2015-02-04
11707
Методическая печь – проходная печь для нагрева металлических заготовок перед обработкой давлением (прокатка, ковка, штамповка). В свою очередь проходной печью называется печь непрерывного действия, в которой нагреваемые заготовки движутся вдоль печи, перемещаемые толкателем, рольгангом или другими механизмами. Загрузка и выгрузка проходной печи производятся через окна в торцовых стенах печи или в боковых стенках вблизи торцов.
В методической печи заготовки обычно передвигаются навстречу движению продуктов сгорания топлива; при таком противоточном движении достигается высокая степень использования теплоты, подаваемой в печь. Хотя встречаются прямоточные и прямопротивоточные печи. Заготовки проходят последовательно три теплотехнические зоны: методическую (зону предварительного подогрева), сварочную (зону нагрева) и томильную (зону выравнивания температур в заготовке). Иногда томильная зона может отсутствовать.
Методические печи классифицируют: а) по числу зон отопления в сварочной зоне плюс методическая зона, и, если есть, томильная зона (2-, 3-, 4-, 5-зонные); б) по способу транспортирования заготовок (толкательные, с подвижными балками и др.); в) по конструктивным особенностям (с нижним обогревом, с наклонным подом, с плоским сводом и т.д.).
Методические печи отапливают газообразным или жидким топливом с помощью горелок или форсунок.
Стандартные режимы нагрева металла в двухзонных, трёхзонных и многозонных методических печах приведены на рис. 9.6. Можно отметить, что, в отличие от нагрева металла в колодцах, тепловой поток на поверхность металла в начальный период нагрева (методическая зона) нарастает. Одновременно температура поверхности сначала резко увеличивается (скорость нагрева максимальная), а затем повышается медленнее (скорость нагрева падает) с постепенным увеличением скорости к концу методической зоны.
Преимущество многозонных печей перед двухзонными: гибкость в регулировке режима нагрева и, соответственно, меньший расход топлива при высоком качестве нагрева металла. Недостаток: усложнение конструкции системы отопления.
а ‑ 2-зонная печь; б ‑ 3-зонная печь; в ‑ многозонная печь; tг ‑ температура дыма; tух ‑ температура уходящего дыма; t0 ‑ начальная температура металла; tп ‑ температура поверхности металла; tс ‑ температура середины металла; qп ‑ плотность теплового потока на поверхности металла
Рис. 9.6 – Режимы нагрева заготовок в зависимости от числа зон методической печи (L ‑ длина печи)
Под качеством нагрева понимается: точность получения заданных температур в конце нагрева, величина окисления и обезуглероживания поверхности заготовок, точность сохранения формы заготовок после воздействия термических напряжений. Ориентировочные значения отдельных показателей качества: температура нагрева заготовок в методических печах – 1100‑1250 °С; перепад температуры в конце нагрева – 400‑1000 °С/метр толщины заготовки; количество окислившегося металла – 0,5‑2 %; толщина обезуглероженного слоя – 0,5‑1,5 мм.
В дальнейшем изложении мы будем различать печи по способу транспортирования и рассмотрим следующие печи: толкательную печь, печь с шагающим подом, кольцевую печь, печь с шагающими балками и секционную печь. Мы не выделяем секционную печь в отдельную группу методически-камерных печей, как иногда делается в литературе, а относим к методическим печам, т.к. по своей сути секционная печь в первую очередь все-таки проходная печь и подходит под общее определение методических печей.
Материальный и тепловой балансы методических печей во многом схожи по своей структуре, – отличия связаны с числовыми показателями. Ориентировочные балансы приведены в табл. 9.3 и 9.4. В качестве основы в этих балансах взята толкательная печь.
Таблица 9.3 – Ориентировочный материальный баланс процессов в рабочем
пространстве методической печи (кг/кг нагретого металла)
| Приход | На 1 кг металла | Расход | На 1 кг металла |
| 1. Загружаемый металл | 1,015 | 1. Нагретый металл | 1,000 |
| 2. Воздух для горения топлива | 0,814 | 2. Продукты горения, в т.ч. – продукты горения топлива ‑ 1,031; – азот воздуха от окисления железа ‑ 0,018; | 1,049 |
| 3. Топливо (коксодоменная смесь) | 0,217 | 3. Окалина | 0,021 |
| 4. Воздух для окисления железа | 0,024 | ||
| Итого | 2,070 | Итого | 2,070 |
Методические печи характеризуются наличием нескольких зон по длине печи. Так как тепловой баланс обычно составляется для определения расхода топлива и выбора горелок, то тепловой баланс методических печей часто приходится составлять для отдельных зон. В частности, для секционных печей, включающих 20 и более секций, тепловой баланс может быть составлен для каждой секции.
Таблица 9.4 – Ориентировочный тепловой баланс методической печи (на 1 кг
нагретого металла)
| Приход |  | % | Расход | | % |
| 1. Химическая энергия топлива | 84,1 | 1. Физическая теплота нагретого металла (t = 1230 °С) | 29,8 | ||
| 2. Физическая теплота воздуха для горения (t = 400 °С) | 11,9 | 2. Физическая теплота продуктов горения топлива (t = 1000 °С) | 46,4 | ||
| 3. Химическая энергия окисления железа | 3,0 | 3. Потери теплоты с охлаждающей водой | 20,2 | ||
| 4. Физическая теплота воздуха для окисления железа (t = 400 °С) | 0,4 | 4. Потери теплоты теплопроводностью и излучением через окна | 1,3 | ||
| 5. Физическая теплота металла (t = 20 °С) | 0,4 | 5. Потери теплоты теплопроводностью через кладку | 0,9 | ||
| 6. Физическая теплота топлива (t = 20 °С) | 0,2 | 6. Физическая теплота окалины на металле (t = 1250 °С) | 0,7 | ||
| 7. Физическая теплота азота воздуха от окисления металла (t = 1000 °С) | 0,7 | ||||
| Итого | 100,0 | Итого | 100,0 |
