Второй учебный вопрос. Основные типы нагревательных устройств

Виды нагревательных устройств. Устройства для нагрева заготовок перед ОМД разделяют на нагревательные печи и электронагреватели. Первые чаще используют для нагрева слитков, крупных и средних заготовок. Электронагревательные устройства наряду с печами применяют для нагрева мелких и средних заготовок.

Типы нагревательных печей. Нагревательные печи по источнику тепла называют пламенными. В пламенных печах тепло образуется при сгорании жидкого (мазута) или газообразного топлива. По принципу действия различают печи камерные и методические.

Камерные печи бывают переносными (для нагрева заготовок диаметром до 150 мм) и стационарными.

Рабочее пространство печи (камера), выложенное огнеупорным кирпичом, нагревается при сжигании топлива и имеет одинаковую температуру. Заготовки, устанавливаемые на под печи, загружаются и выгружаются через окно. Продукты сгорания отводятся через дымоход и используются для нагрева до 200…300 С поступающего в печь воздуха, что повышает КПД печи.

Печи для нагрева крупных заготовок оборудуют различными устройствами, облегчающими загрузку и выгрузку. Используют печи с толкателями, карусельные, конвейерные, с выдвижным подом.

Разновидностью камерных печей являются нагревательные колодцы, которые применяют для нагрева крупных слитков при прокатке и ковке. В них заготовки располагаются вертикально и загружаются сверху краном.

Методические печи предназначены для нагрева крупных заготовок под прокатку и в крупносерийном производстве. Печи характеризуются большой протяженностью (8…22 м) и наличием трех зон с различной температурой. Заготовки 1 (рис.3), перемещаясь навстречу горячим газам вдоль печи, проходят зоны подогрева I (600…800 С), максимального нагрева II (1350 С), где происходит основное сгорание топлива с помощью форсунок или горелок 2, и зону выдержки III (1200…1300 С), в которой выравнивается температура по сечению заготовки. Продукты сгорания с температурой 700 С направляются в рекуператоры для подогрева воздуха. Заготовки с помощью толкателя 6 проталкиваются через печь по охлаждаемым водой направляющим трубам 7 и выгружаются через окно 8.

Печи для нагрева заготовок диаметром до 120 мм имеют две зоны нагрева (600…700 С и 1250…1300 С) и называются полуметодическими.

Электрические нагревательные устройства. В электрических печах тепло образуется при прохождении тока через металлические или карборундовые сопротивления, вмонтированные в стенках нагревательной камеры. Они используются преимущественно для нагрева цветных сплавов.

Индукционный нагрев основан на возникновении в заготовке, помещенной в переменное электромагнитное поле, вихревых токов. Вследствие поверхностного эффекта (скин-эффекта) с ростом частоты тока толщина поверхностного слоя, в котором индуцируются вихревые токи и происходит нагрев, уменьшается. Поэтому при нагреве заготовок диаметром до 150 мм используется частота 500…8000 Гц, а для больших заготовок  50 Гц. Индуктор в виде многовиткового соленоида по диаметру заготовки выполняют из медной трубки, охлаждаемой водой.

Электроконтактный нагрев, основан на выделении тепла при прохождении тока через заготовку (по закону ДжоуляЛенца), применяют при нагревании стальных заготовок диаметром до 75 мм. Используемое напряжение  5…15 В, сила тока  до 5000 А. Концы заготовок, зажатые между медными токоподводящими контактами, нагреваются на 200…300 С ниже средней части. Поэтому данный метод рационально использовать для нагрева стальных заготовок постоянного сечения и значительной длины.

Скорость электронагрева в 8…10 раз выше, а интенсивность образования окалины в 4…5 раз меньше, чем при нагреве в печах.

Вывод: Выбор оптимального температурного режима нагрева заготовок при горячей ОМД является очень важным параметром, т.к. значительно влияет и на структуру металла и технологические параметры работы оборудования.