книги из ГПНТБ / Бельский, В. И. Промышленные печи и трубы учеб. пособие

ней непосредственно в рабочем пространстве зоны безокислительного нагрева над металлом, закрытым слоем безокислитель­ ной атмосферы. .Первичный воздух нагревается последовательно в двух рекуператорах до температуры 600—700°С. Вторичный воздух подогревается до температуры 300° С в третьем рекупе­ раторе. Работает печь по следующей схеме. К горелкам, распо­ ложенным на торцовой стене со стороны выгрузки, поступает весь газ и первичный воздух в количестве, равном 50% теоре­ тического, нагретый в рекуператорах до температуры 600—700° С. Вторичный воздух подается через свод в зону высоких темпера­ тур. Конфигурация свода печи обеспечивает передачу излучени­ ем получаемого при дожигании продуктов неполного сгорания тепла в безокислительную зону, где температура нагрева метал­ ла выше 850° С. До температуры 850° С металл нагревается про­ дуктами полного сгорания, но окисляется незначительно, так как при температурах ниже 850°С скорость окалинообразования, как указано в § 9, очень мала. При температурах выше 850° С металл находится в безокислительной атмосфере. Под печи выложен из карборундовых фасонных камней с желоба­ ми. Заготовки проталкиваются механизмами вдоль желобов по одной, последовательно.

§ 17. ТЕРМИЧЕСКИЕ ПЕЧИ

Термическая обработка металлов производится для улучше­ ния их структуры и придания свойств, необходимых для данных конкретных условий: прочности, твердости, износоустойчивости, вязкости и т. п. Термическая обработка включает в себя ряд операций: нагрев до определенной температуры, выдержку при ней определенное время и охлаждение с заданной скоростью. Наиболее распространенными операциями термической обработ­ ки являются: отжиг, нормализация, закалка, отпуск и цемен­ тация.

О т ж и г — нагрев до определенной температуры, выдержку при ней и медленное охлаждение в печи — производят для полу­ чения стали с равномерной структурой, свободной от внутрен­ них напряжений. При отжиге сталь нагревают до температуры 750—1150°С в зависимости от ее состава. Н о р м а л и з а ц и ю

к у — нагрев, выдержку и быстрое охлаждение (в воде, масле и пр.) — производят для придания стали твердости. При закалке обыкновенную сталь нагревают до температуры 850—900° С, а специальные легированные стали — до 1250° С.

О т п у с к применяют для устранения или уменьшения на­ пряжений, полученных в результате закалки. При отпуске ме­ талл проходит те же операции, что и при отжиге или нормали­

142

зации, но при этом нагревается до более низких температур — от 150 до 600° С.

Ц е м е н т а ц и е й называется химико-термический процесс поверхностного насыщения углеродом изделий из стали с ма­ лым содержанием углерода (0,1—0,25%). При этом получают изделия с мягкой сердцевиной и твердой поверхностью. Такие из­ делия хорошо сопротивляются ударам и истиранию. Цемента­ цию производят путем нагрева изделий до температуры 950— 1000° С в среде, насыщенной углеродом. Для этого изделия по­ мещают в ящики, заполненные твердым или жидким карбюри­ затором — веществом, содержащим углерод, нагревают их в пе­ чи и выдерживают при заданной температуре.

В последнее время более широкое распространение получил процесс газовой цементации, при котором изделия нагревают в среде с искусственной атмосферой, содержащей углеродистые соединения. При термической обработке особенно важно полу­ чить равномерный прогрев изделия по сечению и минимальное окисление его поверхности. В связи с этим сжигание мазута, ярко светящийся факел которого с высокой температурой может вызвать местный перегрев, производят не в рабочем простран­ стве, как в нагревательных печах, а в отдельных топках, распо­ ложенных обычно под подом или сбоку рабочего пространства. Низкотемпературные печи (до 650—750° С) оборудуют отдель­ ными топками и при использовании газообразного топлива. Наи­ более распространенными для термической обработки печами являются камерные, проходные, вертикальные, муфельные и ванные.

Камерные печи

На рис. 54 показана камерная печь, отапливаемая газом или мазутом, с топками, расположенными под подом. Под выложен из карборундовых плит, хорошо прогревается и обеспечивает нагрев изделий снизу.

Горелки или форсунки устанавливаются по одной с каждой стороны печи (по одной на топку), с противоположной стороны располагаются гляделки. Топки соединяются между собой тремя каналами. Продукты горения выходят в рабочее пространство через пламенные окна, расположенные между подом и стенами; отходящие газы уходят через дымовые каналы, расположенные в стене у рабочего окна, в рекуператор типа «термоблок» и да­ лее под зонт. Перед рабочим окном предусмотрен второй зонт для отбора выбивающихся из рабочего окна газов. Топка футе­ руется шамотным кирпичом марки ША, рабочее пространство — легковесным шамотом марки БЛ-1,3; для изоляции применяется диатомитовый кирпич. Для термообработки крупных поковок и литых изделий, которые трудно загружать в обычные камер­ ные или проходные печи, в интервале температур 500—-1150° С

143

В-8 -Л ' Б-Б

05

Д—

Рис. 56. Проходная термическая печь

г) А°

-д

применяют печи с выдвижным подом (рис. 55). Загрузку изде­ лий на под и съем их производят мостовым краном при выдви­ нутом из печи поде. Для более равномерного нагрева изделия обычно укладывают на подставки высотой 400—500 мм, что поз­ воляет газам омывать их со всех сторон.

Печь работает на природном газе и оборудована располо­ женными в два ряда по высоте печи горелками с принудитель­ ной подачей газа и воздуха. Факелы нижних горелок направле­ ны под садку, а верхних горелок — под свод. В печах, работаю­ щих на жидком топливе, форсунки отделяют от рабочего пространства перевальной стенкой, предохраняющей изделия от непосредственного влияния факела горения. Отвод продуктов

В сборном борове установлен поворотный шибер для регулиро­ вания давления в рабочем пространстве печи. Поступающий для горения воздух подогревается в рекуператорах, установлен­ ных в вертикальных дымовых каналах. Температура подогрева воздуха около 200° С. Для герметизации печи устроен песочный затвор, состоящий из закрепленного на раме выдвижного пода корытообразного затвора, заполненного песком, в который вхо­ дит «нож» второй части затвора, закрепленный за кладку стены, а также обеспечено плотное прилегание заслонки, закрывающей передний торец печи, к плитам обрамления. Механизм подъема заслонки электрический. В заднем торце печи стена опирается на разгрузочные арки и литую балку, под которую проходит то­ рец выдвижного пода. Установка выдвижного пода печи состоит из футерованной огнеупорным кирпичом рамы, песочного затво­ ра, путей для перемещения пода и механизма перемещения. Под перемещается на роликах по путям, проложенным на полу печи

ицеха. Механизм выдвижения пода состоит из бесконечной це­ пи, закрепленной за раму пода и переброшенной через звездоч­ ку, приводимую во вращение электродвигателем через редуктор

ипару шестерен. Кладка печи многослойная с изоляцией диатомитовой кладкой и минераловатными матами. Снаружи кладка заключена в сварной каркас с обшивкой из листовой стали тол­ щиной б мм.

Проходные печи

Проходные печи применяют при серийном производстве для термической обработки большого количества изделий малого и среднего размера. Печь, показанная на рис. 56, оборудована подподовыми топками и отапливается газообразным или жид­ ким топливом. Горелки и форсунки устанавливаются в шахмат­ ном порядке, с противоположной стороны топки устроены гля­ делки. Продукты горения поступают в печь через пламенные пролеты в поду со стороны, противоположной вводу горелок,

148

и уходят в дымовые каналы, расположенные в боковых стенах печи у загрузочного и выгрузочного окон. Нагреваемые изделия укладываются на поддоны из жаропрочной стали, продвигаемые толкателем по уложенным на поду направляющим с роликами. Печь заключена в металлический каркас со сплошной обшив­ кой. Футеровка выполнена из шамота, в качестве изоляционных слоев применены легковесный шамот и диатомитовый кирпич. Очень часто вместо толкателя, направляющих и поддонов в тер­ мических проходных печах применяют различные конвейеры (см. рис. 27—29), а также механизированные поды — роликовые, шагающие и т. п.

Вертикальные печи

Длинные изделия (паровозные оси, валы, стволы орудий и т. п.) нагревают для термообработки в вертикальном положе­ нии в печах, рабочее пространство которых представляет собой цилиндрическую шахту (рис. 57). Печь имеет сплошной метал­ лический кожух, футерованный изнутри огнеупорным кирпичом с изоляцией пенодиатомитовым кирпичом.

Для получения равномерного нагрева изделий горелки рас­ положены в три яруса по высоте печи, горелочные туннели на­ правлены тангенциально к поперечному сечению печи и в печи предусматривается рециркуляция дымовых газов за счет энер­ гии продуктов сгорания газа и воздушных струй, расположен­ ных снизу и сверху горелки. Струи газовоздушной смеси из го­ релок вводятся не непосредственно в рабочее пространство печи, а в расположенные в кладке инжекционные устройства, подса­ сывая при помощи них газы из рабочего пространства и затем снова выбрасывая смесь в него. При работе на мазуте приме­ няют короткофакельные форсунки и устраивают у каждой из них небольшие форкамеры, чтобы предохранить изделия от местного перегрева факелом. Продукты горения отводятся через отверстия в стене вверху печи в кольцевой канал, соединенный с боровом. Загрузка и выгрузка изделий производится сверху. Печь перекрывается футерованной крышкой, состоящей из двух половин, откатывающихся в стороны. Для герметизации печи на крышке предусмотрен песочный затвор. Изделия подвешивают­

приподнимающие ее; когда траверсу нагружают изделием, пру­ жины сжимаются, и траверса садится на упоры.

Печи для термообработки в специальной атмосфере

Для уменьшения угара, получения чистой поверхности нагре­ ваемых для термообработки деталей, а также для термохими­ ческих процессов (цементации, азотирования и т. п.) широко применяются муфельные печи или печи с радиационными труба-

149

2290

150

Рис. 57. Вертикальная термиче­ ская печь

\

ми, в рабочем пространстве которых создается специальная ат­ мосфера, предохраняющая детали от окисления или создающая условия для протекания определенных термохимических про­ цессов. В муфельных печах нагреваемые изделия помещают в муфель, отделяющий их от продуктов горения и заполняемый

5

Рис. 58. Муфельная проходная печь

защитной атмосферой, состав которой препятствует образова­ нию окислов на поверхности нагреваемых изделий, или, при га­ зовой цементации, карбюризирующим газом, содержащим угле­ родистые соединения, науглероживающие поверхность изделий. Муфель обогревается снаружи и передает тепло нагреваемым изделиям. Муфельные печи применяются также и для других химико-термических процессов (например, азотирования).

На рис. 58 показана муфельная проходная толкательная печь с продвижением изделий на поддонах по роликовым на-

151

а)

Рис. 59. Печь с радиационными тру­ бами

5 — опоры; 6 — газ; 7 — сжатый воздух

правляющим. Печь имеет подподовые топки, газы из которых омывают муфель снаружи и уходят из печи через отверстия в своде.'У торцов печи устроены загрузочная и разгрузочная ка­ меры, отделенные от наружной атмосферы и муфеля герметичес­ кими заслонками. Поддоны с уложенными на них изделиями подают в загрузочную камеру вручную, после чего наружную заслонку закрывают, а внутренние — загрузочную -и разгрузоч­ ную— открывают, затем поддон толкателем подают в муфель. При этом крайний поддон с противоположной стороны муфеля выходит в разгрузочную камеру. После этого внутренние за­ слонки закрывают, открывают наружную заслонку разгрузочной камеры и выдают из нее поддон с изделием. Далее операции повторяются. Нейтральную атмосферу или карбюризирующий газ подают в муфель через специальные отверстия в нем.

Недостатком описанной конструкции муфельных печей (с муфелированием садки) является высокая стоимость, так как большого размера муфель, отливаемый из специальной хромо­ никелевой стали, очень дорог. Кроме того, эти печи в случае прогара муфеля или образования в нем трещин должны быть остановлены на длительное время для ремонта. Вследствие это­ го большее распространение находят печи с муфелированием пламени, так называемые печи с радиационными (излучающи­ ми) трубами, в которых газообразное топливо сжигают внутри труб из жаропрочной стали. Трубы нагреваются до высокой температуры и излучают тепло на нагреваемые изделия. Рабочее пространство печи заполняют газом требуемого состава. На рис. 59 показан поперечный разрез печи с радиационными тру­ бами для нагрева рессор перед закалкой. Трубы расположены по всей длине печи сверху и снизу нагреваемых рессор. Верхние

152