламенных печах бесконтактного действия продукты сгорания отделены от изделий, подвергаемых тепловой обработке, специальной не-
88
проницаемой, огнеупорной перегородкой. Теплопередача осуществляется через эту перегородку.
Разделение перегородкой (муфелирование) может производиться несколькими способами. В первом случае (см.рис. 2.16,а) теплообрабатываемые изделия в печи накрываются специальным колпаком (муфелем), который предохраняет их от контакта с продуктами сгорания. Причем под муфелем можно создать любую печную атмосферу, например, защитную. Во втором случае (см.рис. 2.16,б) «муфелируют» продукты сгорания. В данном случае топливо сжигается в специальных радиационных трубах. Они нагреваются и осуществляют передачу теплоты изделиям. В этом случае в рабочем пространстве печи можно наводить необходимую печную атмосферу.
В пламенных плавильных тигельных печах «муфелирование» продуктов сгорания осуществляется тиглем (см.рис. 2.17,а). Печи данной конструкции (поворотные или стационарные) применяют для плавки и выдержки цинковых, магниевых, алюминиевых и медных сплавов.
а) |
б) |
Рис. 2.17. Пламенные плавильные печи бесконтактного действия:
а – тигельные; б – ванные с погруженным газогорелочным устройством; 1 – горелка; 2 – расплав; 3 – тигель; 4 – газоотводящая труба – нагрева-
тель
Кпреимуществам топливных тигельных печей можно отнести:
-простоту конструкции и надежность в эксплуатации;
89
-хорошую маневренность при переходе от плавки сплава одного химического состава к сплаву с другим составом;
-удобство проведения различных технологических операций (легирования, рафинирования, дегазации, модифицирования);
-возможность применения для разливки металла отдельными порциями дозаторов, манипуляторов, роботов.
Недостатками тигельных печей являются:
-малая вместимость (100-500 кг), невысокая производительность, повышенный расход топлива;
-неудобство в разливке метала, в случае необходимости выемки тигля из печи или разбора разливочной ложкой (небольшим ковшом), что увеличивает продолжительность разливки.
Для плавки магниевых сплавов применяются стальные тигли, для
плавки оловянных, свинцовых, алюминиевых сплавов – чугунные, для плавки медных и алюминиевых сплавов – графитошамотные (8-12% графита, 20-25% шамота; 50-67% огнеупорной глины). Вместимость графитошамотных тиглей – 0,5÷500 кг.
Недостатком металлических тиглей является растворение железа во время плавки и переход его в состав сплава, что ухудшает качество сплава. С целью предотвращения этого процесса внутреннюю поверхность тиглей и плавильного инструмента окрашивают или обмазывают специальными составами.
Наибольшее распространение получила краска состава:
- оксид цинка (50%); отмученный мел (50%); жидкое стекло (5% свыше 100%); вода (100%, свыше 100%). Перед нанесением краски поверхность подогревают до 80-900С. В состав обмазки для тиглей входят магнезит, асбест и жидкое стекло. Смесь наносят на поверхность тиглей слоем 5-15 мм, высушивают при 200-800С.
В пламенных плавильных или солевых ванных печах бесконтактного (косвенного) действия применяют газогорелочные погруженные устройства. Газоотводящие трубы этих устройств погружаются в расплав (см.рис. 2.17,б). продукты сгорания, которые проходят по данным трубам, нагревают их. В то же время они не имеют контакта с расплавом.
Топливные печи с сжиганием топлива в пористой среде
Сжигание топлива в пористой среде может производится в «толстом» ее слое или в «тонком» ее слое.
Сжигание топлива в «толстом» слое пористой среды производит-
ся в вагранках. В этих печах сжигание топлива производится в «толстом» слое холостой колоши, высота которой поддерживается постоянной.
90