Термическая обработка на металлургических заводах

Райцес В.Б.

Металлургия, 1971 г.

ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ТРУБ

Для термической обработки труб применяют печи периодического и непрерывного действия, а также установки для индукционного и электроконтактного нагрева. Из печей периодического действия наибольшее использование находят камерные печи с внешней механизацией или выкатным подом. Из печей непрерывного действия— конвейерные, роликовые, секционные, а также печи с шагающим и наклонным подами. Индукционные и электроконтактные установки пока имеют незначительное распространение.

Камерныепечи преимущественно используют для отжига. Обрабатываемые трубы собирают в пакеты с помощью бугелей. Укладку производят рядами, между которыми устанавливают горизонтальные прокладки толщиной не менее 50 мм. Это улучшает условия циркуляции газов между трубами и способствует более быстрому и равномерному их нагреву (рис. 44). С этой же целью иногда ставят вертикальные прокладки. Тонкостенные трубы со стенками толщиной <8 мм можно пакетировать без прокладок.

Расстояние между бугелями выбирают с таким расчетом, чтобы предотвратить изгиб труб под действием собственного веса. Оно определяется диаметром труб, толщиной стенки, массой садки и обычно не превышает 1,5 м. По тем же соображениям концы труб не должны выступать за крайние бугели более чем на 500—700 мм. Можно загружать в печь сдвоенную садку, состоящую из двух пакетов, расположенных встык.

В "камерных печах отжиг садки массой 12—25 τ продолжается 15—20 ч и более. Сравнительно длительная обработка обусловлена неравномерностью нагрева и охлаждения труб, расположенных в разных местах пакета, и большой тепловой 'инерцией печи. Для выравнивания температуры по всему объему пакета требуется

Рис. 44. Пакетировка труб при обработке в   камерных печах:

1 — горелка; 2 — бугель; 3 — трубы; 4 — боров

выдержка. Но даже и в этом случае необходимая равномерность нагрева не достигается. В то же время возрастают потери «а окалинообразование и повышается коробление труб. Использование камерных печей может быть оправдано при длительном цикле термической обработки (шарикоподшипниковые « крекинговые трубы), так как проходные печи в этом случае должны иметь очень большую длину.

Проходныепечисроликовымподом применяют для промежуточной и окончательной обработки в производстве холоднокатаных и холоднотянутых труб [146], для отжига и нормализации подшипниковых труб [147], для отпуска закаленных труб [148] и др. Такие печи имеют большую длину (до 125 м и более) и разделены т Зоны нагрева, выдержки и регулируемого охлаждения (рис. 45). При нормализации достаточно иметь две зоны: нагрева и выдержки. Ускоренное охлаждение, необходимое при нормализации, достигается применением воздушных вентиляторов или водяных спрейеров, устанавливаемых непосредственно за печью. Существуют конструкции, в которых к нагревательной камере примыкает камера охлаждения, имеющая двойные стенки. Между этими стенками циркулирует охлаждающая вода. Обрабатываемые трубы укладываются на ролики в один ряд по ширине печи и перемещаются с определенной скоростью, которую устанавливают в соответствии с требуемым режимом обработки.

В проходных роликовых печах можно осуществить безокислительный нагрев с применением защитной атмосферы. С этой целью используют печи, в которых нагрев ведется с помощью радиационных труб. Рабочее пространство печи герметизируют и изолируют от внешней атмосферы тамбурами, заполненными защитным газом.

В зависимости от размера труб и- режима обработки производительность проходных роликовых печей может достигать 4—6 т/ч.

Специфическая особенность изделий в виде труб — большая величина отношения поверхности к массе. Это создает благоприятные условия для применения скоростного нагрева. Такой нагрев осуществляется в секционныхпечах. Это — высокопроизводительные печи, в которых достигается равномерный всесторонний нагрев трубы при минимальном короблении. Продолжительность нагрева в таких печах в несколько раз меньше, чем в обычных, благодаря чему снижается окисление и обезуглероживание. Тем не менее неизбежность некоторого окисления ограничивает область применения таких печей. В .производстве холоднокатаных и тянутых труб секционные печи используют для промежуточной термической обработки.

большая скорость нагрева достигается благодаря высокой температуре рабочего пространства печи: до 1400—1500°С. Температура нагрева труб регулируется главным образом путем изменения его продолжительности. Последняя зависит от длины печи и скорости движения труб. Чем меньше толщина стенки трубы, тем больше должна быть скорость ее движения. В современных секционных печах различных размеров скорость изменяется в широких (пределах — от 1 до 70 м/мин. Производительность крупных печей достигает 70 т/ч и более [149].

Секционные печи состоят из ряда устанавливаемых в одну линию камер-секций. Число их в больших печах может составлять до30—40. Между секциями устанавливают тамбуры, в которые вмонтированы водоохлаждаемые ролики. В средней части роликов предусмотрены вырезы, фиксирующие положение трубы вдоль оси печи. Трубы движутся через печь в один или два ряда. Оси роликов располагаются не перпендикулярно продольной оси печи, а под углом 82—84°. Поэтому труба, передвигаясь вдоль печи, одновременно вращается вокруг своей оси. Это способствует равномерному нагреву и предотвращает искривление (рис. 46). Особенность конструкции секционных печей — сравнительно небольшие размеры рабочего пространства в поперечном сечении. Благодаря этому обеспечивается интенсивный всестороннийнагрев путем передачатепла конвекцией и излучением от близко расположенной излучающей поверхности кладки. Оси горелок в секционных печах располагаются тангенциально по отношению к поверхности трубы, что усиливает рециркуляцию печных газов. Проведены эксперименты, в которых показано, что радиальное расположение плоскоструйных горелок предварительного смешения, направленных навстречу друг другу с двух сторон секции, способствует ускорению нагрева благодаря увеличению конвективной составляющей теплопередачи [150].

В печах сшагающимибалками можно подвергать нагреву трубы с утолщенными концами без искривления их оси. С этой целью утолщенные концы труб располагаются между балками. Такое расположение, однако, возможно только в случае труб, имеющих строго мерную длину, что ограничивает использование печи. В печах некоторых конструкций подовые балки имеют выемки, расположенные так, что при перемещении труб в продольном направлении одновременно происходит небольшой поворот их вокруг оси. Это улучшает прогрев.