Роликовая печь. Приблизительные материальные и тепловые балансы. Мероприятия по снижению расхода топлива

Роликовая печь – проходная печь непрерывного действия, подина которой состоит из большого числа вращаемых специальным приводом роликов, выполненных из жаропрочной стали или водоохлаждаемых. Роликовые печи отапливаются, главным образом, газообразным топливом с использованием большого числа горелок или радиационных труб, расположенных на продольных стенах печи выше и ниже роликов; существуют также электрические печи. Роликовые печи применяют для термической обработки металлических изделий и, реже, для нагрева металла перед горячей обработкой давлением.

Преимущество роликовой печи перед другими печами проходного типа одно: роликовая подина наилучшим образом соответствует условиям поточного производства, т.к. она легко встраивается в цеховые рольганги.

Самым ответственным элементом роликовой печи являются ролики. Их стойкость зависит от температуры в печи и ширины печи. Печи с температурой газа 800-1000 °С оснащают неохлаждаемыми роликами, а с температурой 1000-1200 °С – роликами с водоохлаждаемым несущим валом, пространство между которым и бочкой заполнено теплоизолятором. В любом случае в роликах охлаждают цапфы (для справки: цапфа – часть оси или вала, опирающаяся на подшипник). В подавляющем большинстве случаев ролики делают водоохлаждаемыми, с гладкой бочкой из жаропрочной хромоникелевой стали. Во избежание деформации бочки ролика, он должен вращаться постоянно, – остановки допустимы не дольше, чем на 3-4 минуты.

Кладка рабочего пространства печи выполняется из шамотного кирпича (внутренний слой) и любого теплоизоляционного материала (наружный слой).

Пример роликовой печи приведён на рис. 9.18. Печь предназначена для нагрева под закалку листов, пачек листов и сортового проката. Габариты рабочего пространства 2´2´20 метров. В отличие от обычных конструкций термических печей, в данной конструкции горелки создают факел прямо в рабочем пространстве, т.е. отсутствуют форкамеры, радиационные трубы и подподовые топки. Такая конструкция больше подходит для нагрева металла перед деформацией, но в отдельных случаях с особой осторожностью может использоваться и для сложной термообработки типа отжиг. Потенциальные возможности данной печи для проведения качественной изотермической выдержки заложены в двустороннем по длине печи дымоотборе и организации прямо-противоточного режима тепловой обработки металла в среде продуктов горения.

Печь работает следующим образом. Металл для термообработки поступает на приёмный стол прямо с рольганга, если печь встроена в технологическую линию, или подаётся краном (например, пачки листов). Заслонка торца посада открывается и металл заходит в печь в дополнение к имеющейся садке; заслонка опускается. Металл постепенно проходит по постоянно вращающимся роликам и нагревается до необходимой температуры (1150 °С). Благодаря боковому расположению горелок, возможен не только простой нагрев под закалку (нормализацию) или высокий отпуск, но и более сложный изотермический отжиг (нагрев до 750-800 °С, выдержка, охлаждение до 600-700 °С, выдержка).

После завершения термообработки готовый металл выдаётся на рольганг выдачи, соединённый с камерой ускоренного водяного охлаждения (закалка). Таким образом, печь постоянно пополняется холодным металлом и постепенно выдаёт нагретый металл.

1 ‑ приёмный стол; 2 ‑ механизм подъёма заслонки; 3 ‑ площадка для обслуживания термопар; 4 ‑ горелки; 5 ‑ ролики; 6 ‑ отверстия для термопар; 7 ‑ дымовой боров; 8 ‑ подвод и отвод охлаждающей воды; 9 ‑ устройство для вращения роликов

Рис. 9.18 – Схема роликовой печи

Продукты горения топлива образуются непосредственно в рабочем пространстве печи от работы двухпроводных пламенных горелок. Приблизительно до середины печи дым идёт навстречу металлу (в противотоке), а далее в прямотоке. Дым удаляется из печи вниз по вертикальным каналам в районе торцов печи, далее соединяется в единый поток, проходит рекуператор для подогрева воздуха и через дымовую трубу выбрасывается в атмосферу.

Ориентировочный тепловой баланс роликовой печи приведен в табл. 9.11. При составлении баланса приняты следующие исходные данные: а) норма­лизация труб диаметром 42 мм, объединенных в пакеты; б) про­из­води­тельность печи 24 т/час; в) нагрев металла от 20 до 950 °С в трех зонах регулирования в течение 0,117 часа; г) двусторонний нагрев металла в атмосфере защитного газа тупиковыми радиационными трубами диаметром 152 мм; д) из водоохлаждаемых элементов в роликах присутствуют только цапфы.

В данном примере удельный расход условного топлива составляет 1186/29,3 = 40 кг у.т./т металла. В целом расход топлива в роликовых печах колеблется от 40 до 200 кг у.т./т металла. Так, удельный расход условного топлива в высокотемпературных роликовых печах при нагреве металла под закалку до 1150 °С составляет до 200 кг у.т./т металла, что больше, чем в других печах за счет больших потерь на охлаждение роликов.

Для сокращения расхода топлива возможны следующие варианты:

1. уменьшение поверхности (диаметра) теплообмена роликов и количества роликов исходя из расчётной механической прочности при минимальных коэффициентах запаса прочности;

2. создание эффективной теплоизоляции бочки роликов;

3. сокращение времени термообработки за счёт повышения качества нагрева. Качество возможно повысить заменой обычных горелок на горелки с форкамерами или на радиационные трубы;

4. интенсификация конвективного теплообмена в рабочем пространстве печи (создание развитой рециркуляции, струйный нагрев сводовыми горелками в первом периоде нагрева и т.п.).

Таблица 9.11 – Ориентировочный тепловой баланс роликовой печи (на 1 кг

нагретого металла)

Приход		%	Расход		%
1. Химическая энергия топлива, сжигаемого в радиационных трубах		89,8	1. Физическая теплота нагретого металла (t = 950 °С)		49,7
2. Физическая теплота воздуха для горения (t = 280 °С)		9,3	2. Физическая теплота продуктов горения топлива (t = 800 °С)		36,7
3. Физическая теплота металла (t = 20 °С)		0,8	3. Потери теплоты при охлаждении цапф роликов и теплопроводностью через фланцы роликов		9,4
4. Физическая теплота топлива (t = 20 °С)		0,1	4. Потери теплоты теплопроводностью через кладку		1,6
			5. Потери теплоты на нагрев утечек защитного газа, теряемого в атмосферу		0,1
			6. Прочие потери теплоты		2,5
Итого		100,0	Итого		100,0