Лекция 11

План лекции:

Конструкції та теплові режими печей.

Термічні печі. Характерні режими термообробки. Термічні печі камерного типу. Піч з викатним подом. Піч з нерухомим подом. Ковпакова піч. Приблизні матеріальні і теплові баланси термічних печей камерного типу. Заходи щодо скорочення витрати палива в термічних камерних печах.

9.5 Термические печи. Характерные режимы термообработки

Термическая печь – печь для термической обработки металлических изделий. Термические печи классифицируются по технологическим признакам и назначению (закалочные, отжигательные, цементационные и др.), по способу нагрева (электрические, пламенные, косвенного нагрева), по среде рабочего пространства (воздух, газовая контролируемая среда, жидкая среда), по конструкции (камерные, колпаковые, ванные и т.д.), по режиму работы (периодического и непрерывного действия).

В процессе термической обработки повышается качество изделий или сообщаются дополнительные свойства, что обеспечивает сокращение расхода металла в процессе эксплуатации. Термической обработке подвергаются все виды горячекатаного и холоднокатаного проката: лист, уголок, проволока, рельс, труба, швеллер, лента и др.

Виды термической обработки:

1) сортовой прокат – полный и изотермический отжиг, нормализация, закалка (патентирование);

2) горячекатаный лист: а) нормализация или закалка с последующим отпуском; б) отжиг или высокий отпуск;

3) рельсы – нормализация, изотермическая выдержка, отпуск;

4) холоднокатаный лист и лента – рекристаллизационный отжиг.

Все виды термообработки можно разделить на две большие группы:

1) простой нагрев до определённой температуры с последующей выдачей на воздух (нормализация) или в жидкие среды (закалка). Пример режима – на рис. 9.13а;

2) нагрев до определённой температуры с последующей длительной изотермической выдержкой и, в завершение, регламентированным охлаждением или охлаждением вместе с печью (отжиг). Пример режима – на рис. 9.13б.

Для нагрева под нормализацию и закалку применяют нагревательные проходные печи всех типов, описанных ранее. Кроме этих печей применяют специализированные проходные и камерные печи, предназначенные для термической обработки конкретных видов продукции.

Для нагрева под отжиг применяют камерные печи и для отдельных видов продукции – протяжные печи непрерывного действия (отжиг ленты, полосы, проволоки).

Рис. 9.13 – Характерные режимы термообработки в термических печах:

а ‑ закалка (индекс "з") и нормализация (индекс "н") в проходной печи; б ‑ отжиг в камерной печи;

t_г ‑ температура дыма; t₀ ‑ начальная температура металла; t_п ‑ температура поверхности металла; t_с ‑ температура середины металла; q_п ‑ плотность теплового потока на поверхности металла в процессе нагрева

Специализированная на термической обработке печь должна обеспечивать заданный технологией температурно-временной режим обработки изделия и высокую равномерность нагрева изделия. Обычные нагревательные печи не всегда в состоянии обеспечить необходимую в термообработке равномерность и точность нагрева. Так, при нагреве слитков под обработку давлением удельный перепад температуры в конце нагрева должен быть не более 100-300 С на 1 метр толщины, а при нагреве заготовок – не более 1000 С на 1 метр толщины. Как при нагреве слитков, так и заготовок абсолютное значение перепада температуры составляет 50-70 С. При термической же обработке металлопродукции перепад температуры по сечению в конце режима термообработки чаще всего должен вообще отсутствовать или составлять не более 5‑10 С. Когда говорят о перепадах температур, то в термических печах подразумевают перепад не по сечению, а по объему садки металла. Фактически – это разброс температуры по объему садки. Его величина обычно составляет 5‑10 С, в то время как в нагревательных печах разброс температур может быть 80‑100 С и больше. Поэтому и говорят, что при термообработке очень жесткие требования по равномерности нагрева.

В качестве примера рассмотрим самые распространённые пламенные термические печи из всего многообразия пламенных и электрических печей. Особенность пламенных печей – они отапливаются газом. Мазут и твёрдое топливо практически не используются.

Составление материального и теплового балансов термических печей имеет особенность, связанную с почти полным отсутствием окисления металла в процессе нагрева из-за малого уровня температур. Фактически материальный баланс можно свести к материальному балансу горения топлива, рассчитанному или на 1 кг топлива, или на 1 м³ топлива, или на 1 Дж химической энергии топлива. Ориентировочный материальный баланс термической печи приведен в табл. 9.5.

Таблица 9.5 – Ориентировочный материальный баланс процессов в рабочем пространстве термической печи (кг/м³ топлива и кг/МДж топлива)

Приход	кг/м3 топл.	кг/МДж топл.	Расход	кг/м3 топл.	кг/МДж топл.
1. Топливо (природный газ)	0,8	0,022	1. Продукты горения	13,8	0,381
2. Воздух для горения топлива	13,0	0,359
Итого	13,8	0,381	Итого	13,8	0,381

Тепловые балансы термических печей похожи на балансы соответствующих нагревательных печей, хотя существуют некоторые особенности, которые будут даны при рассмотрении этих печей.