3.2.2. Способы нагрева и нагревательные устройства

Часто используются пламенный и бесокислительные способы нагрева.

Пламенный нагрев. Пламенные печи чаще используют для нагрева слитков и крупных заготовок. При пламенном нагреве используются печи, в рабочем пространстве которой сгорает топливо и отходящие газы нагревают заготовку. Могут также использоваться горны, колодцы. Горны отличаются от нагревательных печей небольшими размерами, отапливаются каменным углем или коксом, металл нагревается в них при непосредственном контакте. Горны находят ограниченное применение, т. к. они малопроизводительны. В них трудно создать равномерный нагре и они применяются для нагрева мелких деталей. Пламенные печи работают на мазуте и газе. Таким образом, по виду использования топлива печи делятся на мазутные и газовые. При пламенном нагреве на поверхности заготовки образуется окалина как результат окисления металла кислородом воздуха. Потеря металла в результате окисления называется угаром и достигает до 3 % за один нагрев.

Безокислительный нагрев. Применяют следующие способы безокислительного нагрева.

1. Нагрев в ваннах с расплавленной смесью солей. Применяют для мелких заготовок до 1050^оС.

2. Нагрев с образованием защитных пленок на поверхности заготовок. применяют до 980^ОС при покрытии пленкой окисла лития.

3. Нагрев в расплавленной стекломассе. Применяется до 1300 ^оС.

4. Нагрев в муфельных печах, заполненных защитным газом.

В качестве нагревательных устройств применяются печи и нагревательные установки.

Нагревательные устройства. По характеру распределения температур и способу загрузки металла печи делятся на камерные и методические.

В камерных печах (рис. 3.8) металл загружается периодически и все его количество нагревается одновременно. Эти печи применяются в мелкосерийном производстве вв иду их универсальности и для нагрева очень крупных заготовок массой до 300 т.Камерные печи – неэкономичны, т. к. очень большое количество тепла теряется с отходящими газами, температура которых не ниже температуры нагрева металл и доходит до 1150…1200 ^оС.

Рис. 3.8 Схема камерной печи: 1-горелка; 2- заготовки; 3- загрузочно-разгрузочное окно,

закрытое дверцей 4

Значительно экономичнее методические печи (рис. 3.9). Они применяются в крупносерийном штамповочном и прокатном производстве. Рабочее пространство печи имеет несколько зон: например, зону нагрева I, зону с максимальной температурой II, зону выдержки III. Заготовка 2 проталкивается толкателем 5 через загрузочное окно. Далее заготовки сами проталкивают друг друга по поду 1 печи и после полного цикла нагрева выгружаются через окно выгрузки 4.

Рис. 3.9 Схема методической печи: 1-под; 2-заготовка; 3-горелка;

4-окно для выгрузки; 5- толкатель; I. Зона подогрева (600-800 ^оС); II.

Зона максимальной температуры ( 1200-1350 ^оС); III. Зона выдержки.

В зоне выдержки Ш происходит выравнивание температуры по сечению заготовки.

Горячие газы, поступающие в зону нагрева через горелки 3 движутся навстречу перемещающимся заготовкам, что обеспечивает высокую эффективность нагрева.

Электрический нагрев. Различают печи косвенного нагрева, прямого (контактного ) электронагрева и идукционные нагревательные устройства.

Камерные электропечи сопротивления (косвенный нагрев) применяются в промышленности для нагрева мелких заготовок. Металл в электропечах нагревается за счет тепла, выделяющегося при прохождении электротока по спиралям из жаростойких металлов с большим сопротивлением. Электрический нагрев дает незначительную окалину. Их конструкция аналогична пламенным камерным печам, но вместо форсунок или горелок и спользуют металлические или керамические нагреватели. Для нагрева до 1150^ОС в качестве материала нагревателей используется сплав нихром марки Х20Н80.

Контактный нагрев (рис.3.10) основан на (законе Джоуля – Ленца) свойстве электрического тока выделять тепло при прохождении тока до 10000 А через проводник (заготовку). Достоинства: небольшой расход электрической энергии, быстрота, хорошее качество. Таким способом можно нагревать заготовки до 75 мм.

Рис. 3.10 Схема контактного (прямого) нагрева: 1- трансформатор; 2- клеммовые зажимы; 3 - заготовка

Рис. 3.11 Схема индукционного нагрева:

1- индуктор; 2- заготовка; 3- толкатель

Индукционный нагрев (рис.3.11). При индукционном нагреве заготовка помещается внутри катушки 1(индуктора, изготовленного из медной трубки, по которой для охлаждения протекает холодная вода). По катушке пропускается ток, который создает электромагнитное поле и появляющееся при этом в заготовке 2 вихревые токи нагревают ее.

Достоинства: большая скорость и равномерность, отсутствие окалины, нагрев заготовок любой формы. Недостаток: сложность и дороговизна оборудования, большой расход электроэнергии.

Процессы обработки металлов давлением с предварительным подогревом, в которых полностью успевает произойти процесс рекристаллизации и отсутствуют признаки упрочнения, принято называть «горячими».