11 (Лекции)

Безокислительный и малоокислительный нагрев Уменьшение окисления стали имеет особое значение при нагреве под штамповку мелкихзаготовок, при производстве тонкостенных изделий и мелкого инструмента (медицинский ит.д.)Способы без окислительного нагрева можно разделить на:1. Нагрев в печах открытого пламени, где защитная атмосфера создается за счет неполногосжигания топлива2. Специальные методы нагрева.Безокислительный нагрев — угар до 0,3 %,Малоокислительный— угар 0,3…0,7 %Основные конструкции печей.Все конструкции подразделяют по следующим основным признакам:1. По величине угара:- печи безокислительного нагрева (угар составляет 0…0,3 %),- печи малоокислительного нагрева (угар составляет 0,3…0,7 %)2. По виду потребляемого газа: отапливаемые коксовым, смешанным, городским, природными другими газами.3.

В зависимости от подогрева первичного воздуха: печи рекуперативные, регенеративные, сцентрализованным снабжением горячим воздухом.4. По методу сжигания:- печи с двухстадийным сжиганием;- печи с двухслойным сжиганием;- печи с сжиганием газа в отдельных зонах одного и того же рабочего пространства (подлине печи);5. По характеру процесса нагрева:- методические;- полуметодические;- камерные.6. В зависимости от обогащения первичного воздуха кислородом:- с применением кислорода;- без применения кислорода.Печи обычно работают на природном газе, в котором основной составляющей являетсяметан СН4.При обычных условиях сжигания метана идет по реакции (результирующая реакция)α=1α=0,54CH4+8O2=4CO2+8H2O4CH4+4O2=CO2+3CO+H2O+5H2Установлено, при 1200°С окалины не наблюдается если CO/CO2>3, H2/H2O>1,2Это требование выполняется, если метан сжигается по реакции4CH4+4O2=CO2+3CO+H2O+5H2Однако, при α=0,5 температура горения сильно снижается, и даже высококалорийный газ необеспечивает кузнечного нагрева.Кроме того, половина топлива уходит из печи в виде полугаза.Чтобы поднять температуру горения топлива воздух, подаваемый в печь, необходимоподогревать в рекуператарах или регенераторах за счет сжигания полугаза.Рассмотрим способы повышения температуры горения топлива.Калориметрическая температура горения топлива tk определяют по формулеtк =Qнр + qт + qвСгVггде QнрVгqтqв- теплотворность топлива (твердое топливо [ккал/кг]; газообразное [ккал/м3])- количество продуктов горения;- физическое тепло топлива;- физическое тепло воздуха;Сг - средняя теплоемкость продуктов горения в интервале температур от 0 до t °С.Калориметрическую температуру горения топлива можно повысить:- уменьшением коэффициента избытка воздуха;- применение кислорода;- предварительный подогрев воздуха и газа.Рис.

1. Температура горения газов и мазутав зависимости от αв: 1 – природный газ; 2 –мазут; 3 – доменный газРис. 2. Температура горения газов взависимости от подогрева воздуха илигаза: 1 — бугурусланский природныйгаз; 2 — саратовский природный газНагрев в печах открытого пламени, где защитная атмосферасоздается за счет неполного сжигания топливаБезокислительный нагрев в однокамерных печах.Если α=0,5, то для получения в печи ковочную температуруЗащитная атмосфера для безокислительного нагрева может быть получена:1.

Путем подогрева воздуха для горения до высокой температуры (800…1000°С).При одновременном подогреве газа возможна более низкая температура подогрева воздуха;2. Применение кислорода для сжигания топлива;3. Путем комбинирования двух указанных способов.Если обогатить воздух кислородом до 30 % (вместо 21 %), то температуру подогрева воздухаможно снизить вдвое до 480 °С.Необходимо учитывать: металлические воздухонагреватели не обеспечивают tв прибезокислительном нагреве. Необходимо применять керамические, карборундовые,трубчатые, которые размещают в камерах дожигания.КПД однокамерных печей низкий (доходит до 10 %), т.к.

тепло, получаемое при дожиганииполугаза используется только для высокотемпературного подогрева воздуха с низким КПД.Температура отходящих газов также велика.Двухкамерные печи.Применение двухкамерных печей позволяет несколько увеличить КПД за счет болеерационального использования отходящих газов.Двухкамерная печь для безокислительного и предварительного нагрева (реверсивная печь)Температура нагрева в камере предварительного нагрева 600…700 °С.Подогрев воздуха в рекуператоре происходит до 900 °С.В камере окончательного безокислительного нагрева установлена горелка.Рис.

3. Двухкамернаяпечь длябезокислительного ипредварительногонагрева: 1 — камераокончательногобезокислительногонагрева; 2 — камерапредварительногонагреваПечи с излучающим подом.Рабочее пространство печи разделяют карборудновым ребристым сводом на две камеры –нижнюю и верхнюю.Дожигание продуктов неполного горения производится в верхней камере 2, куда ониинжектируются горелкой, благодаря горению с подогретым воздухом достигается прогревразделяющего свода до высокой температуры. Свод излучает тепло на заготовки.КПД печи может достигать до38 %.Рис. 4. Камерная печьс излучающим сводомдля двухстадийногосжигания газа:1 — рабочая камера сзаготовками; 2 —камера, где дожигаютпродукты неполногогоренияКамерные печи с двухслойным сжиганием газа за счет аэродинамического разделениязон.Смесь газа с воздухом (α=0,5) попадает по наклонным горелкам в восстановительную зону.Наклонные горелки прижимают восстановительный газ к поду.

После частичного сгоранияэти газы по боковым каналам поднимаются в верхнюю зону. Этому способствуютвоздушные инжекторы. При дожигании газов в верхней зоне развивается высокаятемпература, обеспечивающая лучеиспусканием ковочный нагрев. Происходитаэродинамическое разделение зон.Это позволяет снизить температуру подогрева воздуха.Предусмотрена воздушная завеса для исключения подсоса холодного воздуха (исключаетвыбивание из печи токсичных газов СО) и поддержания положительного давления.Рис.

5. Камерная печьс двухслойнымсжиганием газа за счетаэродинамическогоразделения зонПолуметодические печи.По сравнению с камерными являются более удобными и доступными для осуществленияполной механизации и автоматизации всех операций, связанных с нагревом металла.При переводе таких печей на безокислительный и малоокислительный нагрев не требуетбольших капитальных затрат.Полуметодическая рекуперативная толкательная печь безокислительного нагрева сдожиганием продуктов неполного горения непосредственно в рабочей зоне.Рис. 6.

Трехзоннаяметодическая печьСпециальные методы нагрева для уменьшенияокалинообразования.Скоростной нагревПри повышении температуры в рабочей камеры печи увеличивается температурный напор(разность температур рабочей камеры печи и нагреваемого металла), происходит резкоеснижение продолжительности повышение производительности печи.Обусловлено тем, что при высокой температуре в рабочей камере печи наибольшееколичество тепла – до 80 % - передается металлу лучеиспусканием и около 20 % передаетсяконвекцией.Нагрев стальных заготовок при температуре рабочей камеры печи 1400…1500 °С называютскоростным нагревом.Поддерживая температуру в рабочем пространстве пламенной кузнечной печи1400…1500 °С, можно сократить время нагрева в 3…4 раза и соответственно повыситьпроизводительность печи.Рис.

7. Продолжительность нагрева заготовокразной толщины до 1200°С в зависимости оттемпературы печи:1 — область нагрева в печах с tп=1250…1300°С; 2— область скоростного нагреваПреимущества скоростного нагрева:1. Быстрый нагрев – увеличение производительности печи при тех же габаритах;2. При быстром нагреве сталь обладает более мелким зерном и, следовательно, лучшимипластическими свойствами, требует меньших сил деформирования.3.

Малое окисление стали – одно из основных преимуществ. Угар уменьшается в 2…3 раза,чем при обычном нагреве. Чем тоньше изделие, тем меньше окалина. В отдельных случаяхслой окалины 0,002…0,005 мм. Качественная поверхность заготовок.Недостатки скоростного нагрева:1. Отходящие газы уходят с более высокой температурой, что снижает КПД печи, повышаетрасход топлива. Такие печи необходимо оборудовать рекуператорами.2. С увеличением скорости нагрева увеличивается температурный градиент (разностьтемператур поверхности и центра изделия). Поэтому скоростной нагрев применяют длязаготовок до 60…100 мм.Конструктивные особенности печей скоростного нагреваЦелесообразно применять для массового производства для нагрева не толстых заготовок(толщиной 100 мм) в специальных печах.Для уменьшения потерь тепла – рабочее пространство печей делают как можно меньше.В обычных пламенных печах отношение поверхности нагреваемых заготовок к поверхностистенок рабочего пространства составляет 1/4 или 1/5, при скоростном нагреве от 1/1,25 до1/1,15.Футеровка печи выполняют из высокоогнеупорного материала (шамота класса А 1-го класса)Повышение температурного напора достигается форсированием сжигания топлива илиустановкой в печах дополнительных форсунок или горелок, а также подогрева воздуха врекуператорах.Точное и автоматическое смешение газа и воздуха.