Нагрев стали в печах

Копытов В.Ф.
Металлургиздат, 1955 г.

Ссылка доступна только зарегистрированным пользователям.
Нагрев стали в печах

Теплообмен в печах

Скорость нагрева стали зависит от конструкции и тепловой мощности нагревательной печи, от условий внешней теплопередачи к металлу в печи, от физических свойств надеваемого металла и условий передачи тепла внутри нагреваемого изделия.
В нагревательных печах топливо сжигается в рабочем пространстве печи. Выходящие из форсунки или горелки воздух и топливо образуют при горении факел с переменной температурой по длине и поперечному сечению. Газы факела не заполняют полностью рабочего пространства печи и, обладая запасом кинетической энергии, подсасывают продукты горения топлива из пространства, окружающего факел. Поперечные размеры факела увеличиваются по мере его движения от горелки за счет подсасываемых газов и вследствие реакций горения топлива. В термических печах топливо сжигается в отдельных топках, обычно расположенных под подом печи. Рабочее пространство термических печей заполнено продуктами законченных реакций горения топлива.
В промышленных печах тепло от газов передается нагреваемым предметам и кладке печи посредством конвекции и лучеиспускания. При высоких температурах большая часть тепла передается на изделия лучеиспусканием, а при низких, например в печах при температурах ниже 700°, преимущественно конвекцией. Скорость передачи тепла конвекцией па данную поверхность тем больше, чем выше Скорость движения газов. Кроме газов, в передаче тепла к металлу участвуют стенки и свод рабочего пространства печи, очень часто нагретые неравномерно, а в камерных печах периодического действия, например для нагрева крупных слитков, температура их изменяется во времени, поэтому условия передачи тепла в печах очень сложные. В то время как теплопередача конвекцией усиленно изучается, наши знания о теплопередаче излучением, особенно от светящегося пламени, ограничены.
Рассмотрим кратко условия теплообмена в нагревательной печи.
Теплообмен между двумя телами. В печи происходит теплообмен между кладкой и нагреваемыми изделиями. Тепловое лучеиспускание отличается от светового большей длиной волны, но распространяется со скоростью света.
Никель, кобальт и молибден могут увеличивать растворимость кислорода в железе и проникновение кислорода по граням зерен. Увеличение растворимости кислорода может вызвать поверхностные трещины на металле при горячей обработке или при травлении.
При окислении высоколегированных жаропрочных сталей окисление изделии ограничивается образованием па поверхности изделий очень топкого слоя окислов.
Устойчивость жаропрочных сталей против окисления объясняется образованием на поверхности металла защитной пленки, состоящей из окислов легирующих элементов. Эта пленка должна обладать хорошим механическим сцеплением и плотностью, а также незначительной газовой проницаемостью. Образование и сохранение защитной пленки обусловливаются достаточной диффузией легирующего элемента из основного сплава к поверхности; проникающий через защитную пленку кислород должен связываться.
Для жаропрочных сталей опасно образование эвтектик в окалине, например добавка 0,04<у0 В к стали с 30% Сr приводит к ее окислению при 1200°. Сталь, содержащая более 5% Si, окисляется при температуре выше 1200°, вследствие образования эвтектики FeO — SiO2 с температурой плавления 1180°.
Обмазки, применяемые иногда для предохранения стали от окисления, должны размягчаться при высокой температуре, но в них не допускается образования трещин; обмазки должны быть не проницаемыми для железа.
Окислы благородных металлов обладают при температуре окисления более высокой упругостью диссоциации, чем парциальное давление кислорода воздуха. Например, образующийся на серебре при низких температурах поверхностный окисел распадается после нагрева до 300°; при этой температуре упругость диссоциации окиси серебра AgaO равна парциальному давлению кислорода воздуха. Вследствие высокой упругости диссоциации и неустойчивости окислов на поверхности благородных металлов не образуется толстых слоев окислов.
Однако покрытие простых металлов благородными с целью защиты их от окисления достигает цели только при умеренных температурах. При высоких температурах кислород, хорошо растворяясь и быстро диффундируя вглубь слоя покрытия, проникает к основному металлу и образует слой окисла на внутренней стороне покрытия.
Способность металла противостоять окислению определяется составом и упругостью диссоциации окислов, а также физическими    свойствами слоя окислов: пористостью и трещиноватостью.