Нагревательные печи, предназначенные для нагрева заготовок черных и цветных металлов под ковку, прессование, штамповку, высадку, гибку, навивку пружин, и печи для термической обработки деталей работают и интервале температур от 150 до 1350° С.
По конструкции нагревательные печи разделяются на камерные, непрерывного и периодического действия, методические с двух- или трехзонным нагревом, конвейерные, очковые и щелевые.
Каждая нагревательная печь состоит из следующих основных частей: топки, рабочего пространства и дымоходов, рекуператора, дымовой трубы и различных вспомогательных устройств.
Камерные печи по конструкции разнообразны и разделяются на стационарные и переносные. В стационарных печах продукты горения отводятся вниз, в дымоходы, а затем в дымовую трубу. В переносных печах проекты горения отводятся вверх, под зонт и далее по трубопроводу за пределы цеха.
Переносные печи обычно изготовляют небольших размеров. Они удобны в эксплуатации и при ремонте. Для них не нужно строить фундаментов и дымоходов. В случае ремонта камерную печь убирают мостовым краном, а па ее место ставят новую. Это сокращает простои основного оборудования.'
На рис. 1 показана переносная камерная печь, работающая на жидком топливе. В рабочее пространство 1 печи направлены форсунки 10 с двух сторон. Рабочее пространство выложено огнеупорным кирпичом 9. Продукты горения удаляются через каналы 8,которые расположены у пода печи. Продукты горения, проходя через рекуператор 5, отдают часть тепла для подогрева воздуха и удаляются через зонт в трубопровод загрузка печи и выгрузка заготовок осуществляется через рабочее окно 7, закрываемое заслонкой 6, упорная кирпичная кладка печи обложена теплоизолирующим слоем 4 и армирована металлическим каркасом 3, который устанавливается на устойчивую подставку 2.
К механизированным и полумеханизированным камерным нагревательным печам относятся печи, загрузка которых и выгрузка из них или перемещение металла по поду печи осуществляются при помощи механизмов.
Ритмичность выдачи заготовок из печи дает возможность устанавливать механизированные камерные печи в поточную линию совместно с основным оборудованием. Из всех механизированных печей толкательные печи являются по конструкции и условиям эксплуатации самыми простыми.
Толкательная кузнечная печь, работающая на газовом или жидком топливе, показана на рис. 2. Для повышения стойкости кладки каркас печи устанавливают на стойке, имеющей пружинные амортизаторы /, которые воспринимают вибрации и сотрясения, возникающие при работе прессов, молотов и других машин ударного действия.
Горелки 3 устанавливают в рабочем пространстве печи, в котором нагревают заготовки. Для подогрева воздуха и газа установлены воздушный 4 и газовый 5 рекуператоры. Через сопло 2 направленной струей на поверхность нагреваемого металла подается газ. Заготовки в печь подает пневматический толкатель 8. Выдает заготовки из печи боковой толкатель через боковое окно 9. Заслонка 7 перемещается подъемным механизмом по водоохлаждаемой раме 6.
Очковая вращающаяся печь (рис.3) применяется в случае нагрева круглых заготовок для высадки головок болтов и для оттяжки концов. Такая печь представляет собой цилиндрический шамотный муфель 1 с толщиной стенки 65 мм, в котором имеются отверстия 2 диаметром до 40 мм. Муфель вместе с подом вращается на кольцевой шарнирной опоре 3. В центре пода печи расположена газовая горелка 4. Дымовые газы, проходя через отверстия-«очки», нагревают установленные заготовки и удаляются через вытяжной зонт в трубопровод.
Под зонтом 5 на пути отходящих дымовых газов установлен простейшей конструкции рекуператор 6 в виде двух витков согнутой в кольцо трубы для подогрева холодного воздуха.
Очковые печи по конструкции бывают круглые и прямоугольные, поворотные и неподвижные (неповоротные). Прямоугольные неповоротные печи проще в 11 изготовлении и больше по габаритам, чем вращающиеся очковые печи, и имеют только одно рабочее окно.
На рис. 4 показана конвейерная' щелевая печь для нагрева концов заготовки. Конвейер 3 расположен сбоку печи, и заготовки 2 закладываются в звенья конвейера горизонтально. Скорость движения конвейера обеспечивает нагрев заготовок до заданной температуры в рабочем пространстве печи. Печь оборудована пятью горелками /.
В печах представленных конструкций металл нагревается открытым пламенем, что приводит к образованию окалины на поверхности заготовок. Безокислительный нагрев заготовок осуществляют в специальных печах периодического и непрерывного действия. Безокислительные печи периодического действия работают лучше. Эти печи используются при газовой цементации и отжиге деталей, т, е. для термической обработки.
Широко внедряется способ нагрева металла в слабоокислительной атмосфере, получаемой в результате сжигания природного газа при недостатке воздуха. При большом недостатке воздуха температура горения резко понижается.
На рис. 5 показана печь для безокислительного нагрева, в которой газ сжигается в рабочем пространстве печи и дожигается в камере с избытком подогретого воздуха. Газ сжигается в рабочей камере / при недостатке воздуха с.помощью горелки 3. Продукты горения с температурой 800—900°С поступают в камеру 2, где дожигаются при избытке подаваемого по трубе 5 подогретого в рекуператоре 6 воздуха. Температура в камере 2 поднимается до 1400—1600°С. Тепло камеры 2 передается через тонкий корундовый свод 4 в рабочую камеру /. Нагрев заготовок осуществляется главным образом за счет излучения тепла сводом, а печные газы, образующиеся в камере неполного сгорания, предохраняют заготовки от окалины. Состав газовой среды должен контролироваться в течение всего процесса нагрева.
Печи для безокислительного нагрева применяют для нагрева заготовок, при горячей обработке давлением и для нагрева деталей при термической обработке.
Печи скоростного нагрева работают, как правило, па газообразном топливе. Сжигающие устройства — горелки изготовляются из керамики.
На рис. 6 показана автоматическая печь скоростного нагрева заготовок. Порядок работы печи следующий. Заготовки помещают в бункер /, барабанный питатель 2 выдает их поштучно на шагающую балку 3. Балка перемещает заготовки вдоль рабочего пространства печи и выдает их на рольганг, транспортирующий нагретые заготовки к прессу или к станку навивки пружин.
Основными показателями, определяющими работу нагревательной печи, являются ее производительность и коэффициент полезного действия.
Производительностью печи называется количество металла, нагреваемого до заданной температуры в единицу времени. Размерность производительности печи выражается в кг/ч.
Работу печей сравнивают по их удельной производительности или по напряженности пода. Удельной производительностью печи называется количество металла, нагреваемого до заданной температуры на 1 м2 площади пода печи в течение одного часа. Следовательно, удельная производительность печи определяется делением часовой производительности на площадь пода.
Использование тепла, полученного при сгорании топлива, обычно представляют в виде схемы (рис. 7). Тепло А, образовавшееся в результате горения топлива, составляет 100%- От этого количество тепла А\, поглощенное металлом, составляет 10— 15%, потери тепла А2 через окна и щели составляют от 10 до 20%, что зависит от конструкции печи, потери Az от неполноты сгорания топлива равны 0,5—1%, потери Л4 через кладку печи достигают 25% и самые значительные потери тепла А5 с уходящими печными газами доходят до 45—50%. Таким образом, только 10—15% тепла используется на нагрев металла, а большая часть (от 85 до 90%) теряется. Отношение количества тепла, используемого на нагрев металла (а), к общему количеству тепла, полученного при., сгорании топлива (Л), называется коэффициентом полезного действия (к.п.д.) печи, который выражается в процентах:
к. п. д. = а/А* 100%.
В работе нагревательных печей важная роль отводится устройствам для сжигания топлива. Для сжигания твердого топлива применяют топки с механизированной подачей топлива. Печи, работающие на твердом топливе, используются для нагрева металла редко. При сжигании жидкого топлива применяют форсунки, которые по условиям работы разделяются на форсунки высокого давления и форсунки низкого давления.
Форсунка низкого давления показана на рис. 8. Скорость распыления жидкого топлива в ней. можно поддерживать постоянной при различных режимах работы. Жидкое топливо по трубопроводу попадает в трубку 1 с конусным наконечником. Воздух под давлением поступает по трубе 5 и через колпачок горелки 3 под большим углом устремляется на выходящую струю мазута, распыляя и выбрасывая ее в рабочее пространство печи. Постоянная скорость распыления достигается регулировкой винта 6. Форсунка работает устойчиво, однако отсутствие регулирования соответствия между отверстием у конусного наконечника (мазутным кону- сом) и выходным отверстием 4 несколько ухудшает ее работу и способствует подтеканию жидкого топлива. Применяют такие форсунки обычно в небольших печах.
В больших и длинных печах широко применяют форсунки высокого давления. На рис. 9 показана форсунка системы В. Г. Шухова. Форсунка состоит из двух трубок 1 и 2. По наружной трубке 1 идет сжатый воздух, а по внутренней трубке 2 поступает мазут. В узком конце (отверстия 3) форсунки воздух движется с очень большой скоростью, создавая некоторое разрежение в области конуса трубки 2, мазут,- поступающий в эту область, подхватывается и превращается в мельчайшие частицы, которые быстро сгорают. Форсунки высокого давления создают факел длиной до 4 м с острым высокотемпературным пламенем.
Так как сжатый воздух, получаемый от компрессора, дорог, то эти форсунки мало экономичны. Сжатый воздух в количестве 8—10% от общего количества, необходимого для сжигания мазута, используется только для его распыления. Остальное количество воздуха, необходимое для горения мазута, инжектируется (засасывается) через форсуночное отверстие в печи. Вместо сжатого воздуха в форсунку можно подавать пар.
Для сжигания газообразного топлива широко применяют также газовые горелки двух видов: низкого и высокого давления.
Горелки высокого давления работают при давлении от 6,87 до 24,5 кН/м2 (от 700 до 2500 мм вод. ст.) и вы- ше. На рис. 10 показана инжекционная горелка с индивидуальным смесителем, работающая на газе под давлением 14,7—15,7 кН/м2 (1500—1600 мм вод. ст.). Воздух подается в горелку из атмосферы. Газ поступает в горелку через сопло 4, а воздух инжектируется в смеситель 5 горелки через щели 2, образующиеся между корпусом смесителя 5 и регулировочной шайбой 3, которая устанавливается на трубке.
Смеситель 5 представляет собой трубу, где происходит смешение газа с воздухом. Газовая смесь попадает в горелку 6, а затем через сопло 7 устремляется в туннель 8, где происходит сгорание газа. Туннель выкладывается в стенке печи из огнеупорной массы 9. В результате перемешивания газа с воздухом в области смесителя горение происходит очень интенсивно и без видимого пламени. Поэтому инжекционные горелки называют горелками беспламенного горения.
При розжиге нагревательных печей, работающих на жидком- и газообразном топливе, необходимо выполнять следующие правила техники безопасности.
Розжиг печей, работающих на жидком топливе. Рабочее пространство печи продувают через форсунки сжатым воздухом для удаления возможного скопления газов. Затем зажигают факел и вводят в рабочее пространство печи в зону горения. Включают подачу сжатого воздуха в форсунку. Винтом при помощи маховичка форсунки регулируют подачу жидкого топлива в рабочее пространство печи. Введенный в зону горения горящий факел зажигает горючую смесь форсунки. Пламя факела форсунки регулируют маховичками до устойчивого горения. Введенный горящий факел переводят в зону горения следующей форсунки и зажигают факел этой форсунки и таким образом приводят в действие все форсунки печи.
Розжиг печей, работающих на газообразном топливе, осуществляют запальниками в следующем порядке. Через газовые горелки рабочее пространство печи продувают сжатым воздухом для удаления возможного скопления горючей смеси. Затем подают в запальник газ и зажигают его. Запальник с пламенем устанавливают перед соплом горелки. Винтом включают подачу сжатого воздуха, а затем подают горючий газ в горелку. Образующаяся в рабочем пространстве печи горючая смесь воспламеняется от пламени запальника, образуя факел горелки. Таким способом приводят в действие все горелки, добиваясь устойчивого горения в рабочем пространстве печи.
При нарушении указанных правил розжига нагревательных печей возможен взрыв горючей смеси, опасный для жизни и здоровья нагревальщика.
