Печи трубо- и колесопрокатных цехов

Для нагрева крупных заготовок перед обработкой на трубопрокатных и колесопрокатных станах требуются печи специальной конструкции, что объясняется формой загото­вок. Возможны два принципа транспортирования подобных заготовок: по наклонному поду и вместе с вращающимся подом. Крупные недостатки методических (ролевых) печей с наклонным подом привели к тому, что для нагрева круг­лой заготовки были созданы высокомеханизированные пе­чи с вращающимся подом и секционные печи скоростного нагрева.

В печах с вращающимся подом, кроме нагрева круглой трубной заготовки, удобно нагревать фасонные заготовки, например, к колесопрокатным станам. В печах с вращаю­щимся подом он может быть кольцевым или так называе­мым тарельчатым. В трубо- и колесопрокатных цехах при­меняют печи с кольцевым подом. Наряду с кольцевыми пе­чами для нагрева труб и трубной заготовки применяют секционные печи.

Печи с кольцевым подом. На ряде отечественных металлурги­ческих заводов работают печи с кольцевым подом (рис. 135).

Заготовки, лежащие неподвижно на враща­ющемся поду, вместе с подом проходят все не­обходимые зоны нагре­ва и выдаются через окно выдачи, располо­женное рядом с окном загрузки.

Загрузку и выдачу заготовок осуществля­ют одновременно дву­мя кранами. Угол между осями окна загрузки и ок­на выдачи обычно составляет 28°. Следовательно, заго­товка, пройдя 332° полного оборота пода, может нагре­ваться до необходимой температуры, т.е. время полного оборота пода, соответствующее 332°, равно времени на­грева заготовки. Под движется толчками, причем при каждом толчке он поворачивается на угол, соответствующий расстоянию между двумя соседними заготовками.

Кольцевые печи могут работать на жидком и газооб­разном топливах. Горелки (форсунки) устанавливают во внутренних и наружных стенах печи. Применяют также и сводовое отопление таких печей. Продукты сгорания мож­но отбирать в одном месте (у окна выдачи) и в несколь­ких местах. Расположение горелок и дымоотводящих ка­налов — весьма важная характеристика кольцевых печей. В зависимости от этого печь может работать по методиче­скому или камерному режиму.

При работе по методическому режиму дым отбирается через два дымоотводящих канала, расположенных один напротив другого около окна загрузки. На подобных пе­чах часто предусматривают промежуточные дымоотводящие каналы. Если эти промежуточные дымоотборы отклю­чены, то обеспечивается методический режим. Если они включены, то печь работает по камерному режиму.

Горелки (форсунки) расположены равномерно по всей окружности печи, но при методическом режиме работы мощность горелок в зонах подогрева металла, нагрева и выдержки должна быть различной и обеспечивать темпе­ратурный график, свойственный этому режиму. При камер­ном режиме мощность горелок распределяется равномер­но. Методический режим обычно применяют для нагрева легированных сталей.

В соответствии с температурным режимом печь делят на ряд участков, к каждому возможен свой отдельный ав­томатически регулируемый подвод газов и воздуха. При­чем, для поддержания определенных температурных усло­вий на отдельных участках используют подвесные перего­родки («занавески»). Между подом печи и «занавеской» остается зазор, необходимый для свободного перемещения заготовок. Перегородки обычно устанавливают в следую­щих местах:

а) между окном загрузки и выгрузки для устранения охлаждающего влияния загрузочного участка печи на на­гретые заготовки;

б) между нагревательной зоной и зоной выдержки для устранения влияния высокой температуры нагревательной зоны на температурный режим зоны выдержки;

в) между нагревательной зоной и зоной подогрева металла для уменьшения теплового излучения из высокотемпературной нагревательной зоны.

При методическом режиме нагрева в кольцевых печах выполняется следующее распределение топлива по зонам. На подогревательную зону приходится 25 – 27%, на нагре­вательную 60 – 54% и на зону выдержки 15 – 19%.

В соответствии с опытом работы кольцевых печей во избежание оплавления металла оптимальная высота рас­положения горелок над подом должна составлять ~ 600 мм. С целью утилизации тепла отходящих из печи продуктов сгорания все отдельные дымоотводящие каналы объедине­ны в одну общую систему дымоходов, которая позволяет установить за печью рекуператоры для подогрева воздуха и в случае необходимости, для подогрева газа. Кольцевые печи — механизированные и автоматизированные агрегаты, что позволило устранить тяжелый физический труд по кантовке металла.

Применение кольцевых печей позволяет без затрудне­ний переходить от методического режима к камерному, и наоборот.

Угар в кольцевых печах составляет 0,5 – 1%, т.е. мень­ше, чем в печах иных конструкций. Для заготовок диамет­ром 110–150 мм удельная производительность печей со­ставляет 350 – 400 кг/(м²×ч) при удельном расходе тепла 1670 – 2500 кДж/кг. Коэффициент полезного действия коль­цевых печей при максимальной производительности дости­гает 40 – 45%.

Тепловой расчет кольцевых печей можно выполнять так же, как и расчет методических или камерных печей с учетом того, что в кольцевых печах не весь под занят ме­таллом, а следовательно, подина хорошо прогрета и актив­но участвует в теплообмене, излучая тепло на лежащие за­готовки. Установлено, что заготовка удовлетворительна прогревается по сечению. Поэтому нагрев заготовки в та­ких печах следует рассматривать как двусторонний и брать в качестве расчетного размера радиус заготовки.

Секционные печи скоростного нагрева применяют в тру­бопрокатных цехах для нагрева перед прокаткой круглой заготовки диаметром до 200 мм и для термообработки (нормализации, отжига) труб различного диаметра. Ско­ростной нагрев металла достигается в результате примене­ния всестороннего обогрева при условии, что температура печных газов и кладки значительно превышает конечную температуру нагрева металла.

Секционные печи состоят из секций, между которыми расположены водоохлаждаемые ролики, для каждого из них предусмотрен собственный привод. Ролики установле­ны под углом к направлению движения, что обеспечивает вращение нагреваемых изделий. Каждая секция пред­ставляет собой зафутерованную небольшую камеру (рис. 136) с высокой тепловой нагрузкой. Печи отапливают газо­образным топливом. В каждой секции размещено 5 – 6 горелок.

Горелки установлены тангенциально, с одной стороны — под металлом, а с другой стороны — над ним. При танген­циальном расположении горелок создается интенсивное движение газов, что приводит к значительному разогреву поверхности кладки и интенсификации конвективного теп­лообмена. Несколько секций объединены в одну тепловую зону, которая снабжена отдельной регулировкой. Тепловая нагрузка тех секций, в которые поступает холодный металл, всегда больше секций последующих зон. Печи для отжига холоднокатаных труб обычно состоят из девяти сек­ций и обеспечивают производительность 2,5 – 4 т/ч. Печи для нагрева заготовок перед прокаткой шаров и труб состоят из 20 – 35 секций и могут обеспечивать производительность 20 – 40 т/ч.

Недостаток секционных печей скоростного нагреза за­ключается в возможности перегрева изделий и кладки при производственных неполадках в поточных линиях. Во избе­жание этого следует всеми средствами снижать аккумули­рующую способность футеровки секций, чтобы в случае не­обходимости можно было быстро уменьшить расход топли­ва и снизить температуру до величины, соответствующей уровню холостого хода печи.