6. Нагрев слитков металлов

6.1. Общие сведения

В технологии изготовления изделий из металлов их нагрев осуществляется в основном для повышения пластических свойств металлов перед обработкой давлением. Нагрев металла осуществляют также при его термической обработке с целью изменения структуры и свойств металла и улучшения его качества.

Средства нагрева слитков металлов различают по роду используемого теплоносителя (топливо либо электроэнергия), по конструкции и режиму работы оборудования.

В качестве топлива для нагрева металлов в основном используется природный газ и в меньшей степени мазут. По виду (принципу нагрева) средства нагрева можно разделить на две основные группы: печи и непечные установки.

При печном нагреве в обычной атмосфере поверхностный слой слитков или изделий из металлов существенно окисляется, а слитков и изделий из черных металлов кроме того обезуглероживается. В тех случаях, когда это нежелательно или недопустимо, нагрев ведут, поддерживая в рабочем пространстве печи искусственную атмосферу или вакуум (в электропечах).

Основные размеры рабочего пространства нагревательных печей и номинальные температуры регламентированы ГОСТ 11995-66 "Печи промышленные для нагрева и термической обработки". Ширина (диаметр) рабочего пространства печей указанных типов должны соответствовать следующему ряду, мм: 100, 120(150), 160, 200, 250(300), 320, 400(450) и т.д., а после 8000 далее через 1000мм. Длина и высота рабочего пространства печей выбирается из этого же ряда.

Номинальная температура этих печей должна соответствовать следующему ряду, ^оС: 100, 200(250), 350(400), 500, 600 и далее через 50 до 1600.

К непечным средствам нагрева относят: установки прямого (контактного) электронагрева, индукционные установки и установки для нагрева открытым пламенем.

Принят единый принцип образования индекса печей, состоящего из буквенного и цифрового обозначения, раскрывающего параметры и размерную характеристику данного типоразмера. Перед индексом указывается наименование оборудования: электропечь, установка индукционная, печь нагревательная на газе (мазуте) и т.д. В буквенной части индекса число букв не превышает 3(4). Размерную характеристику отражает следующая за буквенной цифровая часть индекса (1-4 группы шифр), отделяемая от предыдущей части дефисом ("-"). В отдельных случаях могут быть дополнительные буквы или цифры, обозначающие те или иные дополнительные признаки. Размеры рабочего пространства указываются округленно в дм, а температура в сотнях ^оС. Первая буква в индексах электропечей указывает вид нагрева, а в пламенных печах – назначение печи. Вторая буква указывает основной конструктивный признак печи. Третья буква указывает характер среды в рабочем пространстве. Четвертая – отдельные особенности. Первая группа цифр после буквенной части индекса указывает ширину, длину и высоту рабочего пространства печи, а после нее через косую черту указывается предельная рабочая температура.

Примеры индексации нагревательных печей

Печь нагревательная на газе НУО-10.50.7/13-Г: Н – нагревательная пламенная; У - методическая кузнечная; О – обычная (окислительная) атмосфера. Размеры рабочего пространства, мм: ширина 1044, длина 4988, высота 720. Максимальная температура нагрева заготовок 1300^оС. Топливо – газ (Г).

Камерная электропечь сопротивления СНЗ-5.6,5.2/13: С – электропечь сопротивления, Н – камерная периодического действия, З – искусственная (защитная) атмосфера. Размеры рабочего пространства, мм: ширина 500, длина 650, высота 200. Максимальная температура нагрева 1300^оС. Нагреватели карборундовые.

Классифицируют нагревательные печи по нескольким критериям (признакам):

по источнику тепловой энергии (жидкое или газообразное топливо или электроэнергия):

по принципу действия (периодического или непрерывного действия);

по конструкции, способу и степени механизации (камерные, муфельные, шахтные, толкательные, конвейерные и т.д.);

по использованию различных сред (с неконтролируемой и контролируемой атмосферой, вакуумные, с расплавами солей).

Технология нагрева слитков металлов включает в себя три основные операции: подачу (загрузку) слитка в рабочее пространство печи; собственно нагрев; выгрузку нагретого металла из печи. Первая и последняя операции могут выполняться вручную для небольших слитков и при малом масштабе производства либо механизированным и автоматизированным способами.

Что касается нагрева металла, то его продолжительность зависит от температуры нагрева и возможной скорости нагрева, которая зависит как от характера нагреваемого материала, так и от средства нагрева. Для уменьшения времени нагрева и, следовательно, затрат на нагрев его следует вести по возможности быстро, но так, чтобы не имели место чрезмерные внутренние напряжения в слитке из-за большой разности температуры поверхности и середины слитка, что может привести к его деформации и появлению трещин.