|
|
Контроль и регулирование теплового режима печи.Термическая обработка металлов.
1. Нагрев металла производят перед пластической деформацией (ковкой, штамповкой, прессованием) и при его термической обработке. Цель нагрева перед пластической деформацией- уменьшение сопротивления металла деформации (сопротивление деформации нагретой до 1150-1250˚С стали в 10-15 раз меньше, чем холодной), цель нагрева при термической обработке (закачка, отпуск, отжиг, нормализация и т.д.)- изменение внутренней структуры металла и получение за счет этого заданных физико-механических свойств. 2. Сушка – процесс удаления влаги из различных материалов: твердых (древесина, зерно), жидких (кровь, молоко), газообразных (воздух, топочные газы). Сушке подвергаются исходные материалы для изготовления изделий, сами изделия, окрашенные или другим способом обработанные поверхности и пр. В процессе сушки материалы и изделия подготавливаются к дальнейшим технологическим процессам, приобретают необходимую прочность. 3. Нормализация – ( фр.- упорядочение); правильный, положительный – термическая обработка стали, заключающаяся в ее нагреве приблизительно до 750-950˚С выдержке и последующем охлаждении на воздухе. Нормализация производятся для повышения механических свойств стали, а также для улучшения обрабатываемости стали резанием. Часто нормализация предшествует закалке. 4. Закалка – вид термической обработки материалов (нагрев, а затем быстрое охлаждение), после которого материал находится в т.н. неравновесном структурном состоянии, не свойственном данному веществу при нормальной температуре (20˚С) т.е.создаются определенные напряжения с целью повышения прочности и термостойкости материала. 5. Отпуск металлов- вид термической обработки сплавов, осуществляемый после закалки и предусматривающий собой нагрев до некоторой температуры с последующим охлаждением (как правило на воздухе или в воде). Сталь в результате закалки приобретает не только твердость, но и хрупкость, что является нежелательным; кроме того высокая твердость затрудняет окончательную механическую обработку деталей. Чтобы уменьшить хрупкость и повысить пластичность закаленной стали, ее подвергают отпуску. Различают низкий (120-250˚с); средний (300-400˚с) и высокий (450-650˚) отпуск, (последнийназывается также улучшением). 6. Обжиг- (нагрев и выдержка при высокой температуре различных материалов, с целью придания им необходимых свойств, например: твердости, прочности, или удаление примесей), т.е. материал разлагается под действием высоких температур, но ниже точки плавления, при этом удаляются газообразные компоненты из материала, и получается продукт иного химического состава. 7. Отжиг- вид термической обработки, заключающийся в нагреве металла или сплава, структура которого находится в неустойчивом состоянии в результате предшествующих обработок, выдержке при температуре нагрева и последующем медленном охлаждении для получения структур, близким к равновесному состоянию. Отжиг производят для улучшения обрабатываемости, повышения пластичности, уменьшения остаточных напряжений и др. 8. Расплавление – нагревание материала выше температуры плавления, не сопровождающиеся изменением его химического состава - производятся в целях получения изделий определенной формы (например при отливке стеклянных изделий). 9. Варка – является весьма сложным технологическим процессом, при котором происходит сушка и разложение исходных материалов, образование сложных веществ, расплавление и растворение отдельных компонентов в расплаве.
Классификация печей. В зависимости от того, какой вид теплопередачи является основным , определяющем условием теплообмена, все печи можно разделить на следующие 3 группы: 1. Высокотемпературные – температура в рабочей камере выше 1000˚С. Теплопередача осуществляется в основном излучением, газовое топливо сжигается в рабочей камере, совмещенное с топочным пространством. 2. Среднетемпературные – температура в рабочей камере 650-1000%. В этих печах температура осуществляется как излучением, так и конвекцией. Газовое топливо сжигается в отдельных камерах, как правило, отделенных от рабочего пространства печи. 3. Низкотемпературные – температура в рабочей камере до 650˚С. Теплопередача осуществляется в основном конвекцией; газовое топливо сжигается в отдельной топочной камере, а теплоноситель, образуемый смешением высокотемпературных продуктов сгорания с воздухом или рецеркулятором необходимой необходимой температуры, подается в рабочее пространство печи. Пром. печи можно классифицировать и по следующим основным признакам: 1. по технологическом назначению- плавильные, нагревательные, термические, обжиговые, сушильные и т.д.; 2. по источнику тепловой энергии – пламенные, электрические; 3. по режиму работы- периодического; непрерывного действия; 4. по конструкции рабочей камеры – камерные, проходные, с выдвижным подом, вращающимся подом, методические, шахтные, туннельные, муфельные и др.; 5. по способу использования теплоты уходящих продуктов сгорания – рекутративных, регенеративные.
Печи и сушила.
Нагревательные печи. Обычного типа: Нагревательные печи предназначены для нагрева металла до 1150-1250˚С перед пластической деформацией: ковкой, штамповкой, прессованием, прокаткой и пр. Температура в рабочей камере нормально работающих нагревательных печей должна быть на 50-100˚С выше конечной температуры нагрева металла, т.е. 1200-1400˚С. Печи периодического действия: Щелевые – предназначены для нагрева концов заготовок (в некоторых случаях для полного нагрева мелких заготовок) под ковку, штамповку или высадку. На щелевых печах обычно устанавливают горелки с принудительной подачей воздуха выше щели, таким образом, чтобы продукты горения омывали нагревательные изделия. Печи оборудуют рекуператорами, обеспечивающими подогрев воздуха до 200-250˚С. Камерные – Со стационарным подом. Используются для нагрева заготовок от нескольких граммов до 3-5т. Заготовки загружают обычно партиями (садками) в разогретую печь. Используют горелки различных типов, как инжекционные среднего давления, так и принудительной подачей воздуха. Факел горелок не должен попадать непосредственно на нагреваемые изделия. Недостаток – низкая производительность, высокий удельный расход топлива, значительный объем ручного труда при загрузке и выгрузке заготовок. С выдвижным подом. Используется главным образом для нагрева под ковку и прессование крупных слитков и заготовок массой от 1 до сотен тонн. Слитки (заготовки) размещают на специальных подставках высотой 400-600 мм, что позволяет нагрев более равномерным. В этих печах используют горелки с принудительной подачей воздуха.
Печи непрерывного действия. Конвейерные - предназначены для нагрева концов длинных заготовок (штанг) перед обработкой на горизонтально – ковочных машинах (ГКМ). Печи выполняют в горизонтальном и вертикальном вариантах. Нагреваемые изделия транспортируют через печь при помощи цепного конвейера. Для этих печей используют горелки с принудительной подачей воздуха, инжекционные горелки среднего давления и плоско пламенные горелки. С вращающимся подом (тарельчатые и кольцевые поды) – служат для нагрева изделий сложной формы, проталкивание которых по ходу невозможно. Продолжительность одного оборота пода равна времени нагрева заготовки. В тарельчатых печах (Ø пода 1000-3000мм) применяют инжекционные горелки среднего давления или с принудительной подачей воздуха, которые располагают тангенциально к внутренней поверхности стен, что обеспечивает интенсивное движение и перемешивание продуктов горения. В кольцевых печах (Ø пода от 2500*400 до 12000*2500мм – диаметр * ширину пода и больше) температура может быть одинакова по всему объему рабочей камеры (камерные) или меняться по длине печи (методические). В этих печах используют обычно горелки с принудительной подачей воздуха. Продукты сгорания движутся навстречу металлу. Методические и полуметодические – предназначены для нагрева однотипных заготовок квадратного или круглого сечения. Проталкивание заготовок по поду рабочего пространства осуществляется с помощью толкателя (толкательные печи) при этом осуществляется постепенный (методический) нагрев заготовок. Методические печи по длине разделяют на несколько зон. Металл поступает в зону наименьших температур, а затем продвигается в зоны с более высокими температурами. Первая зона – методическая – металл нагревается за счет теплоты уходящих дымовых газов, которые понижают свою температуру в этой зоне с 1350-1400 в начале до 800-1000ºС. Вторая зона – сварочная – температура газов достигает 1400ºС и примерно одинаковая по всей длине. В этой зоне происходит нагрев поверхности металла до заданной конечной температуры. Третья зона – томильная – происходит выравнивание температуры по сечению заготовки. В двух зонных печах сварочная и томильная зоны объединены. Газ сжигается в сварочных и томильных зонах. В методических печах применяются горелки типа «труба в трубе». Полуметодические печи являются переходной конструкцией от камерных к методическим.
Специального типа. Безокислительного (малоокислительного) нагрева - применяются для уменьшения угара (окалины). В этих печах на поду поддерживают + Р-е, и обеспечивают минимальное пребывание металла в печи, позволяющее в значительной степени снизить или почти ликвидировать окисление металла при нагреве, достигается это нагревом металла в продукте неполного сгорания, т.е. в восстановительной среде. Печи скоростного нагрева – транспортирование заготовок производится в течение точно установленного времени. При этом температура печи (1400-1500º) значительно превышает конечную температуру нагрева металла, благодаря чему металл нагревается быстро, с небольшой окалиной. При повышении температуры в рабочей камере до 1400-1500ºСвремя нагрева заготовки сокращается в 2-4 раза по сравнению с t =1200÷1300ºC. Дополнительный резерв сокращения времени нагрева заготовок лежит в увеличении скорости движения греющих газов у поверхности нагреваемого металла.
Термические печи.
Обычного типа.
Предназначены для нагрева металла с целью придания ему определенных физико-механических свойств. Характерная особенность процесса нагрева при термической обработке – сложный температурный режим, состоящий обычно из нескольких ступеней нагревов, выдержек и охлаждений. Конечная и промежуточная температуры и ход процесса нагрева определяются видом термической обработки и маркой стали (сплава). При нагреве под закалку, отжиг, нормализацию температуры обычно больше 800ºС (до 1200ºС), а при отпуске 500-700ºС. Отдельные этапы нагрева и выдержки проходят при 350-500ºС.
Периодического действия - с неподвижным подом – применяют для различных видов термической обработки деталей в мелкосерийном и единичном производстве. Мелкие детали загружают и выгружают обычно вручную, крупные с помощью подвесных клещей, загрузочных машин и пр. - с выдвижным подом – применяют для термической обработки крупногабаритных изделий и садок в единичном мелкосерийном производстве. Печи работают при 500-1150ºС.
Печи непрерывного действия. - толкательные - нагреваемые изделия укладывают на поддоны из жаростойкой стали, перемещаемые по металлическим направляющим вдоль печи с помощью специальных толкателей. Температура нагрева металла до 1150ºС. Газ сжигают в нижних топках, горелки располагают по обеим сторонам печи в шахматном порядке. Топки размещают равномерно по всей длине рабочей камеры, поэтому температура во всем объеме печи примерно одинакова. - с подвижным подом – конвейерные и роликовые печи с шагающими балками, с карусельным и пульсирующим подом и т.п. - конвейерные – передвижение изделий в них производят с помощью ленты конвейера, натянутой на двух барабанах. Максимальная температура в этих печах 950ºС. - роликовые печи – передвижение изделий (материала)в печи осуществляют с помощью ряда параллельно расположенных роликов, оси которых проходят через боковые стенки печи. - печи с шагающими балками – применяют для нагрева листов, длинных деталей небольшой толщины, полос и пр. Размеры печи могут быть до 4*40м. - печи с карусельным подом (тарельчатые и кольцевые). Конструкция аналогична конструкции нагревательных печей с вращающимся подом. Продукты сгорания попадают непосредственно в верхнюю часть рабочей камеры над нагреваемым металлом. Высокий КПД, возможен нагрев изделий любой формы.
Специального типа. Рециркуляционные – рециркуляция газов в рабочем пространстве печи может быть создана или специальными вентиляторами, или за счет энергии топливно-воздушных струй, вытекающих из горелок. Вертикальные – применяют для термической обработки длинномерных изделий ответственного назначения (роторов, осей, валов и пр.). Изделия подвешивают внутри печи на специальной подвеске. Их загрузку и выгрузку производят мостовым краном. Температура 400-1000ºС. Горизонтальные – предназначены для термической обработки в интервале 500-1000ºС. Печи с кипящим слоем – кипящий слой образуется при продувании засыпки зернистого материала, опирающийся на газораспределительную решетку, восходящим потоком газа. В качестве зернистой засыпки применяют кварцевый песок, корунд, корберунд, шамот, магнезит и др. огнеупорные материалы с размером частиц (зерен) от 50мкм до 2мм. Частицы (зерна) твердого материала отдают ей теплоту, т.е. служат эффективным промежуточным теплоносителем. Из-за постоянного перемешивания частиц по всему объему камеры поддерживается постоянная температура. Печи с радиационными трубами. Радиационные трубы применяются в печах при термической или химико-термической обработке металла в специальной атмосфере. Наиболее часто с помощью радиационных труб отапливают протяжные и проходные печи для светлой термической обработки полосовой стали, прутков, труб и др. изделий. Газ сжигают в трубах, смонтированных в рабочей камере печи (пламя горелки муфелируется). В зависимости от конструкции труб применяются различные типы горелок.
Плавильные печи. В машиностроительном производстве газ используют для плавки стали и цветных металлов.
Печи для плавки чугуна (вагранки). Вагранки предназначены для переплава литейного чушкового чугуна и чугунного лома для получения отливок. Печи для плавки цветных металлов и сплавов предназначены для приготовления литейных сплавов требуемого состава и получения цветных металлов и сплавов в жидком (расплавленном) состоянии с определенной температурой, обеспечивающий качественную отливку. Могут быть стационарными (тигельные) и поворотные газовые печи.
Сушила. Применяются для сушки исходных сыпучих материалов, используемых для изготовления огнеупоров, форм и стержней, самих литейных форм и стержней, а также сталеразливочных ковшей и т.д.
Сушила для сыпучих материалов. - барабанные – для сушки песка и глины. Барабан устанавливается на опорные ролики с небольшим наклоном. Влажный материал непрерывно подается в верхнюю часть барабана и при его вращении постепенно перемещается к разгрузочному концу. Высушиваемый материал нагревается смесью продуктов горения и воздуха до 100-150ºC. Сушила с кипящим слоем - при продувании слоя зернистого материала потоком газа при определенной скорости газа частицы песка (материала) начинают быстро и хаотически перемещаться, образуя как бы кипящую жидкость с температурой 100-120ºC. Песок по мере высушивания перемещается по решетке, имеющей незначительный уклон и поступает во вторую часть камеры, где под решетку подается холодный воздух и охлаждается до 30-40ºC. Пневматические сушила – в этих сушилах кипящий слой движется вместе с газовым потоком. Температура продуктов горения достигает 800-900ºC. Основной частью пневмосушила является вертикальная труба, в которую питателем подается из бункера сырой песок, подхватываемый потоком горячих газов, поступающих из топки. Сушила для формованных изделий – применяются для сушки формованных изделий (форм, стержней и пр.). Представляют собой сушила периодического действия с выкатной тележкой. Газ сжигают в топочных камерах, затем дымовые газы отводят в рабочую камеру. Инфракрасные сушила – используют для сушки поверхностей различных изделий (например лакокрасочных покрытий). При радиационном нагреве инфракрасные лучи проникают через слой покрытия на некоторую глубину от поверхности тела и нагревают его, отчего процесс сушки идет от поверхности изделия наружу, при этом методе нагрева на поверхности покрытия не образуется твердой пленки, мешающих удалению летучих, и покрытие не растрескивается. Температура поверхности излучателей 320-370ºC.
Печи промышленности строительных материалов. В производстве строительных материалов широко распространены сушка и обжиг керамических изделий и кирпича, обжиг извести, плавка стекла. По технологическому назначению печи промышленности строительных материалов могут быть разделены на следующие основные группы: печи керамического производства, печи производства вяжущих материалов, печи стекольного производства.
Печи керамического производства.
- туннельные печи для обжига керамических изделий – используют для обжига кирпича, строительного фаянса, электрических изоляторов и пр. Печи являются установками непрерывного действия. В этих печах вагонетки последовательно перемещаются от входного к выходному концу с помощью толкателя. Печь обычно делится на 3 зоны: подогрева (окончательная сушка и подогрев изделий отходящими газами), обжига (собственно обжиг изделий) и охлаждение (холодным воздухом, движущимся им навстречу). - кольцевые печи – рабочая камера представляет собой сплошной кольцевой канал. Изделия, находящиеся в процессе сушки, обжига и охлаждения. Наиболее широко в этих печах применяются подовые диффузионные горелки, которые равномерно распределены по всему сечению печи. Температура в печи 920-1000ºС. Кольцевые печи относятся к печам непрерывного действия. Печи производства вяжущих веществ. - печи для производства цемента – степенью, определяющей качество цемента, является обжиг клинкер. Клинкер цементный – обоженная до спекания сырьевая смесь (например, известка и глина, для изготовления цемента). В этих печах применяется принцип противотока, обрабатываемый материал движется навстречу потоку дымовых газов. На выходе из печи температура клинкера достигает 150-300ºC. Для сжигания газа в цементных печах используют горелки с принудительной подачей воздуха и диффузионные. Известкообжигательные печи – шахтные печи, горелки которых устанавливают в зоне обжига по периметру печи на нескольких уровнях. Печи стекольного производства - применяют ванные печи непрерывного действия, в которых отдельные стадии процесса получения стекломассы и ее подготовки к выработке протекают в различных частях печи, где поддерживается температура, требуемая для данной стадии процесса. Различают зоны варки, дегазации, студки и выработки. Нижняя часть рабочей камеры печи представляет собой бассейн - ванну. Используют диффузионные горелки, дающие длинный светящийся факел.
Тепловой баланс печи.
КПД печи ή= Qпол Qобщ
Где Qпол.- полезно затраченное тепло на нагрев изделий; Qобщ.- полное количество тепла, вносимое в печь. Полное количество тепла, поданное в печь, разделяется на полезное тепло, необходимое для нагрева изделий (Qпол) и тепловые потери, основными из которых являются: - потери тепла с уходящими газами – Q2 - потери тепла от химической неполноты горения газа – Q3 - потери тепла от утечки газа – Q4 - потери тепла через кладку печи теплопроводностью – Q5 - потери тепла излучением через открытое окна и щели, а также тепло, уносимое выбивающимися газами через открытые окна, щели и кладку печи – Qобщ QОбщ=Qпол+Q2+Q3+Q4+Q5+…
Показатели работы газовых печей.
1. Производительность. Различают общую и удельную производительность - общая производительность- это количество готовой продукции, которое обрабатывается за единицу времени (т/ч; т/сут) - удельная производительность – это количество продукции, обрабатываемая в печи за единицу времени и приходящиеся на 1м2 площади пода (кг/(ч*м2) или т/(ч*м2)). Удельная производительность характеризует интенсивность работы печи и используется для оценки качества ее работы, а также для сравнения печей различных конструкций, применяемых для одинаковых технологических целей.
2. Расход топлива. При работе печей на газовом топливе различают общий и удельный расход газа: - общий расход газа определяют за единицу времени (обычно за 1час). В качестве показателя используют среднечасовой расход, определенный для какого-либо периода. - Удельный расход газа ύ показывает, какое количество газа затрачивается на нагрев 1кг продукции до необходимой температуры
ύ=Vср Gm
Где Gm- производительность печи т/ч ύуд=Vг*Qм/700
3. КПД. Полный (термический) КПД ήт показывает, какая доля теплоты, введенной в рабочую камеру, полезно используется на нагрев металла.
ήт=Qм/Qобщ Qм- теплота, затраченная на нагрев материала, ккал/ч (полезно затраченное тепло) Qобщ-полное количество тепла, вносимое в печь.
Контроль и регулирование теплового режима печи.
Существует два метода контроля и регулирования теплового режима печей: - установкой контрольно-измерительных приборов и автоматики; - визуальным наблюдением за цветом нагреваемых изделий и степенью нагрева кладки печи.
Автоматическое регулирование является наиболее точным и надежным. Систематический контроль работы печей при помощи установок показывающих, регистрирующих и др. контрольно-измерительных приборов значительно сокращает расход газа и повышает производительность печей. Визуальный метод менее точен. Степень его точности зависит от опытности и знаний нагревальщика (оператора). Опытный специалист по цвету камния более или менее точно может определить температуру нагреваемого изделия. Различным цветам стали соответствуют следующие температуры: - начало темно-красного 650º - темно-красный 700 - вишнево-красный 800 - красный 900 - розовый 1000 - оранжевый 1100 - лимонно-желтый 1200 - белый 1300 Регулирование работы печи по этому методу следует избегать, т.к. это часто ведет к грубым ошибкам.
Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: ©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.
|