Источники нагрева

Нагрев металла является одной из важнейших составляющих многих технологических процессов изготовления художественных произведений. Он необходим для выполнения самых разнообразных операций: горячей пластической деформации, термической обработки (главным образом, для снятия напряжений), эмалирования, сварки, пайки и др. От правильно про­веденного нагрева металла во многом зависит качество изделия.

Конструкция устройств для нагрева заготовок определяется видом ис­точников тепловой энергии.

По способу нагрева устройства делятся на пламенные и электрические. В пламенных – заготовка нагревается путем поглощения тепловой энергии горящего пламени; в электрических – за счет тепловой энергии элементов электрического сопротивления или за счет индуктивного поглощения электромагнитной энергии.

В пламенных устройствах используют различные виды топлива: твер­дое, жидкое и газообразное. Топливо состоит из горючих и негорючих компонентов. Независимо от агрегатного состояния основными горючими составляющими являются углерод и водород. К негорючим относятся ки­слород, азот, углекислый газ, влага.

Углерод – это наиболее важная составляющая топлива. Чем больше углерода в топливе, тем оно качественнее. В зависимости от количества воздуха углерод сгорает в СО₂ и СО. При достаточном количестве воздуха углерод сгорает полностью по реакции:

С + О₂ = СО₂ + 34 000 кДж/кг.

При недостатке воздуха углерод сгорает не полностью по реакции:

С + ½ О₂ = СО + 103 000 кДж/кг.

Водород – важнейший горючий элемент. Он сгорает по реакции:

Н₂ + ½ О₂ = Н₂0 + 121 000 кДж/кг.

Образующиеся пары, охлаждаясь, конденсируются, и при этом выделя­ется дополнительная теплота.

Газообразное топливо (природный газ) широко используют в кузнеч­ных горнах – оно относительно дешево, имеет высокую теплотворную способность, легко смешивается с воздухом, полностью сгорает и, самое главное, в нем отсутствует ядовитый оксид углерода.

Метан – основная составляющая природного газа. Он горит по реакции:

СН₄ + О₂ = СО₂ + 2Н₂0 + 36 000 кДж/кг.

Пропан C₃H₈ горит по реакции:

С₃Н₈ + 5О₂= ЗС0₂ + 4Н₂0 + 91 000 кДж/кг.

Ацетилен С₂Н₂ используют при сварке, пайке, резке металла и других работах. Это топливо изготавливают в специальных ацетиленовых генера­торах путем соединения карбида кальция с водой. Ацетилен горит по реакции:

С₂Н₂ + 2,5О₂ = 2CО₂ + Н₂О + 50 300 кДж/кг.

Кислород в топливе находится, как правило, в связанном состоянии (СО, СО₂, Н₂О) и поэтому в горении не участвует.

Азот и влага являются балластом топлива – на их нагрев расходуется лишняя теплота.

В процессе горячей пластической деформации используют различные виды твердого топлива. В небольших кузницах наиболее широко приме­няют кокс, уголь, реже – дрова, торф.

Кокс – самый распространенный материал, обладает высокой теплотворной способностью и имеет относительно низкое содержание вредных примесей – серы и фосфора.

Каменный уголь используется, когда необходимо нагреть заготовку до высокой температуры. Уголь высокого качества при горении дает короткое пламя и хорошо спекается.

Древесный уголь был основным видом топлива вплоть до середины XVIII века (см. гл. 1). В настоящее время для нагрева заготовок его не применяют, кроме тех случаев, когда необходимо умеренно нагреть заготовки больших размеров.

Жидкое топливо – это нефть, продукты ее перегонки (бензин, керосин и др.) и остаточные масла. Наиболее широко в кузнечном деле применяют мазуты, которые относительно дешевы и имеют высокую теплотворную способность.

В электролизно-водородных установках образуется «гремучая смесь» – смесь водорода с кислородом (см. ниже). Эту смесь используют в самых разнообразных работах.

Дата добавления: 2015-09-05