Индукционные нагревательные печи

Индукционный нагрев металла является очень перспективным и его используют для различных целей начи­ная с нагрева слябов перед прокаткой и кончая термической обработкой сортового проката. Так как, при индукционном нагреве, выделение тепла происходит в нагреваемом металле, то могут быть достигнуты очень высокие скорости повышения тем­пературы при минимальном образовании окалины без опасных термических напряжений.

Примером может служить установка индукцион­ного нагрева непрерывнолитых слябов толщиной 300 мм перед их прокаткой на штрипсовом стане одного из зарубежных заводов. Нагрев осуществляется в трех последовательно располо­женных индукционных камерах. Первая камера предназначена для передачи слябу максимального количества тепла в кратчай­шее время и имеет наибольшую мощность. Во второй камере также происходит нагрев сляба, но она позволяет одновремен­но выдерживать его для получения равномерного прогрева но сечению и ее мощность в два раза меньше. Третья камера, мощ­ность которой еще в два раза меньше, предназначена для выдержки металла. В конструкции каждой из индукционных камер используется прямоуголь­ная индукционная катушка, окружающая установленный на уз­кую грань сляб (рис. 8.3).

Рис. 8.3. Индукционная печь для нагрева слябов: 1 – огнеупорная футеровка; 2 – изоляционная прокладка; 3 – индуктор; 4 – рама; 5 – опорная балка

Установка индукционного нагрева рассчитана на загрузку холодных,- теп­лых и горячих слябов. Теплые слябы по­ступают в нагревательные камеры с тем­пературой 200–500 ⁰С, горячие – с темпе­ратурой 500–700 ⁰С. Перед загрузкой слябов, в индукционные камеры проверя­ют качество их поверхности. Сля­бы поднимают затем на тележки и загру­жают на подъемный под, укладывая их на ребро. Выдача слябов для прокатки осуществляется из камеры выдержки. Весь комплекс операций от взятия из штабелей слябов, поступающих после не­прерывной разливки, и до выдачи их из установки на рольганг прокатного стана автоматизирован. Питание всех камер индукционного нагрева осуществляется током промышленной частоты через автотранс­форматоры.

Установка обеспечивает производительность до 600 . При количестве горячих слябов 20 %, теплых 60 % и холодных 20 % средний удельный расход электроэнергии составляет 1050 (0,29 ). Потери металла с окалиной не выше 0,5–0,8 %. Обезуглероживания поверх­ности практически нет [1].

Индукционные печи используют и при комбинированном нагреве сравнительно тонких заготовок толщиной 70–100 мм, осо­бенно из легированных сталей, для которых недопустимо обра­зование окалины на поверхности. Здесь нагрев до тем­ператур, при которых поверхность стали еще не взаимодейству­ет активно с раскаленными продуктами сгорания (до 700–800 ⁰С), осуществляется в топливных методических пе­чах, а окончательный нагрев до температуры прокатки, когда поверхность стали может подвергается интенсивному окислению и обезуглероживанию, проводится в индукционных нагревателях. Время нагрева в них меньше одной минуты. Такая технология нагрева позволяет резко снизить окалинообразование и поверхностное обезуглероживание стали.

Проходные индукционные нагреватели (рис. 8.4) представляют собой простые катушки, сквозь которые перемещают нагреваемые заготовки.

Рис. 8.4. Индуктор для сквозного нагрева цилиндрических заготовок:1 – индуктор; 2 – теплоизоляция; 3 – кожух; 4 – асбестоцементные плиты; 5 и 6 – патрубки системы водяного охлаждения индуктора; 7 – водоохлаждаемые направляющие из немагнитной жаропрочной стали

Катушки выполняются из медной трубки и охлаждаются протекающей по ней водой. Пи­тание индукторов осуществляется током частотой 3000 Гц от машинного генератора. Уменьшение тепловых потерь от нагреваемых заготовок в окружающую среду достигается футеровкой индукторов огнеупорными материалами.

Индукционный нагрев в прокатном производстве используется для промежуточного подогрева на сортовых многоклетевых станах, где температура заготовки сильно снижа­ется в процессе прокатки.

Индукционный нагрев получил очень широкое распростра­нение для термической обработки различных деталей и прока­та, в частности для поверхностной закалки. Например, при производстве рельсов осуществляют поверхностную закалку их головок. Бла­годаря питанию индуктора током повышенной частоты возни­кает поверхностный эффект. Нагрев головки рельса происходит не­равномерно, и основная доля тепла выделяется в поверхностном слое металла.

Для непрерывно-последовательной закалки головок рельсов применяют плоский индуктор, который изготавливают из медной трубки прямоугольного сечения и представляет собой плоскую об­мотку (рис. 8.5).

Рис. 8.5. Непрерывно-последовательный индукционный нагрев с целью поверхностной закалки головки рельса

Водоохлаждаемый индуктор равно­мерно перемещают вдоль рельса с по­мощью электромеханического привода. При этом производиться ускоренное охлаждение нагретого участка поверхности закаливаемого рельса путем обрызгивания его водой, подаваемой через специальные отверстия в ребрах индуктора. Такая термообработка рельсов позволяет повысить их качество и увеличить срок службы.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Теория, конструкции и расчеты металлургических печей: учебное пособие: в 2 т./ В. А. Кривандин, Филимонов Ю. П.; под. ред. В. А. Кривандина. – М.: Металлургия, 1978. – Т. 1. – 360 с.

2. Металлургические печи: учебное пособие/ В. А. Кривандин, Б. Л. Марков; под. ред. В. А. Кривандина. – М.: Металлургия, 1977. – 464 с.

3. Гусовский, В. Л. Методики расчета нагревательных и термических печей: Учеб. – справ. пособие/ В. Л. Гусовский, А. Е. Лифшиц. – М.: Теплотехник, 2004. – 395 с.

4. Расчет нагревательных и термических печей./ С. Б. Василькова, М. М. Генкина, В. Л. Гусовский и др.; под. ред. В. М. Тымчака, В. Л. Гусовского. – М.: Металлургия, 1983. – 480 с.

5. Огнеупоры для нагревательных и термических печей: Справ./ М. Г. Ладыгичев, В. Л. Гусовский, И. Д. Кащеев; под. ред. И. Д. Кащеева. – М.: Теплоэнергетик, 2002. – 231 с.

6. Горелочные устройства промышленных печей и топок: конструкции и технические характеристики: Справ./ А. А. Винтовкин, М. Г. Ладыгичев, В. Л. Гусовский, Т. В. Калинова. – М.: Интермет инжиниринг, 1999. – 552 с.

7. Современные нагревательные и термические печи: Конструкции и технические характеристики: Справ./В. Л. Гусовский, М. Г. Ладыгичев, А. Б. Усачев; под ред. А. Б. Усачева. – М.: Машиностроение, 2001. – 655 с.

8. Аксельруд, Л. Г. Нагревательные колодцы/ Л. Г. Аксельруд, И. И. Сухов, В. М. Тымчак. – М.: Металлургиздат, 1962. – 234 с.

9. Свинолобов, Н. П. Печи черной металлургии: Учеб. пособие для металлург. специальностей вузов/Н. П. Свинолобов, В. Л. Бровкин. – 2-ое изд., доп. и перераб. – Днепропетровск: Пороги, 2004. – 154 с.

10. Белов, В. С. Высокотемпературные секционные печи. – М.: Металлургия, 1977. – 103 с.

ОГЛАВЛЕНИЕ

1. Нагрев металла.......................................................................................................3

2. Топливо и его горение...........................................................................................9

3. Общая классификация нагревательных печей и режимов их работы............16

4. Огнеупорные материалы и металлы для строительства печей.......................21

4.1. Огнеупорные материалы..............................................................................22

4.2. Теплоизоляционные материалы...................................................................25

4.3. Огнеупорные растворы и обмазки...............................................................26

4.4. Металлы, применяемые в печестроении.....................................................26

5. Устройства для сжигания топлива.....................................................................27

5.1. Устройства для сжигания газа......................................................................28

5.1.1. Горелки, применяемые при равномерно-распределенном и

прямом радиационных режимах работы печи................................................29

5.1.2. Горелки, применяемые при косвенном радиационном режиме

работы печи........................................................................................................33

5.2. Устройства для сжигания жидкого топлива...............................................36

5.3. Радиантные трубы.........................................................................................38

6. Устройства для утилизации тепла отходящих дымовых газов.......................39

6.1. Металлические рекуператоры......................................................................44

6.1.1. Конвективные рекуператоры..................................................................45

6.1.2. Радиационные и комбинированные рекуператоры..............................46

6.2. Керамические рекуператоры........................................................................47

7. Нагревательные и термические топливные печи.............................................50

7.1. Нагревательные колодцы..............................................................................52

7.1.1. Регенеративные колодцы........................................................................53

7.1.2. Рекуперативные колодцы........................................................................54

7.2. Камерные печи...............................................................................................57

7.3. Печи для нагрева блюмов, слябов, заготовок.............................................58

7.3.1. Толкательные методические печи..........................................................59

7.3.2. Печи с шагающим подом и шагающими балками................................63

7.3.3. Печи с роликовым подом........................................................................65

7.3.4. Печи с вращающимся подом..................................................................66

7.4. Секционные печи...........................................................................................68

7.5. Колпаковые печи...........................................................................................69

7.6. Протяжные печи для термической и термомеханической обработки

тонкой стальной ленты и жести..........................................................................71

8. Электрические нагревательные и термические печи......................................73

8.1. Методы генерации тепла за счет электрической энергии.........................74

8.2. Печи сопротивления.....................................................................................76

8.2.1. Электрические нагревательные колодцы.............................................79

8.2.2. Колпаковые электрические печи...........................................................80

8.3. Индукционные нагревательные печи..........................................................81

Библиографический список....................................................................................84