Толкательные методические печи

Толкательные методические печи получили широкое распространение (рис. 7.6). В этих печах заготовки лежат на поду, соприкасаясь друг с другом. Задача и перемещение заготовок в печи осуществляется специальным толкателем.

Выдача заготовок из печи может быть торцовой и боковой. Способ выдачи металла из печи имеет большое значение для работы методических печей.

Если выдача торцевая, то толкатель выполняет одновременно и функции выталкивателя. При задаче очередной заготовки в печь, толкатель одновременно с этим переме­щает всю садку и выталкивает крайнюю заготовку через окно выдачи.

Если предусмотрена боковая выдача, то помимо толкателя напротив окна выдачи устанавливают специальный выталки­ватель. Соответственно такие печи при размещении в цехе требуют больших площадей.

В печах с торцовой выдачей через окно выдачи, расположенное ниже уровня пода печи, происходит интенсивный подсос холодного воздуха. Поступающий в печь холодный воздух вызывает излишний расход топлива, способствует образованию окалины. Поэтому с точки зрения тепловой работы печи с боковой выдачей обладают преимуществом.

Рис. 7.6 Профили некоторых основных типов толкательных методических печей: а – двухзонная печь без нижнего обогрева, с наклонным подом, с боковой загрузкой и выдачей; б – трехзонная печь с нижним обогревом, с торцевой загрузкой и боковой выдачей; в – четырехзонная печь с нижним обогревом, с торцевой загрузкой и торцевой выдачей; 1 – нагреваемый металл; 2 – методическая зона; 3 – сварочная зона; 4 – верхняя сварочная зона; 5 – нижняя сварочная зона; 6 – 1-я верхняя сварочная зона; 7 – 2-я верхняя сварочная зона; 8 – томильная зона; 9 – горелки; 10 – толкатель; 11 – рольганг загрузки; 12 – окно выдачи; 13 – рольганг выдачи; 14 – склиз; 15 – дымоотвод

Метод транспортирования металла путем его проталкивания по поду печи, является наиболее простым и дешевым. Однако он имеет ряд недостатков:

1) при перемещении заготовки контактируют друг с другом и с подиной, что ухудшает качество поверхности металла, кроме этого есть вероятность сваривания двух заготовок;

2) нагрев квадратных, прямоугольных заготовок при монолитном поде осуществляется только с одной стороны, а при использовании подовых труб и нижнего обогрева с двух сторон, эти особенности нагрева снижают его скорость, и, как следствие производительность печи;

3) при движении заготовок с их поверхности осыпается окалина, тем самым создается возможность дополнительного окисления вновь открывшейся поверхности;

4) осыпающаяся окалина падает на под печи и может реагировать с материалом пода, образуя бугры, которые препятствуют нормальному движению металла, затрудняют удаление окалины с пода;

5) печь без применения специальных мер не может быть освобождена от металла в случае остановки стана, ремонтов, при проведе­нии работ по удалению окалины;

6) современные печи достаточно широки (до 12 м), что затрудняет операцию удаления окалины;

7) без взгорбливания можно проталкивать не более чем 200–250 заготовок, что ограничи­вает размеры и производительность печей.

Указанные недостатки толкательных печей привели к необходимости создания печей с механизированным подом (печи с роликовым подом и с шагающими балками).

Тепловой и температурный режим методических печей постоянны во времени. Однако температура значительно меняется по длине методической печи. Характер этого изменения определяет число и назначение зон методической печи. Металл движется по печи навстречу дымовым газам, температура которых постоянно повышается от сравнительно холодных у окна посада, до горячих в сварочной зоне. При прохождении через зоны металл постепенно (методически) нагревается.

По числу зон нагрева методические печи могут быть двух, трех- и многозонными с односторонним и с двусторонним нагревом металла. Назначение зон рассмотрим на примере трехзонной печи.

Первая зона, которую проходит металл называется методической. В методической зоне температура по ее длине изменяется. Назначение данной зоны – нагреть металл без возникновения опасных внутренних напряжений в интервале температур от 0 до 550° С. Методи­ческая зона является противоточным теплообменником, где металл утилизирует тепло дымовых газов, отходящих из зоны высоких температур. Температура дымовых газов при прохождении методической зоны снижается весьма значительно. Так в сварочной зоне она составляет 1300–1400 °С, в конце же методической зоны только 850–1100 °С. Методическая зона увеличивает коэффициент использования топлива.

Вторая зона называется зоной высоких температур или сварочной зоной. Назначение данной зоны – быстрый нагрев поверхности заготовки до конечной температуры, что обычно составляет 1150–1250 °С. Для того чтобы обеспечить требуемые уровень температур и скорость нагрева металла, в сварочной зоне необходимо поддерживать температуру на 150–250 °С выше конечной температуры поверхности металла, т. е. температура газов в сварочной зоне составляет 1300–1400 °С.

Третья зона называется зоной выдержки или томильной зоной. Ее назначение заключается в выравнивании температуры по сечению металла. Так как в сварочной зоне до конечной температуры нагревается только поверхность металла, то создается перепад температур по сечению металла, который недопустим по технологическим требованиям. В зоне выдержки поддерживают температуру на 30–50 °С выше конечной температуры поверхности металла. Такие условия нагрева позволяют не изменяя температуру поверхности металла выравнивать температуры по толщине заготовки.

Часто при нагреве тонких тел нет необходимости делать выдержку для выравнивания температур по сечению, так как к концу сварочной зоны перепад температур по сечению не выходит за рамки технологических требований. В таких случаях в томильной зоне нет необходимости, поэтому используют двухзонные печи (методическая и сварочная зоны).

Для повышения общего температурного уровня печи и получения большей производительности при нагреве металла перед прокаткой на листовых и сортовых станах иногда применяют четырех- и пятизонные методические печи. В таких печах предусмотрены две или три сварочные зоны, в каждой из которых производиться сжигание топлива, что увели­чивает общую длину зоны высоких температур. При этом повышается температура в конце (по ходу дымовых газов) методической зоны, что позволяет уменьшить ее длину.

В методических печах применяют односторонний или двусторонний нагрев заготовок.

При толщине заготовок менее 100 мм использовать двусторонний нагрев не целесообразно, так как для таких заготовок быстрый нагрев поверх­ности в сварочной зоне приведет к необходимости в длительной выдержки в томильной зоне. Причем увеличение продолжительности томления будет больше, чем выигрыш во времени от скоростного нагрева в сварочной зоне, достигнутый за счет применения нижнего обогрева. В таких условиях следует применять односторонний нагрев, при котором заготовки движутся по монолитному поду.

При двухстороннем нагреве с нижним обогревом вдоль печи устанавливают специальные глиссажные (водоохлаждаемые) трубы, по которым движется ме­талл. Учитывая охлаждающее действие глиссажных труб, в нижнюю часть сварочной зоны подают несколько больше тепла, чем в верхнюю.

Водоохлаждаемые подовые трубы устанавливают только в методической и сва­рочной зонах. При соприкосновении заготовки с глиссажными трубами металл на его поверхности образуются тем­ные пятна, т. е. в месте контакта с трубой металл прогревается хуже. Такие непрогретые участки на нижней поверхности заготовки обязательно нужно ликвидировать при выдержке металла, поэтому под в томильной зоне выполняют без глиссажных труб.

Если печь двухзонная с нижним обогревом, то для ликвидации темных пятен от охлаждающего действия глиссажных труб часть сварочной зоны выполняют без нижнего обогрева.

Методические печи, благодаря наличию в них протяженной методической зоны, где имеется длительный теплообмен между дымовыми газами и нагреваемым металлом, в сравнении с камерными печами имеют более высокий к. п. д. и к. и. т. К. п. д. методических печей может достигать 40–45 %.

Конструкция методических печей зависит от характеристик прокатного стана, вида топлива. Прокатный стан определяет производительность печи, типоразмеры нагреваемой за­готовки, температуру нагрева металла, теплофизические свойства металла. От вида используемого топлива зависят конструкции устройств для сжигания топлива и рекуператоров.

В прокатных цехах в настоящее время основным типом нагрева­тельных печей остаются толкательные методические печи. Однако возможности улучшения их характеристик практически исчерпаны.