Характеристика термических печей заводов черной металлургии

В прокатных цехах заводов черной металлургии термиче­ской обработке подвергаются сортовой прокат, горячека­таный и холоднокатаный листы, холоднокатаная лента, рельсы и другая продукция. Применяемые виды термической обработки достаточно разнообразны (табл. 20).

Все виды термической обработки проката могут быть разделены на две грувпы:

1) режимы, связанные со значительными затратами времени на выдержку при определенной температуре и медленным охлаждением (отжиг, отпуск);

2) режимы, связанные лишь с нагревом металла в печи до определенной температуры с последующей выдачей на воздух (нормализация) или в жидкие среды (закалка).

Такое разделение оказывает решающее влияние на вы­бор типа применяемых печей. При термической обработке прокатной стали применяют печи двух типов (садочные и проходные).

Металл в садочных печах загружают на неподвижный под или на выкатную подину, и в процессе нагрева он на­ходится в неподвижном состоянии. Загрузка металла осу­ществляется обычно в полуостывшую печь, и нагрев его происходит вместе с нагревом печи.

В проходных печах металл в процессе нагрева переме­щается от одного конца печи к другому при помощи специ­альных механизмов.

Преимущество садочных печей заключается в их уни­версальности, поскольку в них могут быть обеспечены любые температурные и тепловые режимы. Однако большим недостатком садочных печей является то, что в них не до­стигается желаемая равномерность нагрева металла и они лепригодны для поточного производства. Кроме того, в са­дочных печах большое количество тепла тратится непро­изводительно, на периодический нагрев кладки печи.

Проходные печи более совершенны, так как в них обес­печиваются непрерывность, поточность производства и од­нородность нагрева металла. Работу этих печей можно полностью механизировать и автоматизировать. Непрерывность потока производства позволяет совместить тер­мическую обработку с другими технологическими операци­ями (очисткой, резкой и др.). Следует отметить, что стро­ительство высокомеханизированных проходных печей тре­бует значительных первоначальных капитальных затрат, которые, однако впоследствии окупаются.

При осуществлении режимов термообработки, связан­ных с длительной выдержкой, применение проходных пе­чей нецелесообразно, так как для обеспечения необходимой производительности термического отделения пришлось бы создавать нерационально большое число крайне длинных печей. Разумное исключение в данном случае составляют протяжные печи для термообработки холоднокатаной лен­ты. Большое значение при выборе конструкции термичес­ких печей имеет качество получаемого металла. В частности, для автостроения необходим холоднокатаный лист, имеющий невысокую жесткость и пригодный для глубокой вытяжки — процесса широко распространенного на авто­мобильных заводах. Еще не так давно для отжига автоли­ста в рулонах повсеместно применяли садочные печи колпакового типа. Металл в них охлаждается медленнее, чем в протяжных печах и, имея меньшую жесткость, пригоден для штампования.

Однако в настоящее время для отжига автолиста все шире применяются протяжные печи, приспособленные для обработки автолиста при таких режимах, при которых лист получается с необходимыми характеристиками по жест­кости.

При нагреве металла в термических печах обязательны­ми являются равномерность и относительно невысокая ско­рость нагрева без окисления и обезуглероживания поверх­ности. Широко распространены топливные и электрические печи. Для отопления термических печей используют обыч­но газообразное топливо. Чтобы обеспечить равномерность нагрева металла, горелки и дымоотборы стараются разместить равномерно по длине рабочего пространства. Темпе­ратура в термических печах может превышать конечную температуру металла не более чем на 50 – 70°С. Особое место занимают протяжные печи для нагрева тонкой ленты, в которых создается и поддерживается очень высокая ско­рость нагрева при значительном перепаде температур (500 - 600°С). Сравнительно невысокая температура в термических печах не позволяет во многих случаях сжигать топливо непосредственно в рабочем прост­ранстве.

Сжигание топлива в рабочем пространстве затруднено, поскольку факел, характеризуемый высокой температурой, может вызвать нежелательный перегрев нагреваемого ме­талла, и температура рабочего пространства бывает порой недостаточна для достижения устойчивого горения топ­лива.

По указанным причинам топки термических печей ча­сто размещают либо вне рабочего пространства или под подом печи (подподовые топки), либо выносят за пределы печи (выносные топки). Применение подподовых топок позволяет обеспечить необходимую для равномерного на­грева циркуляцию газов.

На рис. 137 представлена термическая печь с подподовыми топками, в которых сжигают топливо. Образовавши­еся дымовые газы проходят под подом и поступают в ра­бочее пространство через правый какал. В топке развива­ется высокая температура, необходимая для сгорания топлива, однако рабочее пространство ограждено от воздействия излучающего высокотемпературного факела.

Очень важное значение имеет левый канал, через кото­рый в подподовую топку подсасываются более холодные дымовые газы из рабочего пространства. В результате это­го снижается до требуемой величины температура вновь образующихся при горении дымовых газов перед их выхо­дом в рабочее пространство и обеспечивается их цирку­ляция.

Обычно выполняют ряд подподовых топок по длине пе­чи с шахматным расположением форсунок или горелок. При шахматном расположении горелок в рабочем про­странстве печи достигается развитая циркуляция газов и обеспечивается тем самым равномерный нагрев металла Наряду с подподовыми топками в термических печах при­меняют экранированные топки, в которых нагреваемый ме­талл не воспринимает прямого излучения факела.

В зависимости от величины рабочей температуры печи можно разделить на три группы: высокотемпературные, среднетемпературные и низкотемпературные.

Высокотемпературные печи (рабочая температура 1100 – 1150°С) применяют для закалки и высокотемпера­турного отжига нержавеющих, кремнистых и других леги­рованных сталей. При этом топливо сжигают в рабочем пространстве печи.

Среднетемпературные печи (рабочая температура 600–950°С) используют для отжига, высокого отпуска и нор­мализации углеродистых и низколегированных сталей. В таких печах в зависимости от рабочей температуры сжи­гают топливо в рабочем пространстве или применяют подподовые и экранированные топки.

Низкотемпературные печи (рабочая температура до 600°С) применяют для низкого и среднего отпуска. В таких печах топливо всегда сжигают вне рабочего простран­ства, причем часто используют рециркуляцию дымовых газов.

При термической обработке металла используют специ­альные защитные атмосферы, чтобы получить металл с чи­стой, неокисленной поверхностью (так называемый светлый отжиг). Поэтому все существующие конструкции термических печей могут быть разделены на две большие группы: прямого и косвенного нагрева. В печах прямого нагрева металл не отделен от печных газов. Такие печи применяют в том случае, когда допустим контакт между металлом и дымовыми газами, которые оказывают на него окисляющее действие. Обычно металл (лист), нагреваемый в печах пря­мого нагрева, проходит последующее химическое травле­ние.

В печах косвенного нагрева (муфельных) нагреваемый металл отделен от печных газов. Такой метод нагрева при­меняют в тех случаях, когда недопустимо даже малейшее окисление поверхности металла. Различают два принципа отделения металла от печных газов: муфелирование метал­ла и муфелирование пламени.

В первом случае садку металла закрывают специаль­ным металлическим колпаком — муфелем (съемным или стационарным). Под муфель подают специальную защит­ную атмосферу, препятствующую окислению металла. Теп­ло от печных газов передается муфелю, а от него — нагре­ваемому металлу.

Во втором случае топливо сжигают в радиационных трубах. Продукты сгорания в рабочее пространство печи не попадают, а пройдя по трубе, уходят в атмосферу. В этом случае печь также заполняют защитной атмосферой во избежание окисления металла. Как при муфелировании ме­талла, так и при муфелировании пламени необходима высо­кая степень герметизации, чтобы избежать попадания в печь атмосферного воздуха. Печи прямого нагрева обычно применяют для нормализации (закалки) и отжига сорто­вого проката и горячекатаного листа. Печи косвенного нагрева используют для светлого отжига холоднокатаного листа, ленты и других видов проката.

Методы муфелирования применяются как в садочных, так и в проходных печах.

Современное металлургическое производство является высоко-механизированным и автоматизированным произ­водством. В полной мере это относится и к термическим печам, степень механизации которых непрерывно повыша­ется. Садочные печи оборудованы выкатными подинами, специальными загрузочными машинами, кранами. Проход­ные печи для транспортирования металла через печь снаб­жены шагающим подом, роликовым подом, специальными конвейерами. На многих термических печах (протяжных, колпаковых) начинают внедряться АСУ ТП.