Нагревательные печи
Зобнин Б.Ф.
Машиностроение, 1964 г.
КАМЕРНЫЕ ПЕЧИ
В главах VII—VIII проводится дополнительное разделение печей, отнесенных к одному из основных классов, на более мелкие классификационные группы и уточнение представлении о конструкции и тепловой работе печен, включенных в эти группы.
Дополнительным классификационным признаком будем считать характер изменения температуры печной среды, а в связи с этим и нагреваемого материала во времени или пространстве. Этот признак существенно важен, поскольку является основным граничным условием, определяющим процессы теплообмена.
Камерные печи, особенность которых состоит в том, что нагреваемый материал занимает в рабочем пространстве неизменное положение, должны иметь температуру среды, не изменяющуюся в пространстве, но во времени эта температура может быть как постоянной, так и переменной. Соответственно можно различать камерные печи с постоянной и изменяющейся температурой печной среды.
Для суждения о температурном режиме печи пригодны обычные заводские средства температурного контроля, такие, как термопара в чехле, помещенная в нагревательную камеру, а также оптический, фотоэлектрический или радиационный пирометр, наведенный на дно трубы, находящейся в той же камере. Температура, измеренная указанными способами, является промежуточной по отношению к температурам печных газов и обращенных к термопаре или визирной трубе поверхностей стенок и нагреваемых изделий. Назовем эту температуру рабочей, не уточняя, к каким телам она относится, и обозначим ее tp.
Итак, будем различать камерные печи с постоянной и изменяющейся рабочей температурой. К первым относятся так называемые щелевые и очковые печи кузнечных цехов и некоторые камерные печи прокатного производства. Более многочисленны камерные пета с изменяющейся рабочей температурой. Это — печи для нагрева тяжелых слитков в прессовых и молотовы\-кузницах, различные камерные печи для термообработки поковок и отливок, «нагревательные колодцы у обжимных станов и др. Основное внимание мы обратим на печи, применяемые зз машиностроении.
1. ПЕЧИ С ПОСТОЯННОЙ РАБОЧЕЙ ТЕМПЕРАТУРОЙ
Постоянство рабочей температуры может наблюдаться в печах непрерывного действия при условии, что выдача нагретого металла производится мелкими порциями, составляющими малую долю всей садки, находящейся в печи, и на освободившееся место немедленно кладется такая же холодная заготовка-Помещение в рабочее пространство небольшого количества холодного металла не вызывает существенного изменения температуры нагревающих газов и печных стенок. Поэтому остается практически постоянной и рабочая температура, а значит, и температура газов. Нагреваемые заготовки располагаются на поду в один ряд но высоте. Под должен быть стационарным, поскольку нецелесообразно подвергать охлаждению всю садку, чтобы извлечь одну нагретую заготовку и положить на ее место холодную, как это пришлось бы делать при наличии выдвижного пода.
Камерные печи с постоянной рабочей температурой непригодны для загрузки заготовками в несколько рядов по высоте, так как в таком случае нарушится необходимая очередность выемки и посадки этих заготовок. Способ посадки заготовок концом вперед не допускает применения каких бы то ни было подкладок, расположенных вдоль пода и возвышающихся над ним.
При расчете конкретных печей указанные формулы используются для ориентировочного определения высоты рабочего пространства, когда принимаются предварительные конструктивные решения.
Определение Η исходя из необходимости получить заданный полезный тепловой поток, рассчитываемый по законам лучистого теплообмена, без учета движения, может привести к нежелательном последствиям — выбиванию печных газов наружу или подсосу атмосферного воздуха в печь, т. е., в конечном счете,— к ухудшению условий нагрева металла.
Надлежащая организация движения печных газов имеет решающее значение для обеспечения равномерного нагрева заготовок и при данном положении садки определяется размещением горелок и каналов для отвода отходящих газов, а также газодинамической характеристикой струй и размерами факела. Рассмотрим этот вопрос на примере конструкции щелевой печи (фиг. 58).
Учитывая расположение рабочего окна, горелки и отводящие каналы целесообразно разместить в боковых стенках печи, желательно в шахматном порядке, позволяющем создать циркуляции согласно фиг. 21, б. Так как заготовки лежат непосредственно на поду, достаточно одного ряда горелок по высоте камеры, расположенного так, чтобы факел проходил в непосредственной близости к заготовкам, но не разбивался об их поверхность; в противном случае возможны местный перегрев металла и отклонение потока газов от направления, обеспечивающего равномерный обогрев остальной части садки. Окна для удаления отходящих газов должны быть расположены у самого пода, чтобы лежащие на нем заготовки не оказались в слое застойных холодных газов.
Наиболее благоприятным для равномерного нагрева металла в данных печах было бы горение топлива на всем протяжении нагревательной камеры. Поэтому при использовании непосредственной отдачи тепла газами металлу необходимо подбирать такие горелки и так их регулировать, чтобы факел проходил через все рабочее пространство. Дополнительная или другая возможность обеспечить равномерность нагрева металла заключается в использовании излучения стенок.
Две нагревательные камеры могут быть объединены и иметь общую стенку. Размещение горелок и отводящих каналов по типу фиг. 58 становится невозможным. Печь работала на мазуте, заготовки размещались непосредственно на поду.
Правая камера (фиг. 59), в которой движение газов происходит по схеме фиг. 22, а, имеет неудачную конструкцию. Использование тепла продуктов горении из-за отсутствия циркуляции получалось плохим, а нагрев неравномерным. Кроме того, из рабочего окна сильно выбивало пламя, отражавшееся от стены, противоположной форсункам, и с ним терялось много горючих веществ. Конструкция левой камеры представляет правильное решение: осуществляется энергичная циркуляция газов, обеспечивающая экономичную и производительную работу печи. Для уменьшения удара факела о противоположную стенку форсунка удалена от нее благодаря устройству форкамеры.