Материал: Нагрев и нагревательные устройства. курс лекций. Гольцев А.М., Бойко А.Ю

Одним из основных недостатков однокамерной средней печи является периодический нагрев заготовок, в результате чего могут иметься простои ковочного и штамповочного агрегата. Этот недостаток частично устраняется в двухкамерных печах.

Двухкамерная печь. Рабочее пространство двухкамерной печи разделено на две камеры. За время выработки нагретых заготовок в одной камере, в другой происходит нагрев заготовки.

Большая камерная печь. Она предназначена для нагрева крупных слитков массой более 1000 кг. Нагрев крупных слитков, особенно легированных сталей, необходимо вести обеспечивая постепенное равномерное нагревание. Если слитки поступают в цех холодными, то их садят в холодную печь. Большие камерные печи имеют выкатной под, представляющий собой тележку, футерованную сверху огнеупором и перемещающуюся на роликах по желообразным направляющим или на катках. Выкатной под делает удобной посадку и выдачу нагретых слитков. Внизу под печью установлены рекуператоры для подогрева воздуха.

Печи с защитной атмосферой малоокислительного нагрева. Рабочее пространство этих печей разделено промежуточным сводом на две зоны: нижнюю – с защитной атмосферой и верхнюю – зону дожигания. В нижней зоне газ сжигают с недостатком воздуха . Образуется продукт неполного сгорания газа, который содержит и - газы восстановители наряду с и - газы окислители. Так как , то кислорода в этой зоне нет. Заготовки, находящиеся на поду печи в защитной зоне, практически не окисляются.

Продукты неполного сгорания направляются в верхнюю зону дожигания, куда поступает и воздух . За счет дожигания продуктов неполного горения происходит разогрев промежуточного свода, который передает тепло излучением, нагреваемым заготовкам.

Методические печи

Температурный режим методических печей характерен тем, что рабочее пространство имеет различные температурные зоны: зону низких температур, зону высоких температур, сожжет иметь и третью зону, называемую сварочной камерой.

Для возможности достижения такого распределения температур рабочее пространство этих печей – вытянутое с отношением длины к ширине 6:1, у полуметодических печей 4:1, высота рабочего пространства – переменная по длине. Более высокий свод в зоне высоких температур, низкий – в зоне низких температур.

Теплопередача от продуктов горения, стен и свода печи в зоне высоких температур – конвективная. Металл в процессе нагрева перемещается вдоль рабочего пространства под воздействием соответствующих механизмов – толкателей, шагающих балок, скребков конвейера и т.д.

Направление движения металла – навстречу движения продуктов горения – из окна загрузки в зону низких температур и далее в зону высоких температур. Благодаря такому относительному движению продуктов горения и металла достигается замедленный нагрев металла в области низких (до 500-600^оС) температур и ускоренный в области высоких (600-1250^оС) температур. Для обеспечения движения заготовок в поду печи заложены соответствующие металлические направляющие. Выдача заготовок может быть либо через отверстие в поду печи, либо через окно в торцевой стенке по наклонной части пода, либо через окно в боковой стенки с помощью толкателя.

Карусельные (с вращающимся подом) печи. Применяются для нагрева под штамповку. Удобны для нагрева заготовок любой формы, трудной для проталкивания, так как заготовка при нагреве лежит на поду печи и перемещается вдоль рабочего пространства вместе с подом. В печи имеется зона низких и высоких температур благодаря соответствующему расположению горелок. Печь имеет внутреннюю и внешнюю вертикальную стенки в виде колец, свод и под представляют собой плоские кольца. Имеется два окна – загрузки и выгрузки с рабочими столиками.

Под опирается на металлическую конструкцию, которая может вращаться относительно вертикальной оси. Скорость движения пода такова, что при одном обороте его заготовка нагревается до требуемой температуры. Привод пода – электрический.

8.4. Элементы конструкции, узлы и агрегаты печи Фундаменты и каркасы

Фундамент предназначен для равномерного распределения и передачи веса всего сооружения на грунт. Строится для средних и больших печей.

Нагрузка, производимая фундаментом на грунт, не должна превышать 250 кПа (кН/м²). Форма фундамента может быть различной – сплошная плита, ленточный, столбчатый и зависит от конструкции печи и ее размеров. Фундамент выкладывают из красного кирпича, бутового камня на растворе из бетона и из железобетона. Толщина плиты фундамента 300-400 мм.

Под фундаментом должен располагаться уплотненный слой из щебня или битого кирпича толщиной около 100 мм. Тепловая изоляция фундамента от пода печи обеспечивается воздушным зазором, который образуется закладыванием двутавровых балок. В фундаменте делаются вертикальные гнезда, в которых устанавливаются стойки каркаса.

Каркас имеет назначение воспринимать усилия, возникающие в кладке печи (футеровке) при ее тепловом расширении, а также нести на себе свод печи, всю арматуру печи (заслонки, рамы), площадки для обслуживания, средства механизации и другое оборудование печи.

Конструкция каркаса зависит от конструкции и типа печи. Так для малых нагревательных печей каркас и кожух делаются как единая конструкция. Для средних и больших печей изготавливаются каркасы стоечного типа. Он представляет собой несколько пар вертикальных стоек, связанных продольными и поперечными связями. Существует два типа стоечного каркаса: подвижный и жестко-неподвижный.

В подвижном каркасе стойки, расположенные по бокам и торцам печи, связаны между собой резьбовыми связями с пружинными шайбами. По мере разогрева печи резьбовые связи отпускаются, компенсируя тепловое расширение кладки.

У жесткого каркаса стойки жестко связаны с продольными и поперечными связями, которыми являются балки, приваренные к стойкам. Для компенсации теплового расширения кладки при использовании жесткого каркаса предусматриваются тепловые швы в стенках печи.

Важным элементом каркаса являются подпятовые балки, на которые опирается арочный свод печи. Рассчитываются они на горизонтальную составляющую распорного усилия, которое возникает при опоре свода на пятовую балку как балку, нагруженную распределенным усилием, находящуюся на 2-х опорах

, (90)

где - вес всего арочного свода;

- число пар стоек каркаса;

- центральный угол свода.

Рис. 18.

Вертикальные стойки рассчитываются на изгиб силой Н, а сечение горизонтальных поперечных тяг определяют исходя из того, что они не должны деформироваться под действием растягивающей их силы Н.

Дополнительные усилия, возникающие в арочном своде вследствие термического его расширения, учитываются коэффициентом запаса 2-3 в зависимости от температуры печи.

Футеровка печи

Футеровка – это кирпичная кладка пода, стен и свода печи.

Под печи. Под выполняется стационарным или выдвижным. Стационарный под выкладывается на листе, уложенном на продольных балках, уложенных на фундаменте. Футеровка пода многослойная. Нижний слой из красного кирпича, средний слой из шамотного, верхний, обращенный в рабочее пространство, из магнезитового или хромомагнезитового кирпича. Кладка верхнего слоя на ребро в 0.5 кирпича. Толщина пода в зависимости от температуры рабочего пространства и размеров печи колеблется в пределах 230-460 мм.

Определение площади пода.

Площадь пода определяется ее производительностью по нагреву металла, массой и размерами заготовок

, (91)

где - производительность кг/час по нагреву;

- масса одной заготовки, кг;

- время нагрева, час.

Из уравнения определяется число заготовок одновременно находящихся в печи n:

(92)

По размерам и количеству одновременно нагреваемых заготовок определяется площадь пода, занятая заготовками

, (93)

где - площадь пода, занятая заготовками;

- площадь проекции заготовки на под.

Общая площадь пода учитывает, что между заготовками должны быть зазоры, что заготовки не укладываются вплотную к стенкам печи. Это определяется коэффициентом загрузки печи, который для камерных печей принимается 0.35-0.5, для методических печей 0.6-0.85.

Таким образом

, (94)

где - площадь пода;

- коэффициент загрузки.

Размеры пода В – ширина (размер по фронту печи) и длина L (размер по глубине) определяется в зависимости от принятой схемы укладки заготовок. Схема укладки – однорядочная, двухрядная или трехрядная.

при однорядном расположении

(95)

где - шаг укладки;