Печи для нагрева блюмов и слябов

Блюмы и слябы перед дальнейшей прокаткой на рельсо-балочных, сортовых, листовых и других станах нагревают до температуры прокатки почти исключительно в нагрева­тельных проходных печах различного типа. Наряду с теп­ловым и температурным режимом определяющее значение для работы этих печей имеет метод транспортирования ме­талла через печь. Толкательные противоточные печи для нагрева прямоугольной заготовки получили широкое рас­пространение. В таких печах лежащие на поду и соприка­сающиеся друг с другом заготовки задаются и перемеща­ются в печи при помощи специального механизма-толкателя. Выдача металла из печи может быть торцевой и боко­вой. При торцевой выдаче функции выталкивателя выпол­няет толкатель: задавая очередную заготовку в печь, он перемещает все заготовки и выталкивает ближайшую к окну выдачи заготовку. При боковой выдаче применяют специальный выталкиватель. Преимуществом толкательных печей является то, что проталкивание — наиболее простой и дешевый метод транспортирования металла через печь. Основные недостатки данного метода заключаются в следующем:

1) при перемещении заготовки трутся друг о друга и о подину, что ухудшает качество поверхности металла;

2) при движении заготовок образовавшаяся окалина осыпается и создается возможность дополнительного окис­ления;

3) осыпающаяся окалина попадает на под печи, реаги­рует с материалом пода, в результате чего на подине образуются бугры, препятствующие нормальному проталкива­нию металла, и возникает проблема удаления окалины;

4) печь не может быть без специальных мер освобожде­на от металла в случае остановки стана, ремонтов или с целью проведения работы по удалению окалины;

5) современные печи выполняют весьма широкими (до и более 12 м), что крайне затрудняет операцию удаления окалины (осуществляемую фактически вручную);

6) в толкательных печах без выгорбливания возможно проталкивание не более 200 – 250 квадратных заготовок что ограничивает размеры и производительность печей.

Все эти недостатки толкательных печей в условиях не­прерывно возрастающей производительности станов и уве­личения длины заготовок до 14 м и более привели к необ­ходимости создания печей с механизированным подом, сво­бодных от большинства из этих недостатков (печи с роли­ковым подом и с шагающим подом или шагающими балками).

Печи с роликовым подом представляют собой весьма со­вершенную и перспективную конструкцию проходных печей с механизированным подом. Они удачно компонуются в ли­ниях поточного производства, поскольку роликовый под может быть продолжением цехового рольганга. Печи с ро­ликовым подом широко применяют при термической обра­ботке металла. Использование таких печей для высокотем­пературного нагрева перед прокаткой несколько сдержива­ется недостаточной стойкостью роликов (особенно при необходимом увеличении ширины печей) и большими потеря­ми тепла с охлаждающей водой.

Печи с шагающим подом или балками также весьма перспективны. Они свободны от недостатков, присущих толкательным печам. В толкательных печах металл в лучшем случае может нагреваться с двух сторон, тогда как в печах с шагающим подом нагрев металла происходит как мини­мум с трех сторон. Кроме того, в печах с шагающим подом легко менять режим нагрева, что является большим преи­муществом в случае частой смены сортамента нагреваемого металла.

Однако печи с шагающим подом сравнительно дороги: капитальные затраты на их сооружение на 40 – 45% выше, чем для толкательной печи аналогичной производительно­сти. Сравнивая их с роликовыми печами, надо отметить, что масса оборудования печей с шагающими балками на 1 м² площади пода на 40% больше, чем роликовых печей. Затворы, применяемые на этих печах, не обеспечивают пол­ной герметизации и в печь снизу попадает воздух.

Наиболее ответственной частью футеровки проходных нагревательных печей являются участки монолитного пода, футеровка элементов шагающего пода, т.е. все элементы футеровки, подвергающиеся воздействию окалины при до­статочно высокой температуре (1200 – 1250°С), при кото­рой окалина может активно взаимодействовать с огнеупор­ными материалами. В силу этого верхние слои таких участков футеровки печи обычно выполняют из хромомаг­незита, магнезитохромита и талькового кирпича — матери­алов, не взаимодействующих с окалиной. Есть положитель­ный опыт выполнения монолитного пода из электро-плавленного корунда (93% А1₂О₃): к кладке пристает сравнительно небольшое количество окалины, а образую­щиеся бугры ее легко очищаются. Подину обычно выпол­няют трехслойной: из хромомагнезита (или другого окалиностойкого материала); шамота класса Б; диатомитового кирпича.

В печах с нижним обогревом под нижнего обогрева так­же делают трехслойным (хромомагнезит, шамот, диато­мит) .

Своды печей выполняют арочными и подвесными. В ка­честве огнеупорного материала чаще всего используют шамот класса А и каолиновый кирпич. Стены печей выкла­дывают в низкотемпературных зонах двухслойными (ша­мот класса Б и диатомит), в высокотемпературных зонах трехслойными (шамот класса А или каолин, шамот класса Б, диатомит).

Тепловой режим и отопление печей

Тепловой и температурный режимы проходных нагрева­тельных печей неизменны во времени. Однако температура по длине печи может быть неизменна, но может и значи­тельно меняться.

Остановимся на тепловом и температурном режиме противоточных печей, составляющих в настоящее время подав­ляющее большинство проходных нагревательных печей.

Выше отмечалось, что при нагреве в металле возникают температурные напряжения, которые не должны превышать максимально допустимых. Температурные напряжения про­порциональны перепаду между температурами поверхности и центра металла. Чем выше температура в печи, в кото­рую попадает холодный металл, тем быстрее растет темпе­ратура поверхности металла. Если нагревается тело, мас­сивное в тепловом отноше­нии, то резкое повыше­ние температуры поверхно­сти может вызвать возник­новение чрезмерного температурного перепада. Поэто­му массивный металл нагре­вают сравнительно медлен­но, постепенно (методичес­ки), до тех пор, пока он не приобретет необходимых пластических свойств, т.е. до 500°С. Этим и визвано использование методическо­го температурного режима работы печей (рис. 125). В I зоне (методической) происхо­дит постепенный нагрев металла; во II зоне (сварочной) — нагрев металла до тех пор, пока его поверхность не достиг­нет конечной температуры нагрева; в III зоне (томильной) при неизменной температуре поверхности осуществляется выравнивание температуры по толщине металла. Следует одновременно с этим заметить, что температура печи вмес­те загрузки металла очень сильно влияет на производитель­ность печи. Вызвано это тем, что чем выше разница темпе­ратур между печью и металлом, тем больше тепла он по­глощает, и тем быстрее нагревается. Поэтому нередко в существующих печах, стремясь увеличить производитель­ность, принимают различные меры для повышения темпера­туры в зоне посадки металла выше 850 – 900°С. Для нагре­ва металла, который по своим размерам и свойствам ближе к тонкому телу, чем к массивному (например, слябы), соз­даны печи, работающие по режиму, занимающему проме­жуточное положение между камерным и методическим. Чтобы обеспечить общий подъем температурного уровня, в печи выполняют две сварочные зоны, в каждой из которых происходит сжигание топлива. Назначение III зоны при этом сохраняется. При нагреве металла тонкого в тепловом отношении используют камерный режим, при котором поддерживается практически одинаковая температура по всему рабочему пространству. Обеспечение того или иного темпе­ратурного режима работы печей достигается выбором мето­да отопления и соответствующего расположения горелочных устройств и дымоотводящих каналов.

Для обеспечения камерного режима необходимо горел­ки (форсунки) и дымоотборные каналы равномерно распре­делить по длине рабочего пространства.

Методический режим нагрева металла имеет место в тех случаях, когда при встречном движении металла и дымо­вых газов горелочные устройства располагают на одном конце рабочего пространства в зоне интенсивного нагрева металла, в дымоотборные каналы — на другом, где металл загружается в печь. При этом дымовые газы будут посте­пенно остывать, отдавая тепло металлу, температура ко­торого будет постепенно повышаться. Выбор режима отоп­ления определяет, по существу изменение температуры по длине печи при любом практически методе транспортиров­ки металла. Нельзя, разумеется, утверждать, что метод транспортировки металла не оказывает влияния на интен­сивность его нагрева и, как следствие, на температуру в печи. Это влияние, конечно, имеет место. Однако, выбор метода отопления оказывает решающее влияние на темпе­ратурный режим проходной нагревательной печи. В круп­ных проходных нагревательных печах прокатных цехов за­водов черной металлургии наибольшее распространение имеют торцевое и сводовое отопление печей. Рассмотрим это подробнее.

При торцевом отоплении (см. рис. 126) характер изме­нения температуры по длине печи определяет число и на­значение ее зон. Металл поступает в зону наиболее низких температур и, продвигаясь навстречу дымовым газам, тем­пература которых все повышается, постелено (методически) нагревается. Методические печи по числу зон нагрева ме­талла могут быть двух-, трех- и многозонными с односто­ронним и с двусторонним нагревом металла. Рассмотрим назначение зон на примере трехзонной печи.

Методическая зона — первая (по ходу металла), с изме­няющейся по длине температурой. В этой зоне металл по­степенно подогревается до поступления в зону высоких температур (сварочную). Как было отмечено, во избежание возникновения чрезмерных термических напряжений часто необходим медленный нагрев металла в интервале температур от 0 до 500°С. Вместе с тем методическая зона пред­ставляет собой противоточный теплообменник. Находящиеся в состоянии теплообмена дымовые газы и металл двига­ются навстречу друг другу.

Металл нагревается дымовыми газами, т.е. утилизиру­ет тепло дымовых газов, отходящих из зоны высоких темпе­ратур. Общее падение температуры дымовых газов в методической зоне весьма значительно. Обычно в зоне высоких, температур методических печей температура газов держит­ся на уровне 1300 – 1400°С, в конце же методической зоны она находится в пределах 850 – 1100°С. Методическая зона значительно увеличивает коэффициент использования тепла, который достигает 40 – 45%, тогда как в камерных печах он составляет 18 – 20%.

Зона высоких температур или сварочная — вторая по ходу металла. В этой зоне осуществляется быстрый нагрев поверхности заготовки до конечной температуры. Температура нагрева металла в методических печах обычно составляет 1150 – 1250°С. Для интенсивного нагрева поверхности металла до этих температур в сварочной зоне необходимо обеспечивать температуру на 150 – 250°С выше, т.е. темпе­ратура газов в сварочной зоне должна быть 1300 – 1400°С.

Томильная зона (зона выдержки) — третья по ходу метал­ла. Она служит для выравнивания температур по сече­нию металла. В сварочной зоне до высоких температур на­гревается только поверхность металла. В результате созда­ется большой перепад температур по сечению металла, не­допустимый по технологическим требованиям. Температуру в томильной зоне поддерживают всего на 30 – 50°С выше необходимой температуры нагрева металла. Поэтому тем­пература поверхности металла в томильной зоне не меня­ется, а происходит только выравнивание температуры по толщине заготовки.

Подобный трехступенчатый режим нагрева необходим в тех случаях, когда нагревают заготовки, в которых может возникнуть значительный перепад температур по толщине (более 200°С на 1 м толщины металла). Такие печи (с тремя зонами) называют трехзонными методическими печами (рис. 126,б).

В ряде случаев при нагреве тонких заготовок нет необ­ходимости делать выдержку для выравнивания температур по сечению, так как возникший в сварочной зоне перепад температур небольшой. Томильную зону при этом не преду­сматривают и применяют двухзонные печи — с методичес­кой и сварочной зонами (рис. 126, а).

В других случаях при нагреве металла перед прокаткой на листовых и сортовых станах выполняют четырех- и пятизонные методические печи для повышения общего темпе­ратурного уровня печи и получения большей производительности. В этом случае делают две или три сварочные зоны, в каждой из которых устанавливают горелки. Это позволяет повышать температуру в конце (по ходу газов) методической зоны, уменьшить ее длину и увеличить об­щую длину зоны высоких температур, в результате чего достигается более форсированный нагрев металла. В зави­симости от толщины заготовки в методических печах можно применить односторонний или двусторонний нагрев загото­вок. При толщине заготовок до 100 мм двусторонний нагрев не рационален, так как для таких заготовок интенсивный (ускоренный) нагрев поверхности заготовки в сварочной зоне приведет к удлинению выдержки в томильной камере. Причем увеличение длительности выдержки будет больше, чем выигрыш во времени нагрева в сварочной зоне, достигнутый за счет применения нижнего обогрева. При односто­роннем нагреве заготовки движутся по монолитному поду (рис. 126, а и б).Для обеспечения двустороннего обогрева на всю длину сварочной и методической зон делают специ­альную камеру со своим собственным отоплением.

При сводовом отоплении плоско-пламенные горелки мо­гут располагаться с разным шагом и группируются в зоны, каждая со своим автоматическим регулированием. Благо­даря этому можно менять подводимое количество топлива и влиять на распределение температуры по длине печи, обеспечивая необходимый режим нагрева металла.

Толкательные противоточные (методические) печи

Методические толкательные печи до самого последнего времени удовлетворяли требованиям по производительности и удельному расходу тепла. В последнее время наметилась прогрессивная тенденция к увеличению длины заготовки, и как следствие, к увеличению ширины нагревательных печей. Уширение толкательных методических печей значительно усложняет их эксплуатацию, особенно удаление окалины с пода печи. Поэтому расширяется применение более совер­шенных печей с шагающими балками, которые могут рабо­тать так же, как и толкательные печи, в режиме методиче­ского нагрева.

При нижнем обогреве вдоль печи прокладывают глиссажные трубы, по которым движется металл. В томильной зоне глиссажных труб нет, так как в местах соприкоснове­ния заготовки с водоохлаждаемыми трубами металл прогревается хуже, и на его поверхности образуются темные Бятна. Поэтому в трехзонных печах с нижним обогревом томильная зона предназначена не только для выравнивания температуры по толщине металла, но и для ликвидации темных пятен на нижней поверхности заготовки.

В двухзонных печах с нижним обогревом часть свароч­ной зоны выполняют без нижнего обогрева для ликвидации темных пятен от охлаждающего действия глиссажных труб.

В настоящее время предпринимаются попытки исполь­зования двустороннего нагрева и в пределах томильной зо­ны. Для этого используют мощные глиссажные шины особой конструкции, в которых отсутствует возможность охлаждения металла снизу. Конструкция таких шин рас­смотрена ниже.

Большое значение для работы методических печей имеет способ выдачи металла из печи. Различают торцевую и бо­ковую выдачи металла. При торцовой выдаче необходим толкатель, который выполняет и роль выталкивателя. Для печей с боковой выдачей устанавливают не только толка­тель, но и выталкиватель, поэтому такие печи при разме­щении в цехе требуют больших площадей. Однако с точки зрения тепловой работы печи с боковой выдачей имеют преимущества. При торцовой выдаче через окно выдачи, расположенное ниже уровня пода печи, происходит интен­сивный подсос холодного воздуха. Явление подсоса усиливается инжектирующим действием горелок, расположенных в торце томильной зоны. Подсосанный в печь холодный воздух вызывает излишний расход топлива и способствует интенсивному зарастанию подины печи образовавшейся окалиной.

Методические нагревательные печи по сравнению с ка­мерными обеспечивают более высокий к.п.д. и более высо­кий к.и.т. в рабочем пространстве, чем объясняется наличие методической зоны. Если в камерной печи при температуре в рабочем пространстве 1400°С и нагреве металла до 1200°С температура уходящих продуктов сгорания состав­ляет 1350 – 1400°С, то в методической печи при тех же ус­ловиях эта температура составит 850 – 950°С. Поэтому к.п.д. методических печей может достигать 40 – 45%. Основными статьями расходной части теплового баланса методических печей являются, %: тепло, затрачиваемое на нагрев металла 30 – 45; потери тепла с уходящими газами 45 – 50; с охлаждающей водой 10 – 15%.

Конструкцию методических печей выбирают в зависи­мости от типа стана и вида топлива. Тип стана¹ определяет производительность печей, толщину применяемой заготов­ки, температуру нагрева металла и его сортамент. От вида используемого топлива зависит конструкция горелочных устройств и применение рекуператоров.

Как было отмечено, при горизонтальном поде квадрат­ные заготовки без взгорбливания проталкиваются через печь, если их общее число не превышает 200. Для увеличе­ния числа заготовок и, как следствие, для увеличения производительности печи под печи делают наклонным на 6 – 8°. При этом угле наклона число заготовок, находящихся в печи, можно увеличить до 240 – 250. Увеличение угла на­клона недопустимо во избежание самопроизвольного сползания заготовок.

Рассмотрим одну из печей для мелкосортных станов (рис. 127), созданную под руководством Б. Р. Именитова. Это трехзонная печь с нижним обогревом и наклонным по­дом. В ее конструкции наиболее гармонично и рационально воплощены все возможности для максимального увеличе­ния калориметрической температуры горения. В этих печах применение инжекционных горелок на подогретом до 550°С воздухе позволяет наиболее рационально использо­вать химическое тепло топлива. Воздух для горения заса­сывается из атмосферы через расположенный под печью керамический рекуператор из шамотных блоков и систему воздухопроводов. Аэродинамическое сопротивление воздуш­ного пути преодолевается за счет геометрического давле­ния подогретого воздуха, движущегося вверх через рекупе­ратор и воздухопроводы, а также в результате инжектирующего действия горелок. Поэтому утечки воздуха практически нет, а управление тепловым режимом можно автоматизировать.

Подобные печи обеспечивают удельную производитель­ность 550 кг/(м²×ч) при удельном расходе тепла 2100кДж/кг. В подобных печах газообразное топливо подогревают до 250 – 300°С в металлических трубчатых рекуператорах, устанавливаемых в дымовом борове последовательно за воздушным рекуператором. Однако дальнейшее распрост­ранение этих печей ограничено, так как при теплоте сгора­ния доменного газа 3770 кДж/м³, Т_в = 550°С и Т_г = 300°С калориметрическая температура горения равна примерно 1700°С, что является самым нижним возможным пределом. Повысить температуру подогрева воздуха свыше 550°С нельзя, так как возможно воспламенение смеси в корпусе горелки. Осуществить устойчивый подогрев газа выше 300°С также трудно, поскольку температура дымовых газов за керамическим рекуператором не превышает 550 – 600°С. Кроме того, на заводах наметилась тенденция к уменьшению теплоты сгорания доменного газа.

При использовании трехзонных методических толкательных печей на среднесортных и крупносортных станах под печи выполняют прямым, с торцовой подачей и выдачей металла. При этом так же, как в печи, изображенной на рис. 127, сохраняются три зоны отопления при увеличении общей тепловой мощности печи в соответствии с ее произ­водительностью.

Существенное увеличение производительности крупно­сортных и особенно листовых станов требует, естественно, увеличения производительности пролета нагревательных печей. Решать эту задачу можно двумя способами: либо увеличить число печей при прежней интенсивности нагре­ва, либо поднять интенсивность нагрева и, значительно уве­личив производительность отдельного печного агрегата, применить меньшее число агрегатов при общем увеличении производительности всего пролета. Следует предпочесть второй способ, так как при нем снижаются затраты на стро­ительство печей. Однако, чтобы поднять интенсивность на­грева, необходимо повысить температуру в низкотемпера­турной зоне печи, что возможно для тех заготовок, ско­рость нагрева которых практически неограничена. Именно в таких случаях и применяют многозонные печи (рис. 128), где методическая зона по существу, отсутствует, а темпера­турный режим печи приближается к камерному. В этих пе­чах первая по ходу металла весьма короткая зона не может уже называться методической, так как не выполняет функ­ции медленного, постепенного нагрева заготовки. Ее пра­вильнее называть начальной зоной печи. Как показали исследования изменения температуры слябов в действую­щих печах, металл в этой зоне многозонной печи нагрева­ется всего до 350 – 400°С, тогда как в трехзонных методи­ческих печах к концу методической зоны металл достигает 750 – 800°С. Это говорит о том, что начальная зона многозон­ных печей имеет подчиненное значение и не играет практи­чески самостоятельной теплотехнической роли. Повышение интенсивности нагрева, достигаемое в многозонных печах, позволяет увеличить напряженность пода печей до 600 – 650 кг/(м²×ч), а производительность отдельных печей к листовым станам (слябы длиной до 12 м) довести до 200 – 250 т/ч.

При создании методических печей важно правильно в соответствии с назначением каждой зоны отопления рас­пределить топливо по зонам. Ниже приведены данные по обычно применяемому распределению топлива по зонам ме­тодических печей:

На рис. 129 представленна методическая нагревательная печь со сводовым отоплением. Нижний подогрев таких печей в настоящее время осуществляется с использованием или торцового (как на рис. 127) или бокового отопления.В печи подогреваются слябы, полученные на установке непрерывной разливки. Печь работает на природном газе, обеспечивает производительность 150 – 170 т/ч, при напря­женности активного пода 600 – 650 кг/(м²×ч) и удельном расходе топлива 2100 кДж/кг.

Глиссажные трубы. В методических печах с нижним обогревом на каждый ряд движущихся в печи заготовок устанавливают по две — три продольные глиссажные трубы. Для предохранения труб от истирающего воздействия движущегося металла к ним приваривают металлические прутки. Продольные глиссажные трубы в значительной ча­сти методической зоны опираются на продольные огнеупор­ные столбики. В высокотемпературной зоне продольные глиссажные трубы опираются на поперечные водоохлаждаемые трубы, расположенные на расстоянии 1 – 1,5 м одна от другой.

Концы поперечных труб выведены за пределы печи и прикреплены к вертикальным стойкам каркаса. В середине поперечные глиссажные трубы опираются на вертикальную опору, выполненную из пары водоохлаждаемых труб, футе­рованных снаружи огнеупорным кирпичом. Чтобы снизить охлаждающее действие глиссажных труб, предусматрива­ют тепловую изоляцию, в качестве которой применяют спе­циальные огнеупорные блоки. Блоки нанизывают на трубу и прикрепляют специальными металлическими штырями (рис. 130).

Потери тепла с охлаждающей водой при использовании набивной изоляции с шипами по сравнению с потеря­ми при неизолированной трубе снижаются в 2 – 3 раза, а при навесной изоляции из сегментов или блоков их удается снизить в 4,6 – 6,3 раза. Промышленная проверка срока службы блочной изоляции показала, что для печей, отапли­ваемых газом, где температура под металлом не превышает 1375°С, применимы набивные и сборные шамотные блоки, срок службы которых в указанных условиях составляет от 9 мес. (в области повышенных температур) до 2 лет (в об­ласти пониженных температур). В печах, отапливаемых ма­зутом, где температура над металлом достигает 1500°С, хорошие результаты показали набивные блоки, изготовлен­ные из магнезитовой (магнезитохромитовой) массы, срок службы которых составляет более 9 мес.

Глиссажные трубы устанавливают только в методичес­кой и сварочной зонах; в томильной зоне глиссажных труб нет, и металл прогревается по сечению, находясь на моно­литном огнеупорном поду. Одновременно с прогревом по сечению удаляются темные пятна на нижней поверхности металла, возникшие от охлаждающего действия глиссажных труб в методической и сварочной зонах. Как отмеча­лось выше, в настоящее время разработаны глиссажные шины особой конструкции, позволяющие и в томильной зоне создать двусторонний подвод тепла к поверхности металла. Подобные шины представлены на рис. 131. Наличие в кон­струкции керамического бруса предотвращает охлаждаю­щее действие воды на нагреваемый металл.

Угар металла и удаление окалины. В нагревательных печах, работающих с открытым пламенем, неизбежно про­исходит угар (окисление) металла. Количество металла, перешедшего в окалину, зависит от основных факторов: состава атмосферы, температуры и времени пребывания ме­талла в печи. Чем больше содержится окисляющих газов (О₂, SО₂, СО₂, Н₂О) в атмосфере печи, тем больше угар металла (обычно составляющий 1,5 – 2%), который не только вызывает экономические потери, но и серьезно ус­ложняет эксплуатацию печей. В большинстве современных методических печей есть участки, имеющие монолитный под, с материалом которого и взаимодействует окалина, об­разуя бугры и препятствуя нормальному проталкиванию за­готовок. Поэтому необходимо стремиться и к уменьшению угара и к тому, чтобы конструкция печи была приспособле­на к надежной работе при неизбежном угаре металла.

Выше отмечалось, что интенсивное увеличение окисле­ния металла начинается с температуры поверхности метал­ла 850 – 900°С. Поэтому температурный режим печи следу­ет выбирать таким образом, чтобы время нагрева металла с 850 – 900°С до температуры прокатки (1200°С) было как можно короче. Заготовки должны сравнительно медленно, без возникновения существенного перепада температур по сечению, нагреваться до 850 – 900°С в зоне предварительного нагрева печи, в которой максимальная тем­пература достигает 1000°С. Затем они попадают в зону ускоренного нагрева с тем­пературой 1350°С, где как можно быстрее должны нагреваться до температуры прокатки. Из сказанного яс­но, что скорость перемеще­ния металла в пределах зон предварительного и ускорен­ного нагревов может быть неодинаковой. Поэтому необходимо предусмотреть возможность перемещения металла с разной скоростью, например, использова­ние шагающего пода, разде­ленного на две части.

Удаление окалины и шлака с пода толкательных мето­дических печей — трудоемкая и тяжелая операция, зача­стую выполняемая вручную через боковые окна. Подину чистят как по ходу печи, так и в период ремонтов. Для очистки по ходу печи через печь пропускают специальный фигурный сляб. В период ремонта перед чисткой пода печь вручную или при помощи специального приспособления освобождают от металла. В печах с нижним обогревом ока­лину из нижних зон периодически удаляют через боковые окна.

Печи с шагающим подом (шагающими балками)

Строительство печей с шагающим подом обходится зна­чительно дороже, чем пятизонных печей аналогичной производительности, однако печи с шагающим подом широко применяют для нагрева металла перед сортовыми, толстолистовыми и другими станами. Преимущества этих печей перед печами толкательного типа, обусловленные методом транспортирования металла через печь, могут быть разде­лены на две группы:

1) эксплуатационные,

2) связанные с возможностью обеспечения значительно более высокой интенсивности нагрева металла.

Эксплуатационные преимущества состоят в ликвидации проблемы уборки окалины из печи; возможности легко уда­лять металл из печи в случае остановок стана и ремонтов; возможности гибкого регулирования скорости перемещения металла через печь, что очень важно при частом изменении сортамента металла; уменьшении на 30% повреждений по­верхности нагреваемых заготовок; значительном (до 0,3 – 0,5%) снижении угара металла за счет повышения скорости нагрева и отсутствии осыпания окалины.

Наряду с этими эксплуатационными преимуществами применение шагающего пода позволяет обеспечить практи­чески всесторонний нагрев металла. Это особенно сказыва­ется при нагреве квадратных заготовок, прокатываемых на сортовых станах, и позволяет значительно увеличить интен­сивность нагрева металла. В печах с шагающим подом по­верхность нагрева квадратных заготовок увеличивается вдвое по сравнению с толкательными печами с нижним обогревом. Так, например, на одной из отечественных печей, обслуживающей мелкосортный стан и нагревающей заго­товку 80´80 мм, продолжительность нагрева, отнесенная к толщине заготовки (в сантиметрах), составила 3 – 4 мин/см, тогда как в толкательных печах эта величина лежит в пре­делах 6 – 8 мин/см. Эти цифры соответствуют напряженно­сти активного пода 1200 – 1500 и 800 – 1000 кг/(м²×ч).

Тепловой и температурный режимы печей с шагающим подом неизменны во времени, так как это проходные печи постоянного действия. Говоря о температурном режиме, сле­дует заметить, что печи подобного типа могут работать как по камерному режиму, так и с переменной температурой по длине печи. Как уже отмечалось, температурный режим пе­чей зависит от характера их отопления, а также от распре­деления горелок и дымоотводов. В печах с шагающим по­дом применяют самое разнообразное расположение горе­лок: торцовое, боковое и сводовое (рис. 132). Наиболее часто пользуются комбинированным расположением горе­лок: торцевым и боковым или боковым и сводовым. При боковом отоплении ширина печи ограничивается 11 – 12 м. При большой ширине печи возможно возникновение нерав­номерности нагрева по длине заготовки (сляба). При сво­довом отоплении заготовки греются достаточно равномерно, поэтому целесообразен такой метод отопления, когда ниж­ний обогрев оборудован боковыми горелками, а в зонах верхнего обогрева использованы сводовые горелки. Продук­ты сгорания топлива отводят на стороне загрузки металла, и печи с шагающим подом работают обычно с переменной температурой по длине. В отличие от методических толка­тельных печей в печах с шагающим подом нагрев металла (происходит во всех зонах, но интенсивность его в разных зонах может быть различной. Например, печь, нагревающая заготовки размером 80´80 мм для прокатки на проволоч­ном стане (рис. 133), работает при следующем температур­ном графике:

Печи с шагающим подом выполняют как без нижнего обогрева (рис. 133), так и с нижним обогревом (рис. 134). При наличии нижнего обогрева конструкции шагающего пода делаются водоохлаждаемыми, в результате чего на нагреваемых заготовках образуются темные пятна. Чтобы исключить возникновение темных пятен, на трубы шагаю­щих балок приваривают специальные стояки или подстав­ки, промежутки между которыми заполняют теплоизоляци­ей. Кроме того, горизонтальные трубы шагающих балок, несущие металл, расположены не параллельно оси печи, и место контакта их со слябом при продвижении металла в печи постоянно меняется.

Конструкция печей. Рассмотрим под таких печей. Воз­можны следующие варианты конструктивного оформления идеи «шагания» пода:

1) под печи может состоять из трех частей в двух вари­антах; а) неподвижного пода (у стен), шагающих и стационарных балок; б) неподвижного пода (у стен) и двух групп шагающих балок;

2) под может не иметь элементов неподвижного пода и состоять из двух групп шагающих балок.

При двух группах шагающих балок обеспечивается бо­лее высокий темп выдачи заготовок, но стоимость строи­тельства печи возрастает. Щели между шагающими (или шагающими и стационарными) балками полностью пере­крыты при помощи кожуха, погруженного в неподвижный водяной затвор. Водяные затворы смещены относительно щели между балками, а напротив щели предусмотрен короб для гидравлического удаления окалины. Устройство водя­ных затворов исключает попадание в печь воздуха из ат­мосферы. В печах без нижнего обогрева стационарные и подвижные балки футеруют (сверху вниз) следующим об­разом: хромитовая пластичная масса; огнеупорный мате­риал, содержащий 35 – 44% Al₂О₃; легковесный изоляцион­ный бетон. Части футеровки балок, примыкающие непо­средственно к щели, выполняют из огнеупорного бетона, легко восполнимого при ремонтах. В некоторых случаях для футеровки балок применяют магнезитохромитовые кир­пичи, что не дает пока вполне удовлетворительного результата.

Эксплуатируются печи с шагающим подом без нижнего обогрева и с нижним обогревом. В печах без нижнего обо­грева приняты две зоны отопления при следующем распределении тепловых мощностей: первая зона нагрева 38% и вторая зона нагрева 64%.

Эти печи оборудованы двухпроводными горелками и имеют весьма большие резервы по тепловой мощности, подавляющем большинстве случаев печи могут работать с подачей топлива лишь во вторую зону нагрева. Горелки первой зоны нагрева включаются в том случае, если с це­лью увеличения производительности печи необходимо под­нять температуру в этой зоне и в конце печи. Напряженность активного пода в этих печах достигается 1300 – 1400 кг/(м²×ч), время пребывания заготовок размером 80´80 мм в печи составляет 23 – 30 мин, удельный расход тепла 1800 – 2000 кДж/кг.

Дымовые газы удаляются в дымосборник, расположен­ный у торца загрузки, а затем поступают в петлевой метал­лический рекуператор, расположенный ниже уровня пода цеха. Температура подогрева воздуха в рекуператоре око­ло 300°С.

Определение размеров печей

Размеры рабочего пространства определяют, исходя из производи­тельности, размера и времени нагрева заготовки. Если Р — заданная производительность печи, а t — время нагрева (ч), то для обеспечения этой производительности в печи в процессе нагрева должна постоянно находиться садка металла, равна G = Pt.

Зная размеры нагреваемой заготовки (а — ширина, м; b — толщи­на, м; l — длина, м), можно определить массу g одной заготовки и чис­ло заготовок, постоянно находящихся в печи п = G/g.

Обычно при n < 200 шт. делают однорядную печь, длина которой будет равна L = а × п,м.

Для двухрядной печи L = а × п/2.

Если n/2 > 200, то печь выполняют трехрядной и т.д.

Ширину печи определяют суммированием длины заготовки и не­обходимых зазоров между заготовкой и стенами печи или между двумя заготовками. Эти зазоры обычно равны примерно 0,25 м, поэтому ши­рина однорядной печи будет равна B = l + 2 × 0,25 м; двухрядной B = 2l + 3 × 0,25 м и т.д.

Длину печи с шагающим подом следует определять с учетом зазо­ров между заготовками. Обычно расстояние между гранями соседних заготовок составляет 0,5 – 0,7 их толщины.

Поэтому длина печи в этом случае составит

L = an + (0,5 – 0,7) b (n + 1)

Высоту свода печей h чаще всего определяют, исходя из опыта хорошо работающих печей. Так, для трехзонных и многозонных толкательных печей и с шагающим подом расстояние от высшей точки свода до уровня пода составляет, м:

Часто при достаточном конструктивном опыте и наличии инфор­мации о хорошо работающих печах размер площади пода печей опре­деляют не через время нагрева, а используя величину напряженности активного пода Н_а.

В этом случае

F_a = P/H_a,

а длина печи L_a = F_a/B,гре В — ширина печи.