охлаждения, закалочные устройства и т. п.), механизмами и камерами загрузки и разгрузки.

Печи с шагающим подом (с шагающей бал­кой) применяют в качестве нагревательных печей (тип СЮО) для нагрева под прокатку крупных заготовок или слитков, рас­полагаемых поперек продольной оси рабочего пространства. Под печи (рис. 212) имеет продольную щель, в которой размещена футерованная подвижная балка, совершающая возвратно-посту­пательное движение с помощью электромеханического или гидра­влического привода. Балка периодически поднимается, выдви­гаясь из щели на 0,1—0,2 м и приподнимая заготовки над не­подвижным подом у стен печи, и при этом передвигается гори­зонтально, постепенно опускаясь в щель ниже пода, в результате чего нагреваемые заготовки перемещаются в сторону разгрузоч­ного конца печи дискретно на величину шага (до 0,5 м) подвижной (шагающей) балки. Возврат балки в исходное положение проис­ходит в результате обратного хода в подовой щели под нагрева­емыми заготовками. Продолжительность цикла хода балки дости­гает 1 мин.

В крупных печах по ширине устанавливают две и более шага­ющих балок, но при этом возрастают тепловые потери через продольные щели и трудности обеспечения равномерного распре­деления температуры в рабочем пространстве. Щели между по­движной балкой и неподвижным подом герметизируют при помощи гидравлического затвора с «ножом» на подвижной балке.

Отсутствие в рабочем пространстве металлических деталей механизма для транспортировки позволяет иметь более высокие рабочие температуры по сравнению с рольганговыми печами, для создания которых применяют металлические нагреватели из сплавов сопротивления (до 1525 К) или карборундовые нагрева­тели (до 1575 К). Нагреватели обычно располагают на боковых стенах и на своде, иногда в поду и даже в продольных щелях (для компенсации тепловых потерь). Нагреваемые заготовки, транспортируемые вдоль печи в поперечном положении, загру­жают и выгружают через боковые проемы (окна).

Термические печи с шагающим подом и контролируемой атмо­сферой (типа СЮЗ или СЮН) имеют камеры охлаждения и другое дополнительное технологическое оборудование.

Карусельные печи (рис. 213) для нагрева массивных заготовок перед пластической деформацией (типа САО) или тер­мической обработки в контролируемой атмосфере (типа САЗ) имеют плоский футерованный вращающийся под в виде тарелки с центральной опорой или кольца с выносной роликовой опорой. Как правило, вращение пода прерывистое с паузой на разгрузку и загрузку нагреваемых заготовок. Окружная скорость вращения пода (по наружному диаметру) достигает 0,1—0,5 м/с в зависи­мости от технологического режима нагрева. Нагреваемые заго­товки загружают и разгружают через один дверной проем (в тер-

мических печах) или через два раздельных проема,, расположенных рядом, что затрудняет механизацию этих операций и создание технологических грузопотоков.

Отсутствие в печной камере металлических деталей механизма вращения пода позволяет создавать высокие рабочие температуры,

которые зависят от материала нагревателей (до 1525 К для метал­лических нагревателей из сплавов сопротивления). Нагреватели располагают по цилиндрическим поверхностям печной камеры и на своде; в крупных печах — и на поде, перекрытом карбо­рундовыми подовыми плитами.

Кольцевые щели между печной камерой и вращающимся подом герметизируют песчаным или гидравлическим затвором, для чего под оборудуют специальными кольцевыми «ножами».

Протяжные печи применяют для термической и хи­мико-термической обработки при температуре до 1575 К про­волоки, ленты, топкого листа и тонкостенных труб малого диа­метра в контролируемой атмосфере (печи типа СПЗ или агрегаты типа СПЗА). В процессе обработки нагреваемый металл при по­-

мощи размоточного и намоточного механизмов непрерывно про­тягивают через камеры (зоны) нагрева, выдержки и охлаждения. Для уменьшения длины печей используют многоходность, т. е. многократное прохождение металла (ленты, проволоки) в гори­зонтальной или вертикальной плоскостях в одной печной камере, а для повышения производительности — многорядность, когда через одну и ту же печную камеру протягивают параллельно несколько рядов (4, 12 и даже 24) нагреваемого металла. В про-

тяжных печах обеспечивается высокая равномерность нагрева, недостижимая при нагреве проволоки или ленты в бунтах в печах другой конструкции.

Протяжные печи бывают горизонтальными и вертикальными. Для нормального прохождения через горизонтальную протяжную печь проволоки и тонких труб используют направляющие трубы, а для топкой ленты — муфели, при этом скорость протяжки составляет 2 м/с.

Разновидностью вертикальных многоходовых протяжных печей являются башенные печи (рис. 214) для термической обработки стальной ленты со скоростью до 10 м/с. В таких печах лента шириной до 1 м движется петлеобразно по вертикальным камерам-зонам, огибая вращающиеся верхние и нижние ролики. Во избе­жание остаточной деформации в ленте диаметр ролика должен в 800—1000 раз превышать толщину ленты в холодном состоянии и в 600—700 раз — в горячем, поэтому толщина ленты ограничена (-<2 мм). Высота петель обычно равна 10—12 м. Производитель­ность башенных печей достигает 60 т/ч.

Для уменьшения тепловых потерь и потерь контролируемой атмосферы протяжные печи герметизируют в зависимости от тех-

нологического процесса термической обработки жидкостными (гидравлическими) или механическими затворами, газовоздуш­ными завесами или затворами в виде специальных камер с регу­лируемым давлением.

Для безокислительного нагрева ленты и проволоки применяют вакуумные протяжные печи полунепрерывного и непрерывного действия. В печах первого типа размоточный и намоточный меха­низмы с соответствующими барабанами расположены в вакуум­ных камерах, примыкающих к камере нагрева. Поэтому для замены рулона ленты или бунта проволоки требуется разгерме­тизация вакуумной печи, что снижает ее производительность. В печах второго типа эти механизмы находятся вне печи, поэтому она может работать без нарушения вакуума непрерывно. Для обеспечения герметичности рабочего пространства при вводе и выводе ленты или проволоки необходимы надежные проходные вакуумные уплотнения (например, многоступенчатые динами­ческие уплотнения с самостоятельной откачной системой).

3. Печи косвенного действия, работающие по конвективному режиму

Особенности тепловой работы

В соответствии с общей теорией печей М. А. Глинкова печи сопро­тивления косвенного действия как печи-теплообменники имеют конвективный режим тепловой работы, когда теплопередача конвекцией является единственным возможным или доминиру­ющим (определяющим) теплообменным процессом по сравнению с тепловым излучением и теплопроводностью.

Возможны следующие разновидности этих печей:

а) печи с нагревателями (ЗГТ), экранированными от нагрева­емого материала (ЗТП), и с принудительной циркуляцией атмо­сферы, работающие по конвективному проточному режиму не­зависимо от температуры лучепрозрачного газообразного тепло­носителя;

б) печи с принудительной циркуляцией нелучепрозрачных жидких или псевдоожиженных теплоносителей и печи со свободной (естественной) конвекцией жидкого теплоносителя, работающие по конвективному циркуляционному режиму;

в) низкотемпературные (Т_ра6 ≤ 1000 К) печи с принудительной циркуляцией атмосферы, работающие по конвективному циркуля­ционному режиму; влияние возможного теплового излучения от неэкранированных нагревателей учитывают поправочным коэф­фициентом;

г) сечи с жидкометаллическими теплоносителями, работающие по циркуляционному режиму; конвективная теплопередача интен­сифицируется высокой теплопроводностью среды в рабочем пространстве.

Конвективный режим теплообмена характеризуется тремя стадиями переноса тепла из ЗГТ в ЗТП:

1. перенос тепла через пограничный слой, возникающий на поверхности нагревателя F_н с температурой Т_н, к теплоносителю температурой Т'_тн, который оценивается коэффициентом теплоотдачи а’’;

2. перенос тепла в теплоносителе в результате естественного или принудительного массообмена;

3. перенос тепла через пограничный слой, возникающий на поверхности нагреваемого материала Fм с температурой Тм, от теплоносителя с температурой Т'_тн, который оценивается коэффи­циентом теплоотдачи а".

Тепловой поток при стационарном процессе конвективной теплопередачи равен

(Х.15)

где q_ТН — плотность теплового потока, переносимого в тепло­носителе; а_К— результирующий коэффициент конвективной те­плопередачи.

Согласно уравнению (Х.15) эффективность конвективной тепло­передачи зависит от лимитирующего звена в рассмотренной цепи стадий переноса тепла.

Для нагрева воздуха или технологических газов в низко и среднетемпературных печах сопротивления с принудительной циркуляцией атмосферы, работающих в конвективном проточном режиме, применяют печные электрокалориферы типа СФО с ма­ксимальной температурой металлических нагревателей, выпол­ненных из сплавов сопротивлении, до 1375 К. Высокотемператур­ный нагрев (до 2300 К) инертных газов производят в проточных высокотемпературных калориферах или в устройствах импульс­ного типа с аккумулирующей пористой насадкой, имеющей раз­витую поверхность теплообмена (например, прессованная воль­фрамовая проволока или шаровая засыпка из оксида алюминия). Конструкция нагревателей должна обеспечивать свободное обдувание его теплоотдающей поверхности поперечным газовым потоком: проволочные или ленточные зигзаги; проволочные спи­рали, свободно обдуваемые или навитые на керамические спирали; трубчатые нагреватели из тканых пли плетеных сеток, стержней по форме беличьего колеса, пластин с продольными разрезами и т. п.

Величину а' находят из обобщенных уравнений:

при 80 < Rе < 1000 Nu= ;

при Rе> 1000 Nи = 0,268

В качестве определяющего размера /₀ принимают: для про­волоки — диаметр; для ленты с соотношением сторон поперечного сечения 1 : 10 и периметром П_л — 1₀ П_л /(1,5π) 0,22 П_л, если длинная сторона сечения расположена вдоль направления течения потока, или 1₀ П_л /π 0,32 П_л, если длинная сторона сечения расположена поперек.

Удельная поверхностная мощность нагревателя q_к, работа­ющего в конвективном режиме, зависит от допустимой темпера­туры нагревателя Тн при заданной температуре теплоносителя Тт’^н с учетом факторов, влияющих на конвективный теплообмен

q_к = а' (Т_н - Тт’^н) = а' ΔТ (Х.16)

_где ΔТ — температурный напор «нагреватель — теплоноситель». Результатирующая удельная поверхностная мощность q_∑ учи­тывает неизбежное тепловое излучение экранированного нагрева­теля на стенки электрокалорифера или на стены и экран печной камеры конвективной печи в виде соответствующей поверхностной мощности q_П аналогично уравнению (Х.13)

q_∑= q_к+ q_П (Х.17)

По данным МЭИ, при скорости воздуха 5—20 м/с величина а' - 100-300 Вт/(м²К); q_к = 10-30 кВт/м² при ΔТ = 100 К и q_к= 40- 100 кВт/м² при ΔТ = 400 К, при этом для допустимой температуры нагревателей 800—1100 К величина q_П = 5-10 кВт/м².

Неэкранированные нагреватели низкотемпературных печей с принудительной циркуляцией атмосферы, работающих в конвективном циркуляционном режиме, при Тн 800-900 К имеют q_П 10-15 кВт/м².

Перенос тепла в теплоносителе связан с конвективным переносом массы, имеющей определенные теплофизические свойства (табл. 13).

Воздух и технологические газы отличаются низкой способ­ностью к конвективному теплопереносу вследствие малой плот­ности и низкой теплопроводности. Обычно их используют в каче­стве теплоносителей в печах с принудительной циркуляцией, оснащенных специальными печными вентиляторами осевого или центробежного типа конструкции ВНИИЭТО.

Жидкие теплоносители с ионной теплопроводностью (расплавленные соли и шлаки) имеют плотность на 3—4 порядка выше, чем газы, и вследствие более высокой энтальпии способны создать интенсивный теплоперенос, но у них наибольшая вязкость и не­высокая теплопроводность. В электродных соляных ваннах типа СВС и в печах электрошлакового переплава эти недостатки тепло­носителей ослабляются электродинамической конвекцией, воз­никающей при протекании электрического тока через ванну. Большая объемная теплоемкость солей и шлака позволяет создать компактные конвективные печи с наименьшими объемом рабочего пространства и габаритами. Особые преимущества как тепло­носитель имеет вода, но из-за низкой температуры кипения ее