Г.А. Околович - Учебное пособие - Нагрев и нагревательные устройства (Г.А. Околович - Нагрев и нагревательные устройства), страница 14

Учитывая неточность расчета отдельных сталей тепловогобаланса, полученные значения увеличивают на 10 - 15 %.Часовой расход условного топлива определяется, гдеQ рн - теплота сгорания топлива;Qут - теплота сгорания условного топлива.КПД печи определяется(6.24)η = (G(imk imn)/(В Qpн).Отношение тепла, затраченного на нагрев металла кхимическому теплу топлива называют коэффициентом полезногодействия.926.4 Теплообменные препаратыТеплообменными аппаратами называются устройства длянагрева или охлаждения теплоносителей.С дымовыми газами, уходящими из рабочего пространствапечей, уносится большое количество теплоты и, чем вышетемпература газов, тем больше потери.

В кузнечных камерных печахони достигают 70%, а в методических от 40 до 60%.Наиболее эффективным способом снижения потерь тепла суходящими дымовыми газами является использование теплоты дымадля подогрева воздуха и газа, расходуемых на отопление печей.Воздух и газы, поступающие к нагревательным печам, подогревают в регенераторах и рекуператорах.Регенераторы дороги и сложны в изготовлении и управлении, занимают в цехе большую площадь. Поэтому применяются крайнередко и только в крупных пенах при нагреве массивных заготовок.Рекуператоры - это теплообменники с непрерывным движениемдымовых газов, воздуха или газа, отделенных друг от друга перегородкой, через которую передается теплота.

В рекуператорах потоквоздуха и продуктов горения непрерывный. Нагрев воздуха от дымапроисходит через разделяющую металлическую или керамическуюстенку.По схеме движения воздуха и дыма рекуператорыподразделяются на прямоточные и противоточные (рисунок 52).В зависимости от материала изготовления и требуемой температуры рекуператора подразделяются на: - металлические; керамические.Металлические рекуператоры газоплотны, компактны и могутустанавливаться в любом месте по отношению к печи. Температураподогрева воздуха в них до 600-800 0C.Керамические рекуператоры громоздки, менее газоплотны, нопозволяют нагревать воздух до 10000C.Основным показателем работы любого рекуператора являетсяего стойкость или срок службы. При малой стойкости теряютзначение остальные показатели.

Стойкость рекуператора зависит отего газоплотности, температуры продуктов горения и свойствматериалов, из которых он изготовлен.Как видно из рисунков, если требуется получить высокую температуру воздуха, то целесообразно применить противоточный рекуператор.93Рисунок 52. - Схема прямоточного (а) и противоточного (б)рекуператораОднако его разделительная стенка имеет неравномерную температуру, что ведет к ее короблению и снижению стойкостирекуператора.В прямоточном рекуператоре воздух получает среднюю температуру между начальными температурами воздуха и дыма.

Разделительная стенка нагрета равномерно и рекуператор имеет повышенную стойкость.Наибольшее распространение в кузнечных цехах получили перекрестные рекуператоры (рисунок 53).Основным показателем работы любого рекуператора являетсяего стойкость или срок службы. При малой стойкости теряютзначение остальные показатели. Стойкость рекуператора зависит отего газо- плотности, температуры продуктов горения и свойствматериалов, из которых он изготовлен.Рисунок 53 - Схема перекрестно-противоточного рекуператора946.5 Электрические печи сопротивленияПечи сопротивления конструктивно выполняются так же, как ипламенные печи, стой лишь разницей, что вместо форсунок или горелок в стенках печи монтируют металлические и карборундовые(силитовые) элементы сопротивления, подключающие к силовойсети.

Кроме того, в них отсутствуют дымоходы и вентиляция.Металлические нагреватели изготовляют из хромоникелевыхсплавов высокого электросопротивления (типа нихрома) в видеспиралей из проволоки круглого сечения или ленты. Этинагреватели применяют в электропечах, где рабочая температура непревышает 900-950`C (в отдельных случаях до 1100`С).Карборундовые нагреватели изготовляют в виде стержней диаметром 4-18 мм, длиной до 1520 мм.

Они обеспечивают нагревметалла до 1300`C и до 1800`C в вакууме или защитном газе.Большим преимуществом электропечей сопротивления являетсявозможность точного регулирования температуры рабочего пространства. Производительность этих печей составляет 130 кг/ч, аудельный расход электроэнергии 600 кВт и более.На рисунок 54 показана электрическая цепь с карбокорундовыминагревателями. Печь состоит из металлического каркаса 8, рабочейкамеры 10, выложенный огнеупорным шамотным кирпичом. Дляуменьшения тепловых потерь в окружающую среду междунаружными стенками и каркасом засыпают теплоизоляционныйогнеупорный материал 9.

Под печи выкладывают из прочныхкарборундовых плит 2. Силитовые стержни 3, служащиенагревательными элементами, установлены горизонтально в своде ипод подом печи. Такое расположение стержней обеспечиваетсвободное излучение теплоты в рабочую камеру, ускоряет нагревзаготовок создает более равномерный нагрев заготовок в рабочемпространстве печи. Температура в печи регулируется иконтролируется приборами. В задней стенке печи имеются дваотверстия: одно 4 для установки термопары, а другое 7 - для подачизащитного газа. Снаружи печи перед окном загрузки имеетсярабочий стол и заслонка 5, которая поднимается при помощимеханизма 6 от педали 1.Для повышения производительности электропечей вместокамерных печей применяют электропечи с вращающимся подом, гденагрев заготовок практически происходит непрерывно.Выбор нагревательных элементов печи.95По рабочей температуре все печи электросопротивления можноразделить на три группы:1 Электропечи работающие при 700-10000C;2 Среднетемпературные (1000-13000C);3 Высокотемпературные (1400-17000C).Электронагреватели выбираются в зависимости от температурыпечи.Для низко температурных печей применяются жаропрочныехромоникелевые сплавы (типа нихром).В среднетемпературных печах - хромоникелевые сплавы с добавкой специальных тугоплавких элементов.

Высокотемпературныепечи работают с нагревателями из карборунда (целит или дицелиситмолибдена) SiC - карборунд; SiMo - целит молибдена.Металлические нагреватели применяются в виде проволоки(d=3÷7мм) или ленты, которые устанавливаются в печах наспециальных подвесках или полках в виде спирали.Индексация электрических печей.Обозначают различными индексами в зависимости от методовнагрева, особенностей конструкции, размеров.

Индекс состоит изтрех основных букв, нескольких цифр и вспомогательных букв.Первая буква индекса для всех печей обозначает способнагрева:С – сопротивлением,И – индукционный.Н - ионный.Вторая буква нагревательных печей сопротивленияхарактеризует основной конструктивный признак:А - карусельная,Б - барабанная,В - ванная,Г - колпаковая,Д - с выдвижным подом,К - конвейерная,Н - камерная,Т - толкательная,Ш - шахтная.Э - элеваторная.96Третья буква характеризует среду в рабочем пространствепечи:А - для азотирования,В - вакуум,З - защитная атмосфера,О - окислительная (воздух),С - соль, селитра,Ц - цементация.Индекс может включать вспомогательную четвертую букву:А - агрегат из нескольких печей,Л - лабораторная,П - проходная,М - муфельная.После букв через дефис указывают размеры рабочегопространства печи (в дециметрах);- для прямоугольной ширину, длину и высоту;- для цилиндрических - диаметр и высоту (длину).После соответствующих размеров через дробь указываютрабочую температуру печи в сотнях градусах Цельсия.Примеры обозначения печей1) СГО-20.15-2/3 - электронагрев сопротивления колпаковая своздушной атмосферой, диаметр рабочего пространства 2 м, высота1,5 м, двухстендовая, температура 3000C.2) СВС-3,5.8.4/6 - электрованная соляная, ширина рабочегопространства 0,35 м, длина 0,8 м, высота 0,4 м, температура 600`C.На рис.55 показаны схемы электрических печей.КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ1 Основные требования, предъявляемые к нагревательным печам.2 Типы печей применяемых для нагрева мелких заготовок.3 Основные конструкции механизированных печей.4 Принципы работы рекуперативных печей.5 В чем различие конструкций термических и кузнечных печей.6 Особенности работы безокислительных печей.7 Состав продуктов горения для безокислительного нагрева.8 Печи скоростного нагрева.9 Назначение теплообменных аппаратов.97Рисунок 54 - Электрическая камерная печь98Рисунок 55 - а-с выдвижным подом, б- шахтная, в- камерная, гэлеваторная, д - конвеерная, е - толкательная.99ГЛАВА 7 ИНДУКЦИОННЫЙ НАГРЕВОсобое место в технологических процессах отводитсяиндукционному нагреву, позволяющему производить нагрев соскоростями в несколько раз большими, чем в пламенных печах.Высокая скорость нагрева обеспечивает этому способу ряд важныхпреимуществ, приводящих к экономии металла, деформирующегоинструмента, снижению трудоемкости технологических процессов,повышению коэффициента загрузки основного оборудования,улучшению условий труда и снижению отрицательного влиянияпроизводства на окружающую среду.В последние годы индукционным нагревом оснащены всекузнечные цехи автомобильных и трактовых заводов.

Вкузнечноштамповочных цехах ВАЗа, КАМАЗа, АТЗ используетсятолько индукционный нагрев.Совершенствование индукционного нагрева должно осуществляться параллельно с совершенствованием технологии штамповки. Всвязи с этим технолог-обработчик давлением должен достаточночетко представлять специфику индукционного нагрева, еговозможности, иметь полное представление о характеретемпературных полей в заготовках при различных скоростяхнагрева, уметь производить необходимые расчеты времени нагрева иосновных энергетических показателей.При разработке технологии штамповки следует помнить, что впроизводительности индукционного нагрева решающим факторомявляется перепад температур по сечению. Поэтому, учитывая всефакторы, влияющие на технологию деформирования, надостремиться к возможно большему допустимому перепадутемператур. Экспериментальные исследования показывают, чтоувеличение допустимого перепада температур в два раза сокращаетвремя нагрева почти вдвое и тем в большей мере выявляетпреимущества индукционного нагрева.Примером следует считать возможность применения индукционного нагрева для таких процессов, как полугорячая штамповка и еесочетание с горячей.Индукционный нагрев происходит вследствие тепловогодействия тока, индуктируемого в изделие.

При пропускании попроводнику переменного электрического тока вокруг проводникасоздается круговое магнитное поле с частотой, равной частотепропускаемого тока (рисунок 56).100Рисунок56электромагнитноговокруг проводникаСхемаполяСтальная заготовка, размещенная в переменном магнитномполе, будет пересекать магнитные силовые линии и в ней возникнетэлектродвижущая сила, под влиянием которой создаютсяиндукционные вихревые потоки, или токи Фуко. Эти токициркулируют в заготовке и вызывают ее нагрев (рисунок 57).В индукционном нагреве используется ряд явлений: поверхностный эффект; эффект близости; кольцевой; изменение физическихсвойств нагреваемого металла.Рисунок57Схемаиндукционного нагрева: 1деталь;2-индук-тор;3силовые линииПоверхностный эффект - главное определяющее явление прииндукционном нагреве металлов - заключается в том, чтопеременный ток протекая по проводнику, распределяется по егосечению неравномерно; то же самое относится и к плотности тока(рисунок 58).Наибольшая плотность тока наблюдается на поверхностипроводника, наименьшая - на его оси.