Нагревательные печи металлургии. Методические печи прокатного производства. Режимы нагрева заготовок в многозонных методических печах

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; t_г ‑ температура дыма; t_ух ‑ температура уходящего дыма; t₀ ‑ начальная температура металла; t_п ‑ температура поверхности металла; t_с ‑ температура середины металла; q_п ‑ 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)

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