Печи периодическогодействия

Электрические нагревательные колодцы применяют для нагрева слитков качественной стали перед прокаткой. Ко­лодцы выполняют как печи сопротивления косвенного дей­ствия с криптоловыми нагревательными элементами, в ка­честве которых используют карборундовые желоба, засы­панные прокаленным нефтяным коксом с размером кусков 15 – 50 мм. Удельная мощность такого нагревателя, отне­сенная к единице его теплоотдающей поверхности, дости­гает 100 кВт/м², а максимальная рабочая температура рав­на 1500°С. Поскольку электрическое сопротивление кокса зависит от температуры, то питание электрических колод­цев осуществляется через трансформаторы с регулирова­нием вторичного напряжения.

На рис. 162 показано устройство рабочей камеры элект­рического нагревательного колодца. Главное преимущество электрических нагревательных колодцев перед топливны­ми — это небольшой угар металла, не превышающий 0,3%, благодаря отсутствию окислительной атмосферы в рабочей камере. Кислород воздуха, просачивающегося в колодцы через неизбежные неплотности крышки, взаимодействует с раскаленным коксом, образуя оксид углерода и создавая тем самым газовую среду, защищающую сталь от окисле­ния. Вследствие этого кокс в желобах постепенно выгора­ет и над желобами предусматриваются специальные от­верстия для периодической подсыпки кокса. Расход кокса составляет 0,25 – 0,5 кг/т слитков.

Отсутствие потерь тепла с уходящими газами резко по­вышает тепловой к.п.д. электрических нагревательных ко­лодцев по сравнению с топливными. Поэтому футеровку и тепловую изоляцию их рабочих камер выполняют гораздо более толстой, чем у топливных колодцев, с тем, чтобы сократить потери тепла через стенки.

В электрических нагревательных колодцах осуществля­ют нагрев слитков массой 3 – 18 т при общей садке 20 – 160 т в зависимости от размеров рабочей камеры. Удель­ный расход электроэнергии на нагрев металла зависит от температуры загружаемых слитков. Так, при подогреве слитков 5,5 т с начальной температурой 650°С до температуры прокатки удельный расход тепла составляет около 300 кДж/кг (0,08 кВт×ч/кг), а с температурой 750°С — около 75 кДж/кг (0,02 кВт×ч/кг). Потребление энергии при нагреве холодных слитков возрастает до 1300 кДж/кг (0,36 кВт×ч/кг). Поэтому электрические нагревательные колодцы наиболее эффективны для подогрева слитков го­рячего посада, поскольку в этом случае резко снижается расход электроэнергии — главный фактор, ограничивающий применение этих колодцев.

Сравнительный анализ стоимости нагрева слитков го­рячего посада в электрических колодцах и топливных ко­лодцах с одной и двумя верхними горелками показал, что расходы на нагрев получаются сопоставимыми. Если учесть экономию металла, получаемую при снижении окалинообразования, то электронагрев слитков горячего поса­да оказывается экономически целесообразным и для рядо­вой стали. Однако, поскольку расход электроэнергии рез­ко возрастает при снижении температуры посада слитков, применение электрических нагревательных колодцев неэко­номично по сравнению с топливными для рядовых слитков холодного посада и может быть оправдано только в случае нагрева очень дорогого металла, потери которого с окали­ной и брак по нагреву должны быть сведены к минимуму.

Печи с выдвижным подом, используемые обычно для нагрева слитков и крупных изделий под термическую обра­ботку, состоят из стационарной камеры нагрева, выдвиж­ного пода и механизма перемещения пода. Нагреваемые слитки загружают на выдвинутый из печи под, представля­ющий собой футерованную платформу, с помощью крана. После загрузки под вдвигают внутрь рабочей камеры на время очередного цикла нагрева. Конструктивно эти печи мало отличаются от топливных печей с выдвижным подом, описанных в § 5, гл. VIII. Различие заключается лишь в том, что вместо горелок или форсунок на стенках и на сво­де стационарной камеры нагрева установлены металличе­ские нагревательные элементы сопротивления. Нагревате­ли устанавливаются также и в выдвижном поду, что спо­собствует боле высокой равномерности нагрева металла. Температура нагрева металла в этих печах составляет от 500 до 900°С, садка достигает 60 т при мощности до 3600 кВт. В печах с рабочей температурой 700 – 800°С пре­дусматриваются сводовые циркуляционные вентиляторы, обеспечивающие интенсификацию конвективного теплооб­мена в рабочей камере и повышение равномерности нагре­ва всей садки. В печах с рабочей температурой 1000 – 1200°С такие вентиляторы не устанавливают, а равномер­ность нагрева металла обеспечивается за счет правильного распределения мощности отдельных групп нагревателей, тепло от которых передается к поверхности металла преимущественно излучением.

Существенной особенностью электрических печей с вы­движным подом является более толстый слой тепловой изо­ляции на стенках и своде рабочей камеры, чем у топливных. Это обусловлено стремлением снизить потери тепла исхо­дя из того, что затраты на генерацию того же количества тепла в электрических печах значительно выше, чем в топ­ливных.

Колпаковые печи (аналогичные по принципу работы колпаковым топливным печам, описанным в гл. VIII, §5), получили распространение для высокотемпературного от­жига электротехнической стали, осуществляемого обычно в водородной атмосфере. Металл в этих печах нагревается в виде либо стоп, либо рулонов. Печь для отжига листовой электротехнической стали в стопах показана на рис. 163. Она имеет следующие конструктивные элементы: стенд, на который загружаются стопы нагреваемого листового металла, закрываемый затем муфелем из жароупорной стали (под который вводится специальная атмосфера), и футерованный колпак прямоугольной формы с установлен­ными на его внутренних стенках электрическими нагрева­телями сопротивления. После завершения нагрева и вы­держки по заданному режиму колпак поднимают и перено­сят на другой стенд с подготовленной на нем садкой, а нагретый металл на первом стенде остывает под муфелем в атмосфере, предотвращающей его окисление и обезуглеро­живание. С учетом соотношения времени нагрева и выдержки ко времени остывания на один колпак приходится обычно два или три стенда. При этом (как во всех колпаковых печах) в каждом цикле отжига теряется лишь теп­ло, аккумулированное кладкой стенда, а тепло, поглощен­ное футеровкой колпака, сохраняется почти без потерь, так как при переносе колпака со стенда на стенд средняя по массе кладки температура не успевает существенно сни­зиться. Благодаря этому обеспечивается экономия энергии и снижается ее удельный расход, составляющий 1220 – 1400 кДж/кг (0,34 – 0,39 кВт×ч/кг).

В отличие от топливных колпаковых печей для отжига автолиста, в печи, показанной на рис. 163, не осуществля­ется принудительная циркуляция газа, так как пока не раз­работана конструкция вентилятора, надежно работающего при температурах порядка 1160°С. Поэтому отжиг металла, загружаемого на стенд в виде стоп, протекает значительно дольше. Поскольку между листами, сложенными в стопу, находятся газовые прослойки, которые снижают теплопроводность садки в поперечном направлении в 30 – 40 раз по сравнению с теплопроводностью стали, то тепло к стопе следует подводить с боков. Исходя из этого, главные нагре­вательные элементы сопротивления расположены на стен­ках колпака, а вспомогательные — в поду стенда для пре­дотвращения отвода тепла через кладку стенда и недогрева низа садки. Так же, как и в колпаковых печах для от­жига автолиста, здесь для герметизации подмуфельного пространства используется песочный затвор.

При габаритах садки 1,5´2´6 м и ее массе до 100 т мощность печи составляет 570 кВт, а рабочая температура достигает 1200°С.

Для отжига электротехнической стали в рулонах ис­пользуются колпаковые электрические печи типа СГВ 16.20 и СГВ 20.12,5. Эти печи отличаются тем, что нагреватель­ные элементы сопротивления установлены только на стен­ках колпака, а стенд выполнен с массивной футеровкой, но не обогреваемым. Муфель в этих печах не предусмотрен. В печи СГВ 16.20 на стенде размещают 6 рулонов массой до 7,5 т каждый в два ряда. Рулоны верхнего ряда уста­навливаются на специальных подставках из хромоникелевой жаропрочной стали. В печи СГВ 10.12,5 на стенде уста­навливают 4 рулона массой 11 т каждый в один ряд.

Печи СГВ 16.20 и СГВ 20.12,5 могут работать под ва­куумом, с азотной и водородной атмосферой. Для уплотне­ния рабочего пространства предусмотрен двойной песоч­ный затвор и вакуумное уплотнение из резиновой полосы, размещенной в водоохлаждаемой канавке по периферии стенда. Кожух колпака выполняется сварным, что обеспе­чивает его газоплотность.

Нагревательные колпаки имеют прямоугольную форму. Футеровка стенда и колпаков выполняется из легковесного высокоглиноземистого кирпича. На стенках колпака уста­новлены зигзагообразные нагревательные элементы из проволоки, разделенные на три зоны по высоте стен. Ниж­ние зоны имеют мощность по 250 – 275 кВт, верхняя — 150 кВт.

Производительность печей СГВ 16.20 и СГВ 20.12,5 (по стенду) составляет 200 – 250 кг/ч, а удельный расход элек­троэнергии 2750 кДж/кг (0,75 кВт×ч/кг).