- •ПРЕДИСЛОВИЕ
- •ВВЕДЕНИЕ
- •1. КЛАССИФИКАЦИЯ И ОСНОВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ НАГРЕВАТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ
- •4. ПЕЧИ-ВАННЫ
- •5. НАГРЕВАТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ
- •5.9.1. Расчет непосредственного электронагрева
- •5.9.2. Расчет индукционного нагрева
- •6. ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ОХЛАЖДЕНИЯ
- •8.1.2. Удаление окисляющих газов из контролируемых атмосфер
- •8.1.4. Управление составом атмосферы
- •8.3.1. Травление окалины
- •8.3.4. Гидропескоочистка
- •9. ЦЕХОВЫЙ КОНТРОЛЬ
- •КАЧЕСТВА ТЕРМООБРАБОТКИ
- •10. УСТРОЙСТВО КОММУНИКАЦИЙ ТЕРМИЧЕСКОГО ЦЕХА
- •12. ЭКСПЛУАТАЦИЯ ОБОРУДОВАНИЯ ТЕРМИЧЕСКИХ ЦЕХОВ
- •ОГЛАВЛЕНИЕ
К.Н.Соколов
ИЗДАНИЕ ВТОРОЕ, ПЕРЕРАБОТАННОЕ И ДОПОЛНЕННОЕ
Допущено Министерством высшего и среднего специального образования СССР
в качестве учебного пособия для студентов металлургических и машиностроительных специальностей вузов
КИЕВ — ДОНЕЦК
ГОЛОВНОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО ИЗДАТЕЛЬСКОГО ОБЪЕДИНЕНИЯ
«ВИЩА ШКОЛА»
ББК 34.651—5я73 С59
УДК 621.78.002.5
Оборудование термических цехов. С о к о л о в К. Н. — 2-е изд., перераб. и доп. — Киев; Донецк: Вища школа. Головное изд-во, 1984.—
328с.
Вучебном пособии рассмотрены классификация и основные элемен ты современных конструкций термических печей периодического и непре рывного действия, печей-ванн и нагревательных установок. Описывается дополнительное и вспомогательное оборудование, для охлаждения дета лей и механизированные поточные линии для термической обработки из делий. Даны примеры тепловых расчетов печей, нагревательных и охла дительных установок.
По сравнению с первым, второе издание дополнено описанием пото чных агрегатов, вакуумных устройств, коммуникаций, межоперационно го транспорта, эксплуатации оборудования. Остальной материал сущест венно переработан.
Нормативные документы приведены по состоянию на 01.01.82. Для студентов металлургических и машиностроительных вузов.
Книга может быть использована инженерно-техническими работниками, связанными с работой печей, нагревательных установок и термической обработкой изделий.
Табл. 64. Ил. 257. Библиогр.: 104 назв.
Ре ц е н з е н т : кафедра термической обработки Днепропетровского металлургического института (зав. кафедрой д-р техн. наук И. Е. Долженков)
Редакция Головного издательства при Донецком государственном университете
Зав. редакцией М. X. Тахтаров
2704070000—106
С ------------------------ |
213—83 |
(g) Издательское объединение |
М211(04)—84 |
|
«Вища школа», 1984 |
ПРЕДИСЛОВИЕ
Настоящая книга представляет собой учебное пособие для студентов технических вузов, обучающихся по специаль ности 0407 «Металловедение, оборудование и технология термической обработки металлов». В учебном пособии рас сматривается один из разделов специального курса, завер шающего подготовку инженеров. В соответствии с програм мой книга состоит из введения и двенадцати глав. В первой главе даны классификация и основные элементы нагрева тельных устройств; описаны способы отопления и теплотех нические конструкции термических печей, выбор их внут ренних размеров, материалов кладки, особенности теплового расчета и устройство горелок, форсунок и нагревательных элементов.
Во второй, третьей и четвертой главах приводятся кон струкции камерных печей периодического и непрерывного действия и печей-ванн. Наряду с описанием типовых пла менных термических печей конструкций Теплопроекта, Стальпроекта и электрических печей конструкции Всесоюз ного научно-исследовательского института электротермиче ского оборудования (ВНИИЭТО) рассматриваются вариан ты оригинальных и перспективных конструкций.
В пятой главе рассматриваются нагревательные уста новки, включая нагрев плазмой, электронным лучом, лучом лазера. В шестой и седьмой главах описано оборудование, используемое для охлаждения, поточные линии и агрегаты для термической обработки деталей. Вспомогательное и до полнительное оборудование, применяемое с целью получе ния контролируемых атмосфер, создания вакуума, очистки* деталей от окалины и дробеструйного наклепа, правки, за чистки пороков, рассматривается в восьмой главе.
В девятой главе дана характеристика приборов, приме няемых для цехового контроля качества деталей. Коммуни кации термического цеха (трубопроводы и борова), подъ емно-транспортное оборудование, загрузочные бункеры, магазины-накопители описаны в десятой и одиннадцатой главах. В двенадцатой главе приводятся данные по эксплу атации и ремонту печей.
Вкниге особое внимание уделяется вопросам механиза ции и автоматизации печей и оборудования.
Вновое издание учебного пособия введены такие подра зделы: поточные линии и агрегаты, вакуумные печи и
устройства, методы управления составами контролируемых атмосфер, межоперационные конвейеры, устройство и рас чет трубопроводов и боровов. Существенно переработаны и дополнены главы, в которых рассматриваются классифика ция и основные элементы нагревательных устройств, печиванны, конструкции нагревательных установок, оборудова ние для охлаждения, контролируемые атмосферы и др.
Наряду с лекционным курсом программой предусматри ваются практические занятия. Поэтому в учебном пособии приводятся расчеты теплового баланса термической печи; электрических нагревательных элементов; установок непо средственно электронагрева, индукционного нагрева (т.в.ч.); тепловые расчеты баков и маслоохладительных установок. Овладение указанными расчетами поможет студентам при курсовом проектировании.
Автор выражает благодарность сотрудникам кафедры термической обработки Днепропетровского металлургиче ского института (зав. кафедрой проф., д-р техн. наук И. Е. Долженков) за рецензирование книги и ценные сове ты, а также В. И. Коротичу за помощь при оформлении ру кописи.
Отзывы и пожелания просьба направлять по адресу: Киев-54, Гоголевская, 7. Головное издательство издатель ского объединения «Вища школа».
ВВЕДЕНИЕ
На XXVI съезде КПСС отмечалось, что в развитии металлургии, одновременно с ростом производства металла, еще решительнее будет проводиться линия на коренное улучшение качества металла, увеличе ние выпуска эффективных видов металлопродукции. В решении этой задачи термическая обработка является одним из важных факторов и поэтому она широко используется в производстве металлических изде лий и полуфабрикатов.
По прогнозу на 2000 г. намечается интенсивный рост выпуска тер мически обрабатываемого металла: по отношению к 1980 г. планиру ется увеличение в три—четыре раза.
Воснове термической обработки металлов лежат процессы нагрева
иохлаждения. Поэтому печи, нагревательные и охладительные устрой
ства составляют основное оборудование термических цехов.
Начало печной теплотехники относится к XVIII в., когда М. В. Ло моносов в своем труде «Начала металлургии» изложил основные прин ципы работы самодувных печей. В 1836 г. Н. М. Меркуловым, а затем П. П. Аносовым построены первые отжигательные печи с обращенным ходом пламени. С. Г. Лукашевич и И. И. Свиязев разработали элемен ты механики газов при их движении в печах. Большая заслуга в об ласти развития печной теплотехники и конструирования печей принад лежит В. Е. Грум-Гржимайло, который создал теорию печей, применив законы гидравлики к движению газов в них. Однако в печах, построен ных на основе применения принципов гидравлической теории, скорости движения газов были незначительными, грели они медленно.
Большую роль в интенсификации работы нагревательных печей и создании новой теории печей сыграли труды Н. Н. Доброхотова, кото рый впервые указал на тесную взаимосвязь теплопередачи с движением газов. Советская школа М. В. Кирпичева предложила новый метод ис следования печей на моделях. Это значительно упростило анализ ра боты печей и помогло выбору наиболее эффективных конструкций. В настоящее время методы моделирования и подобия широко применя
ются в теплотехнике.
В создании электрических печей и нагревательных аппаратов при оритет принадлежит русским ученым и инженерам. В. В. Петров открыл световое и тепловое действие электрического тока, положил начало изу чению электрического нагрева. В 1906—1907 гг. А. Н. Лодыгин создал ряд конструкций электрических печей для переплава и термической об работки металлов. В 1911 г. А. И. Дегтярев разработал и ввел в экс плуатацию первую в мировой практике промышленную печь сопротив ления с металлическими нагревателями мощностью 20 кВт. В 1913— 1914 гг. на Путиловском заводе А. Н. Королевым была построена про мышленная электрическая печь сопротивления для нагрева под закалку артиллерийских снарядов, а в 1916 г. такие печи использовались на ряде заводов для нагрева крупных пушечных деталей.
Для разработки конструкций электрических печей и электротерми ческого оборудования создан ряд проектных организаций и печестрои тельных заводов. Большая работа проводится по унификации печного и агрегатного оборудования, их узлов и деталей, что позволит резко
уменьшить объем работ по проектированию, снизить стоимость изго товления и длительность освоения в производстве. в
Строительство электрических печей сопротивления в Западной Евро пе и Америке началось позднее, но развивалось быстрыми темпами.
Отечественное печестроение значительно усовершенствовалось в свя зи с развитием массового производства специальных машин. Возросшие требования к точности и стабильности результатов обработки деталей предопределили широкое внедрение в термических цехах механизиро ванного и автоматизированного оборудования.
Применение автоматизированных печей, поточных линий и агрегатов позволяет повысить эффективность производства: увеличить производи тельность труда и оборудования; достичь стабильности и точности вы полнения технологических процессов; сократить количество рабочих и необходимых площадей; упростить планирование производства. Однако пока у нас отсутствуют специализированные фирмы по изготовлению пламенных печей, поэтому заводы-потребители строят печи собствен ными силами.
Большой вклад в развитие современных конструкций печей и разра
ботку отдельных |
вопросов теории |
печной теплотехники внесли |
Н. А. Минкевич, |
Н. Н. Доброхотов, |
М. А. Глинков, В. Ф. Копытов и |
зарубежные ученые В. Тринкс, П. Пашкис, М. Моугиней, ряд проект ных организаций и печестроительных фирм.
В 1930—1936 гг. советскими учеными разработаны принципиально новые методы нагрева с использованием теплового действия электриче ского тока. В 1930—1932 гг. Н. В. Гевелинг использовал способ контакт ного электронагрева для поверхностной закалки стальных изделий. В 1935 г. в лаборатории Ленинградского электротехнического институ та под руководством В. П. Вологдина разработали метод поверхност ной закалки изделий с применением токов высокой частоты (т.^ в. ч.). В 1936 г. на заводе «Светлана» начали применять индукционный нагрев для целей термообработки.
Дальнейшие исследования Г. И. Бабата, М. Г. Лозинского, И. Н. Кидина, К. 3. Шепеляковского, Всесоюзного научно-исследовательского института токов высокой частоты (ВНИИТВЧ), Всесоюзного научноисследовательского института электротермического оборудования (ВНИИЭТО), завода «Светлана», ЗИЛ, УЗТМ, ЧТЗ и др. позволили широко внедрить поверхностную закалку т. в. ч. в производство. Значи тельный вклад в теорию индукционного нагрева токами промышленной частоты и внедрение его в производство внес Н. М. Родигин. Способ нагрева в электролитах разработан И. 3. Ясногородским, который на чал свои исследования еще в 1938 г. и довел их до промышленного внедрения. В настоящее время разрабатываются и внедряются в про изводство станки-автоматы для поверхностной закалки в электролитах разнообразных деталей.
Применение индукционного нагрева для поверхностной закалки в ближайшие 10—20 лет значительно расширится, причем будут исполь зоваться токи средних частот.
В последнее время созданы новые методы нагрева лучами лазера, электронной пушкой, низкотемпературной плазмой.
В СССР выпускается ряд установок с лазерными твердотельными и газовыми оптическими квантовыми генераторами (ОКГ). Для нагрева при термической обработке используются потоки малой плотности (104—105 Вт/см2). С помощью ОКГ можно нагревать изделия сложной формы, отражая и преломляя луч зеркалами.
Электронно-лучевой нагрев используют для поверхностной закалки зубьев шестерен, узких пазов колец и изделий сложной формы. В этом случае расходуется намного меньше энергии по сравнению с другими методами нагрева. Наша промышленность выпускает электронные уста новки мощностью до 500 кВт.
Указанные методы нагрева используются в термической обработке пока недостаточно широко. Это объясняется отсутствием надлежащей аппаратуры и тем, что получаемые температуры намного превышают необходимые. Однако предполагают, что к 2000 г. с помощью лазерно
го и электронного нагрева будет обрабатываться до 5 % всех проходя щих термообработку металлов и сплавов.
Параллельно с совершенствованием конструкций печей и нагрева тельных аппаратов механизируются закалочные баки, закалочные ма шины и вспомогательное оборудование для удаления окалины, правки деталей, отрезки образцов. Широкое применение получают дробеструй ные аппараты для очистки деталей от окалины, а также для упрочнения поверхности деталей, агрегаты для обработки холодом и получения контролируемых атмосфер. В совершенствовании конструкций устано вок для получения контролируемых атмосфер и внедрении их в про мышленность много сделали А. А. Шмыков, В. Ф. Копытов, а также сотрудники ВНИИЭТО, Стальпроекта и ряда других организаций.
Применение контролируемых атмосфер и вакуума при проведении термической обработки в дальнейшем получит значительное распрост ранение, а объем термической обработки в атмосфере воздуха сокра тится. Таким образом, в 2000 г. в контролируемой атмосфере и вакууме будет нагреваться около половины всего термически обрабатываемого металла.
При проектировании оборудования термических цехов основное вни мание должно уделяться внедрению технологии, повышающей качество выпускаемой продукции и ускоряющей цикл термической обработки, в связи с чем необходимо систематически совершенствовать оборудова ние, механизировать и автоматизировать процессы, создавая поточные линии. Это позволит не только улучшить качество продукции, но и зна чительно повысить производительность и облегчить труд рабочих.
Непрерывное совершенствование технологических процессов, обору дования и внедрение наиболее прогрессивных методов производства — характерные черты социалистической промышленности.