Нагревательные печи сопротивления

Нагревательные печи сопротивления уже получили ши. рокое распространение в машиностроении, в основном для термической обработки деталей, где их применение оправ­дано возможностями точного обеспечения заданного тем­пературного режима нагрева. Широкомасштабный харак­тер производства в черной металлургии накладывает же­сткие ограничения на величину затрат на нагрев металла. Поэтому большая часть металла подвергается нагреву перед обработкой давлением или с целью термообработки в топливных печах, где затраты на нагрев ниже, чем в элек­трических печах. Однако повышение требований, предъяв­ляемых к качеству нагрева, стремление к снижению потерь металла за счет окисления, особенно дорогих легированных марок стали, необходимость осуществления некоторых ви­дов термообработки в специальных атмосферах являются теми факторами, которые делают применение электронагрева в черной металлургии в ряде случаев целесообраз­ным. Для этой цели используются различные печи прямо­го и косвенного действия.

Печи сопротивления прямого действия

Эти устройства применяют для нагрева сравнительно длинных и тонких заготовок перед прокаткой и ковкой. Они имеют следующие достоинства: исключительно малое время нагрева заготовки, в результате чего практически не происходит обезуглероживание и рост зерна; потери метал­ла с окалиной ничтожны; низкий удельный расход электро­энергии; электроэнергия не требуется при остановках ста­на; нагревательная установка безынерционна и может быть включена в любое время; высокая производительность и хорошее соответствие требованиям автоматического управ­ления; снижение трудоемкости и улучшение условий труда

Поскольку в печах сопротивления прямого действия на­греваемое изделие включают непосредственно в питающую цепь через понижающий трансформатор и тепло выделя­ется в самом нагреваемом металле, этот метод нагрева мо­жет быть применен только для относительно длинных изде­лий, имеющих однородный состав и одинаковое сечение по всей длине. Только при этих условиях осуществим равно­мерный прогрев. Установлено, что применение прямого нагрева сопротивлением целесообразно, если длина заготов­ки превышает ее толщину (или диаметр) в 10 раз и бо­лее.

Так как тепло не подводится к нагреваемому телу изв­не, а выделяется в нем, разность температур по сечению в процессе нагрева очень мала и опасность термических на­пряжений не возникает. Поэтому скорость нагрева может быть выбрана большой, что позволяет достичь высокой про­изводительности установок прямого нагрева. При высокой скорости нагрева тепловые потери малы, поэтому во мно­гих случаях установки прямого нагрева могут быть выпол­нены без футеровки с сохранением достаточно высоких зна­чений к.п.д.

Основной проблемой при осуществлении прямого нагре­ва является трудность создания надежных конструкций контактов, удовлетворительно работающих при больших значениях силы тока. При прямом нагреве возникают так­же трудности с измерением и регулированием температуры нагреваемых заготовок. Схематическое устройство печи со­противления прямого действия показано на рис. 161.

Имеется опыт длительной успешной эксплуатации печи сопротивления прямого действия для нагрева заготовок се­чением до 100´100 мм и длиной до 4 м перед прокаткой на прово­лочном стане. На этой установке нагревают в основном быстроре­жущую сталь и сплавы с высо­ким содержанием никеля и хро­ма. Питание установки произво­дится током промышленной час­тоты через понижающий транс­форматор мощностью 4 МВА. Трансформатор и сменные кон­такты, в которых зажимается за­готовка, охлаждаются водой. За­жим нагреваемой детали в кон­тактах осуществляется при помо­щи пневматических или гидрав­лических цилиндров. Контроль за температурой нагрева заготовок ведут при помощи оптического пирометра, причем ток ав­томатически выключается по достижении заготовкой задан­ной температуры. Удельный расход электроэнергии состав­ляет 900 – 1100 кДж/кг при производительности 6 т/ч. Про­изводительность таких установок может достигать 50 т/ч. Печи подобного типа широко используются также в кузнечных цехах для нагрева перед ковкой заготовок уд­линенной формы.

Печи сопротивления косвенного действия

Конструкции нагревательных печей сопротивления кос­венного действия очень разнообразны. Их особенности обусловлены многими обстоятельствами, в первую очередь уровнем температуры в рабочей камере и характером ра­боты печи — периодическим или непрерывным. Уровень ра­бочей температуры печи обусловливает выбор материала для нагревательных элементов, их выполнение и размещение в печной камере, а также наличие в низко- и среднетемпературных печах или отсутствие (в высокотемператур­ных) вентиляторов для интенсификации конвективного теплообмена.

В печах с температурой до 1250 – 1350°С используются металлические нагревательные элементы сопротивления, выполняемые из специальной ленты или проволоки. Из ленты делают зигзагообразные нагреватели, предназначен­ные для крепления на стенках, поду и своде. Проволочные нагреватели могут быть также изготовлены в виде зигза­гов, укрепляемых на стенках, поду и своде печи. Эти на­греватели более надежны, чем часто изготовляемые из проволоки спирали. Обычно в промышленных печах для нагревателей применяют проволоку диаметром 3 – 7 мм. Спирали и зигзаги укрепляют на стенках и своде с по­мощью крючков или размещают на керамических полочках (на стенках), а на поду печи укладывают в специально предусмотренные пазы.

В печах с температурой до 1450°С применяют карборун­довые стержни (силитовые нагреватели), а при темпера­туре до 1650°С — U-образные элементы из дисилицида мо­либдена. Нагревательные элементы из карборунда и диси­лицида молибдена сравнительно дороги и поэтому в высо­котемпературных печах (с температурой 1300 – 1600°С) находят также применение криптоловые нагреватели, представляющие собой молотый графит или кокс, засы­панный в желоб из карборунда.

Чем компактнее нагреватели, тем легче их разместить в печи, но тем больше их взаимное облучение и меньше степень эффективного использования поверхности. Поэтому устанавливают практически рациональные размеры проволочных ленточных нагревателей. Эти размеры выбирают так, чтобы обеспечить размещение нагревателей в печи и их достаточную жесткость, а также создать хорошие усло­вия, для передачи тепла от них к металлу. Исходя из этих же соображений (с учетом выбора размеров) принимают и условия размещения в печах силитовых нагревателей, элементов из дисилицида молибдена и криптоловых на­гревателей. Расчет нагревательных элементов сопротивле­ния рассмотрен во 2 томе этого учебника.

Как отмечено выше, конструкция печи во многом так­же обусловлена режимом ее работы, поскольку загрузка металла в рабочую камеру печи периодического действия или его транспортировка через камеру печи непрерывного действия требуют совершенно различных устройств.

Ниже рассмотрены некоторые типы нагревательных пе­чей сопротивления косвенного действия, применяемые в черной металлургии.