Печь – устройство в котором, в результате горения топлива или преобразования электроэнергии, выделяется теплота, используемая для отопления либо тепловой обработки материалов или изделий. Она

1. Нагревательные печи

Печь – устройство в котором, в результате горения топлива или преобразования электроэнергии, выделяется теплота, используемая для отопления либо тепловой обработки материалов или изделий. Она является одновременно и технологическим аппаратом, и энергетическим устройством.

Классификация печей

1. По технологическому признаку:

– сушильная;

– нагревательная;

– плавильная.

2. По виду энергии:

– пламенные на жидком топливе;

– пламенные на газообразном топливе;

– пламенные на твёрдом топливе;

– электрические.

3. По температуре нагрева:

– низкотемпературные t < 650 ˚С;

– среднетемпературные 650< t <1000 ˚С;

– высокотемпературные 1000< t< 1500 ˚С.

4. По способу нагрева:

– окислительные;

– безокислительные.

5. По периодичности работы:

– с периодической загрузкой;

– с непрерывной загрузкой.

6. По способу использованию тепла уходящих газов:

– без использования;

– с использованием тепла;

– с регенератором;

– с рекуператором;

– с теплоизоляционными установками.

7. По технологическим признакам:

– прокатные;

– кузнечные;

– термические.

8. По конструктивным признакам:

– кузнечные горны;

– очковые печи;

– щелевые;

– камерные;

– методические;

– полуметодические;

– карусельные;

– кольцевые.

Требования, предъявляемые к печам

1. Высокая производительность;

2. Высокая эффективность использования топлива;

3. Возможность автоматизированного управления

4. Высокая стойкость кладки, каркасов и др. элементов;

5. Удобство и простота обслуживания.

Основные размеры рабочего пространства и номинальной температуры регламентированы ГОСТ 1195 «Печи промышленные для нагрева и термической обработки».

ГОСТ распространяется на печи следующих типов:

1. –Камерные со стационарным подом;

2. – Камерные с выдвижным подом;

3. – Толкательные;

4. – С шагающим подом;

5. – Карусельные.

Печи, применяемые в машиностроении, типизированы, принят единый принцип образования индексов, состоящих из букв и цифр, раскрывающих параметры и размеры печи.

Например: печь НАОТ – 40.16.2,5/12,5–М.

1 2 3 4 5 6 7 8 9

1) Н – нагревательная;

Т – термическая;

С – сопротивления;

2) А – вращающийся под;

Б – выдвижной под;

К – конвейерная;

Н – камерная периодического действия;

Т – толкательная;

У – методическая, кузнечная;

Щ – щелевая;

Ю – с шагающим подом;

Ш – шахтная.

3) Характеристика среды;

О – обычная;

А – азот;

В – вакуум;

З – защитная атмосфера.

4) Отдельные особенности;

К – кольцевой под;

М – механизированная;

Н – непрерывного действия;

П – периодического действия;

Т – тарельчатого типа.

5) Первая группа цифр: длина печи или диаметр [дм].

6) Вторая группа цифр: ширина пода [дм].

7) Третья группа цифр: высота рабочего пространства или максимальная высота загрузочного пространства [дм].

8) Четвёртая группа цифр: максимальная t∙10^-2 – температура нагрева.

9) Буква (через дефис):

М – мазут;

Г – газ.

Нагревательные печи заготовительных участков

Для нагрева длинномерного проката (1,5…6м) перед резкой на пресс – ножницах применяются различные типы печей, выбор которых определяется характером производства, заданной производительностью, сортаментом проката, техническими требованиями к нагреву, мощностью пресс-ножниц и их расположением в цехе. Кроме того есть особенности заготовительного производства:

1. Резкое изменение производительности печи из – за изменения длины отрезаемой заготовки;

2. Частая смена сортамента и марок стали, в результате изменение температуры нагрева для различных марок стали.

Отсюда требования:

1. Нагрев металла в широком диапазоне температур;

2. Равномерное распределение t˚С-полей в Р.П. печи;

3. Рациональное использование топлива;

4. Автоматизация и механизация всех трудоёмких процессов (загрузка, перемещение, выгрузка и т. д.).

Для ковки (штамповки) режут заготовки из круглого и квадратного проката, реже из плоского проката.

Для резки применяют пресс – ножницы, которые могут быть разделены по усилию на три группы:

1. 1000, 1600, 2500 кН;

2. 4000, 6300 кН;

3. 10000, 16000 кН;

Нагревающие устройства поставляются к каждой группе прессов и имеют соответствующие параметры.

Чаще всего применяют нагревающее устройство типа: ННОП (печь нагревательная,камерная, с обычной атмосферой, периодического действия; НЮОН (печь нагревательная, с шагающим подом, с обычной атмосферой, непрерывного действия) и НТОН (печь нагревательная, толкательная, с обычной атмосферой, непрерывного действия).

Подогрев прутков осуществляют в следующих случаях:

1.Для уменьшения усилия резки при больших диаметрах заготовки;

2. Для легированных сталей любого диаметра, с целью предотвращения растрескивания;

3. Для высокопластичных сталей. Нагрев до температуры синеломкости с целью повышения твёрдости и улучшения качества среза.

На заготовительных участках чаще всего используют следующие печи:

1.1. Пламенные проходные:

1.1.1. С односторонним нагревом (см. рис. 2.1);

1.1.2. С двухсторонним нагревом (см. рис. 2.4.);

1.2. Индукционные проходные.

СХЕМА НАГРЕВАТЕЛЬНОЙ ПЕЧИ

ЗАГОТОВИТЕЛЬНОГО УЧАСТКА

С ОДНОСТОРОННИМ НАГРЕВОМ ЗАГОТОВКИ

Рис.1.1

Недостаток – металл греется с одной стороны.

ПОД ПЕЧИ С НАКЛОННЫМ ПОДОМ

Рис 1.2.

А – механизм поштучной выдачи. Производительность от 3 до 64 т/ч.

ПОД ПЕЧИ С ШАГАЮЩИМ ПОДОМ

Рис.1.3.

ТОЛКАТЕЛЬНАЯ ПЕЧЬ ЗАГОТОВИТЕЛЬНОГО УЧАСТКА

С ДВУХСТОРОННИМ НАГРЕВОМ ЗАГОТОВКИ

Рис. 1.4.

Все эти печи имеют низкую температуру и низкий КПД. t = 500 – 800 ˚С. Наиболее прогрессивным является индукционный (электрический) нагрев.

КАМЕРНЫЕ ПЕЧИ

К ним относятся печи следующих типов:

1. Горны;

2. Очковые;

3. Щелевые;

4. С неподвижным горизонтальным подом;

5. С выдвижным подом;

6. С наклонным подом;

7. С защитной атмосферой;

8. Механизированные: толкательные, карусельные, с шагающими балками, конвейерные с наружным конвейером, конвейерные с внутренним конвейером.

Камерные печи наиболее широко распространены в КШП. Обладают (в условиях индивидуального и серийного производства) преимуществом: обширная номенклатура нагреваемых заготовок по размерам, форме, массе и маркам материала. Кроме того они имеют простые конструкции и удобное обслуживание. При этом непрерывно ведутся работы по совершенствованию камерных печей с целью: – улучшения качества нагрева; – снижения расхода топлива; – уменьшения угара; – использования механизации и автоматизации.

Различают:

1. Малые печи S_пода = 0,3…1,5 м², m = 1,5-2 кг;

2. Средние печи S_пода = 1,5…5 м², m = 12-15 кг;

3. Крупные печи S_пода > 5 м², m > 15кг.

СХЕМА МАЛОЙ КАМЕРНОЙ ПЕЧИ

Рис. 2.5.

Кладку малых и средних печей выполняют в кожухах или неподвижных каркасах. Они могут иметь одно или несколько окон загрузки - выгрузки. Дымовые газы можно отводить под зонт в дымовую трубу (одна труба на несколько печей).

Печи такого типа обычно загружают садками, что приводит к простоям штамповочного оборудования (во время нагрева садки). Для уменьшения простоев и лучшего использования тепла печи делают двухкамерными, при этом можно отапливать одну камеру, а вторая служит для подогрева, или подогревать обе камеры попеременно. Во втором случае необходимо устройство для переключения канала отвода газов.

БОЛЬШИЕ КАМЕРНЫЕ ПЕЧИ

В них греют крупные заготовки и слитки. Сооружают их в жёстких или подвижных каркасах, на массивных фундаментах. Продукты горения отводят в дымовые трубы. Печи имеют несколько окон больших размеров, иногда оборудованных водоохлаждаемыми рамами и футерованными водоохлаждаемыми заслонками. Подъём и опускание заслонок механизируют с помощью пневмо-, гидро-и реже электрического привода.

Тепло отходящих газов используют в регенераторах, хотя рекуператоры считают более рациональными в этом случае для подогрева воздуха.

Производительность печей: легированная сталь 200 кг/ч; углеродистая и низколегированная – 400 кг/ч.

Число устанавливаемых горелок (форсунок) Б/4 (Б – ширина пода а м).

Расход топлива для легированных сталей: мазут 200-250кг/т(нагреваемого металла), газ природный 275-300м³/т.

Для углеродистых сталей – половина приведенного расхода.

КАМЕРНАЯ ПЕЧЬ С ВЫДВИЖНЫМ ПОДОМ

Рис.1.6.

Используется регенератор – устройство в котором тепло уходящих газов передаётся воздуху, подаваемому в печь.

t_{ух газов} = (700 – 800)˚С, тогда КПД = (30 – 40)%.

КАМЕРНЫЕ ЩЕЛЕВЫЕ ПЕЧИ

Рис. 1.7.

Для нагрева концов заготовок применяют камерные щелевые печи. Печи выполняются с прямоугольным рабочим пространством и щелью вдоль длинной стороны печи. Размер щели зависит от размеров печи, но обычно высота щели

h₁ = 100 – 180 мм по краям и h₂ = 200 – 300 мм в центре.

Продукты сгорания отводятся через щель или проёмы в кладке.

Характеризуются высоким расходом топлива и низким КПД (КПД зависит от систем отопления и утилизации тепла) и может различаться на 200%

К большим потерям с уходящими газами прибавляются и другие потери тепла: – на холостой ход и разогрев печи; – очень большие потери излучением через щель; – плохое распределение тепловых потоков (часть их не используется); – топливо – сжигающие устройства не обеспечивают полного выделения теплоты в Р.П. печи; потери из – за большого объёма Р.П.

Уменьшению перечисленных недостатков способствует применение косвенного (радиационного) нагрева, который осуществляют с помощью сводных (устанавливаемых на своде печи) радиационных плоскопламенных горелок.

Пути совершенствования нагрева (примеры):

1. США – нагрев проволоки

1.1 Традиционные горелки и более высококалорийное топливо: стоимость одного фунта проволоки – 0,6 цента.

1.2 Плоскопламенные радиационные горелки на своде печи: 1 фунт = 0,17 цента (при равной производительности). КПД возрос на 300 %, расход топлива резко уменьшился.

2. Киевский завод станков автоматов им. Горького:

2.1 Замена инжекционных горелок на плоскопламенные типа ГПП: расход газа сократился на 30 %; уменьшились потери через окна, увеличилась стойкость металлоконструкций печи; улучшились условия труда. Вывод на рабочий режим в 1,5 – 2 раза быстрее.

Ещё один резерв – установка рекуператоров для подогрева воздуха обеспечивает экономию топлива на (5 – 10)%.

Последнее время все печи проектируют с возможностью использования резервного топлива – газомазутных горелок.

Следующий путь – интенсификация теплообменных процессов путём использования газовых горелок ДАГ в комплекте с пропорционализаторами, они разработаны ВНИИпромгаз. При этом газовая смесь готовится предварительно с использованием компрессорного воздуха, что позволяет увеличить скорость выхода продуктов горения из горелочного тоннеля до 180-200м/с и обеспечивает создание интенсивных циркуляционных потоков в объёме Р.П. печи.

ВНИИтеплопроект разработал серию РКП (рециркуляционных камерных печей). Работает на природном газе с использованием горелок ДАГ-1, расположенных по одной в каждой боковой стенке и смещённых на 350-500мм. В кладке предусмотрены рециркуляционные устройства, состоящие из соосного с горелкой смесителя и подводящего канала. Для поддержания в печи заданной температуры применяется двухпозиционная система автоматизированного регулирования (см. рис. 2.8.).

РЕЦИРКУЛЯЦИОННАЯ КАМЕРНАЯ ПЕЧЬ

Рис. 1.8.

Одна из основных задач проектирования камерных печей – экономия топлива путём использования:

– процесса внутренней рекуперации, что представляет большой интерес;

– обычный нагрев – (конвекция – излучение) – нагрев и удаление продуктов горения.

– процесса внутренней регенерация – внутренний слой футеровки делают газопроницаемым, используя пористые или перфорированные материалы. За этим слоем создаётся свободное пространство, за которым следует газонепроницаемый слой и высокотеплоизоляционный внешний слой футеровки.

ПОЛУМЕТОДИЧЕСКИЕ, МЕТОДИЧЕСКИЕ И КОЛЬЦЕВЫЕ ПЕЧИ

Применяются в условиях массового и крупносерийного производства. В этих печах материал движется навстречу продуктам горения, а температура отходящих газов значительно ниже чем в камерных (700-1000˚С), КПД до (40 – 50)%.

В полуметодических и методических печах нагревают крупные заготовки до заданной температуры с безопасной скоростью. В них, заготовки различной формы и размеров, передвигают вдоль печи толкателем или с помощью шагающего пода. Первые имеют 2 зоны (методическая + сварочная), вторые 3 зоны (методическая + сварочная + выдержки). Работают на жидком и газообразном топливе. Печи бывают с одно и двухсторонним обогревом.

схема печи методической – толкательной

Рис.1.9.

По способу выдачи они бывают с боковой и торцевой выдачей. При последней не требуется дополнительных устройств для выталкивания заготовок, но происходит подсос воздуха за счёт инжекции, приводящий к подсосу воздуха.

Толкатели бывают – винтовые и пневматические. Заготовки скользят по водоохлаждаемым или неохлаждаемым балкам (глисажным шинам и стелюгам). Водоохлаждающие глисажные шины применяют при двухстороннем обогреве. Для облегчения проталкивания под печи делают наклонным (6 – 8)˚. Это позволяет увеличить производительность печи за счёт увеличения числа одновременно загружаемых заготовок. Угол увеличивать нельзя т. к. произойдёт сползание заготовок.

Горелки располагают на боковых стенах на высоте (800 – 850)мм в щахматном порядке, так как при более низком расположении горелок пламя ударяет в поверхность металла. При наличии горелок только в торцевой поверхности холодный воздух подсасывается через окно выдачи.

Их применение обеспечивает более высокий в сравнении с камерными печами коэффициент полезного действия (к.п.д.) и коэффициент использования тепла (к.и.т.), что объясняется наличием методической зоны.

ПОД ПЕЧИ МЕТОДИЧЕСКОЙ С ШАГАЮЩИМ ПОДОМ

Рис. 1.10.

Печи с шагающим подом на 15-17% дороже чем толкательные той же производительности (недостаток).

Преимущества:

1. Эксплуатационные:

1.1 Ликвидация проблемы уборки окалины;

1.2 Легко удалять металл в печи в случае остановки (ремонт);

1.3 Возможность регулирования скоростей металла в печи;

1.4 Увеличение на 30 % поверхности нагреваемых заготовок;

1.5 Значительное снижение угара за счёт увеличения скорости нагрева;

1.6 Отсутствие осыпания окалины.

2. Связанные с возможностью обеспечения более высокой интенсивности нагрева металла т.к. двухсторонний нагрев (шагающий под), в 2,5 раза увеличивает скорость нагрева в сравнении с толкательной печью.

График изменения температуры (см. рис. 1.3,1.4.).

Режим стационарный т. к температура t не зависит от времени τ.

Полуметодические печи имеют отношение ширины печи к длине

В/L = 1:4; Методические – В/L = 1:6.

У печей этого типа более сложная кладка свода печи, особенно переход от горизонтального к наклонному.

ПЕЧИ С ВРАЩАЮЩИМСЯ ПОДОМ

Делятся на печи с дисковым (тарельчатым) подом и с вращающимся кольцевым подом (кольцевые печи).

СХЕМА ТАРЕЛЬЧАТОЙ ПЕЧИ

Рис. 1.11.

1 – фундамент; 2 – привод вращающегося пода;

3 – опора пода; 4 – кладка пода; 5 – газовый затвор;

6 – кладка стен; 7кладка свода; 8 – колонна (канал)

для отвода П.Г.; – рекуператор; – горелка (форсунка).

Время одного оборота соответствует времени нагрева. Горелки располагаются тангенциально, что обеспечивает интенсивный теплообмен.

Вытяжные окна у кольцевых печей в центральной зоне, тарельчатых – через окна в боковых стенах. t_{нагрева}=1250-1300 ˚С.

Тепловой режим в этих печах может быть камерным и методическим.

При работе на холодном воздухе используют инжекционные горелки, – на подогретом – «труба в трубе».

Как правило, такие печи оснащаются трубчатыми рекуператорами.

При ширине пода печи более 4,5м, горелки устанавливают на внутренней и наружной стенах. При ширине пода менее 4,5 м – только на наружной стене печи.

Угар металла в кольцевых печах 0,5-1,0 % (т. е. меньше чем в других печах). Эффективный к.п.д. η _эф= 40-45%. Режим чаще близок к методическому.

ПЕЧИ С ВРАЩАЮЩИМСЯ ПОДОМ ТИПА НАОК И НАОД

Рис. 1.12.

ПЕЧИ БЕЗОКИСЛИТЕЛЬНОГО НАГРЕВА

Существует три способа безокислительного нагрева:

1. В атмосфере неполного сгорания топлива (α = 0,5-0,6);

2. В контролируемых атмосферах;

3. В жидких средах.

Требования к печам безокислительного нагрева:

1. Герметичность для поддержания положительного давления в Р. П., для обеспечения постоянного состава печной атмосферы, избежать потерь защитного газа, исключить несчастные случаи;

2. Отсутствие элементов нежелательно изменяющих состав контролируемой атмосферы или разрушающихся под её воздействием;

3. Надежная защита контролируемой атмосферы от попадания в неё п. г. топлива, воздуха, влаги.

Неполное сгорание – при условии СО/СО₂ ≥ 3 и Н₂/Н₂О ≥ 1,3, то окисление приостанавливается.

Для горения природного газа в таких условиях первичный воздух необходимо подогревать до температуры 600-800 ˚С. Или применять дутьё обогащённое кислородом. Теплота при дожигании передаётся излучением через тонкий карборундовый свод. В камере дожигания температура 1400-1600 ˚С. Существуют различные типы печей безокислительного нагрева.

ПЕЧЬ БЕЗОКИСЛИТЕЛЬНОГО НАГРЕВА

Рис.1.13.Нагрев в атмосфере неполного сгорания топлива.

ПЕЧИ СКОРОСТНОГО НАГРЕВА

Их основная особенность заключается в том, что в печи поддерживается температура (1500 – 1600)˚С, что обеспечивает большую разность температур между печной атмосферой и заготовкой, и большой перепад температур (Δt) по сечению заготовки. Продолжительность нагрева резко сокращается. При этом необходимо чётко контролировать момент окончания нагрева во избежание перегрева (пережога). Качество нагрева снижается.

ТЕПЛООБМЕННЫЕ АППАРАТЫ

ПЕЧЬ С РЕГЕНЕРАТОРОМ

Рис.1.14.

Применяются для нагрева воздуха в н. п. используя тепло отходящих газов. Различают:

1. Регенератор – устройство периодического действия, подогрев до значительной температуры. Камера имеет насадку в виде многоканальной клетки из кладки или металла. Для непрерывной подачи подогретого воздуха – 2 регенератора.

2. Рекуператор – непрерывно действующее устройство, в котором холодный воздух проходит по трубам, наружная поверхность которых нагревается горячими исходящими газами.

РЕКУПЕРАТОР ТЕРМОБЛОК

Рис.1.15.

ПЕЧЬ ДЛЯ СЖИГАНИЯ ТВЁРДОГО ТОПЛИВА

С КАМЕРОЙ ДОЖИГАНИЯ

Рис. 1.16.

1 – кладка печи; 2 – уголь на колосниках (топка); 3 – колосники;

4 – поддувало; 5– дверца поддувала; 6 – дверца топки; 7 – нагреваемые заготовки; 8 – окно загрузки (выгрузки); 9 – канал выхода продуктов горения.

Дата добавления: 2015-09-30