Технологическая печь для тепловой обработки материалов и изделий

 

Изобретение относится к камерным или проходным печам с защитной или воздушной атмосферой. Технологическая печь может быть использована для тепловой обработки материалов и изделий в интервале температур 300 - 1100^oС в машиностроительной, металлургической промышленности и других отраслях производства. Цель изобретения - расширение технологических возможностей, снижение энергозатрат, упрощение изготовления свода и боковых стен печи. Печь содержит несущий каркас, выполненный из пустотелых металлических элементов, внутренняя поверхность которых заполнена тепловолокнистой изоляцией. К элементам каркаса печи жестко и герметично присоединены плоские излучающие модули, установленные в печи с шагом S = (B + L)/B, где B - ширина модуля; L - расстояние между торцами модуля, равное 1,2 - 1,3. В торцовой стенке печи выполнено загрузочно-разгрузочное окно. Для загрузки и выгрузки из печи изделий установлен стол. Загрузочно-разгрузочное окно уплотнено дверкой. В своде печи установлен вентилятор для перемешивания защитной атмосферы. На поде печи выполнены направляющие, служащие для установки поддонов. 2 з. п. ф-лы, 3 ил., 1 табл.

Изобретение относится к камерным или проходным печам с защитной или воздушной атмосферой, используемым для тепловой обработки материалов и изделий в широком диапазоне рабочих температур от 300 до 1100^оС в машиностроительной, металлургической промышленности и других отраслях производства.

Известна проходная муфельная печь с контролируемой атмосферой (а.с. СССР N 866379, кл. F 27 B 5/16; 9/26, 1981), которая состоит из нагревательной камеры, выполненной из теплоизоляционного материала, внутри которой установлены нагреватели, расположенные группами, образующими температурные зоны, металлического муфеля, выполненного из жаропрочного материала, системы ввода технологического газа в муфель, выполненной в виде распределительного коллектора с отверстиями.

Недостатками этой печи являются громоздкость ее элементов, сложность изготовления и ненадежность в эксплуатации. Конструкция печи отличается высокой материалоемкостью и инерционностью. Тепло от нагревателей к садке передается через экран (муфель), что снижает тепловую мощность печи и приводит к перерасходу топлива, производительность печи невелика, так как с увеличением габаритов муфеля снижается надежность печи. В промышленности такие печи не нашли применения.

В качестве прототипа выбрана однокамерная печь многоцелевого назначения с контролируемой атмосферой, обогреваемая газовыми радиационными трубами фирмы "Ипсен" серии KR, содержащая газоплотный металлический каркас, теплоограждающие стены, свод и под, выполненные из огнеупорного кирпича, керамический муфель, радиационные нагревательные трубы газовые (электрические), установленные вертикально в печи между боковыми теплоограждающими стенами и муфелем, уплотнительные дверки, направляющие для загрузки и выгрузки садки, вентилятор для перемешивания защитной атмосферы в печи, коммуникации для подвода воздуха, топлива в нагреватели, отвода продуктов сгорания. Печь, выбранная в качестве прототипа, является многоцелевой и отличается высокой механизацией и автоматизацией процессов, однако она имеет существенные недостатки. Конструкция печи отличается сложностью, высокой материало- и металлоемкостью, которая определяет ее высокую тепловую инерционность. При изготовлении печи требуется большое количество фасонных огнеупоров и выполнение в значительном объеме футеровочных работ, применение громоздкого муфеля. Для обогрева печи используются дорогостоящие трубчатые радиационные нагреватели. В связи с тем, что теплота от продуктов сгорания передается садке через две экранирующие стенки (корпус трубчатого нагревателя и муфель) тепловая эффективность и удельная производительность печи весьма низкие.

В настоящее время одной из актуальных народно-хозяйственных задач является создание высокоэффективных технологических печей многоцелевого назначения, способных с высоким экономическим эффектом заменить малоэффективные действующие на заводах печи. Для создания таких печей требуются новые подходы и концепции в проектировании и изготовлении печей.

Целью изобретения является расширение технологических возможностей, снижение энергозатрат и упрощение изготовления.

Цель достигается тем, что в технологической печи для тепловой обработки материалов и изделий, преимущественно в защитной атмосфере, содержащей рабочую камеру, ограниченную несущим каркасом, теплоизолирующие боковые стенки, свод, под, дверку, нагревающие элементы, теплоизолирующие боковые стены, свод выполнены в виде плоских излучающих модулей, жестко закрепленных на каркасе печи в один или несколько рядов по высоте, длине и ширине печи с относительным шагом S (B + L)/B, равным 1,20-1,30.

Дополнительными отличительными признаками являются следующие: несущий каркас печи выполнен из соединенных между собой металлических пустотелых элементов, заполненных волокнистой теплоизоляцией, на внешней стороне каждого элемента по всей длине выполнена щель, перекрытая съемным изогнутым упругим металлическим листом; дверка выполнена в виде плоского излучающего модуля, прикрепленного к каркасу печи.

На фиг. 1 показана схема предлагаемой технологической печи, продольный разрез; на фиг. 2 сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 узел I на фиг. 2.

Предлагаемая технологическая печь для тепловой обработки материалов и изделий, преимущественно в защитной атмосфере, содержит рабочую камеру, ограниченную несущим каркасом, выполненным из соединенных между собой металлических пустотелых элементов 1, заполненных волокнистой теплоизоляцией 2. На внешней стороне каждого элемента 1 каркаса печи по всей длине выполнена щель, перекрытая съемным изогнутым упругим металлическим листом 3. К элементам 1 каркаса печи жестко и герметично прикреплены плоские излучающие модули 4, установленные с относительным шагом, равным 1,2-1,3, выполняющие одновременно роль нагревателей, а в случае необходимости охладителей и теплоизоляционных панелей, загрузочно-разгрузочное окно 5, выполненное в торцовой стенке печи, стол 6 для загрузки в печь и выгрузки из печи изделий, размещенный перед загрузочно-разгрузочным окном 5 и жестко присоединенный к каркасу печи. Загрузочно-разгрузочное окно 5 уплотнено дверкой 7, выполненной в виде плоского излучающего модуля, прикрепленного к каркасу печи. В своде печи установлен вентилятор 8 для перемешивания защитной атмосферы. На поде печи 9 расположены направляющие 10 из жаропрочной стали, служащие для установки поддонов 11, для размещения садки. Каждый плоский излучающий модуль 4 оборудован горелкой 12 с патрубком 13 для подвода газа, а патрубком 14 для подвода воздуха и патрубком 15 для удаления уходящих продуктов сгорания.

В процессе испытаний технологической печи предлагаемой конструкции было установлено, что совокупность отличительных признаков заявляемой технологической печи позволяет интенсифицировать процесс теплообмена в печи, обеспечивает равномерность нагрева, сокращает время нагрева (охлаждения) садки до заданной технологической температуры, резко снижает объем футеровочных работ, снижает материалоемкость и уменьшает энергозатраты на нагрев садки, упрощает технологию изготовления, монтажа и ремонта печей.

Опытный образец печи предлагаемой конструкции прошел испытания на экспериментальной базе Института газа АН УССР.

В таблице приведены основные теплотехнические и эксплуатационные характеристики печи, полученные при различном относительном шаге (S (B + L) /B) расположения нагревателей по длине, ширине и высоте печи, где S относительный шаг расположения модулей при установке их на печи; B ширина (высота) модуля; L расстояние между торцами модулей.

Из таблицы видно, что при относительном шаге ниже заявленного предела улучшаются условия нагрева садки за счет более высокой равномерности нагрева, снижаются затраты на изготовление и монтаж печи за счет уменьшения габаритов печи, однако при этом увеличиваются потери теплоты через теплоограждающие стенки печи, так как в этом случае сечение элементов каркаса печи, заполненных волокнистой теплоизоляцией, уменьшается и, следовательно, снижаются теплоизоляционные способности теплоограждающих элементов, кроме того снижается надежность несущего каркаса печи. С увеличением потерь теплоты через теплоограждающие элементы печи увеличивается время нагрева и снижается время охлаждения садки до заданной температуры. При относительном шаге между модулями выше заявленного предела ухудшаются условия нагрева садки из-за увеличения перепада температур на поверхности садки, увеличивается время нагрева и охлаждения садки до заданной температуры, так как увеличиваются потери теплоты через теплоограждающие элементы печи, увеличиваются затраты на изготовление и монтаж печи. Таким образом в заявляемых пределах относительный шаг расположения плоских излучающих модулей по высоте, длине и ширине печи S (B + L) /B 1,2-1,3 является оптимальным, так как в этом случае достигаются снижение энергозатрат, повышение удельной производительности при тепловой обработке изделий, более высокая равномерность нагрева садки по высоте, ширине и длине, снижаются затраты на изготовление и монтаж печи.

Работа технологической печи предлагаемой конструкции заключается в следующем. Садку устанавливают на разгрузочно-загрузочный стол 6, с которого через загрузочно-разгрузочное окно 5 перемещают на поддон 11, размещенный на направляющих 10, установленных на поде печи. После загрузки садки плотно закрывают загрузочно-разгрузочное окно 5 печи дверкой 7, заполняют рабочее пространство печи защитной атмосферой и включают вентилятор 8 для перемешивания защитной атмосферы, затем включаются нагреватели плоские излучающие модули 4. С излучающей поверхности модулей, обращенной непосредственно в рабочее пространство печи, теплота излучением передается на тепловоспринимающую поверхность садки. В горелки 12 нагревателей-модулей 4 газ подается через патрубки 13, а воздух через патрубки 14, продукты сгорания отводятся через патрубки 15.

После нагрева садки уменьшают подачу газа и воздуха в нагреватели, отключают подачу защитной атмосферы в печь, открывают дверку 7 и выгружают садку на загрузочно-разгрузочный стол 6.

Формула изобретения

1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ПЕЧЬ ДЛЯ ТЕПЛОВОЙ ОБРАБОТКИ МАТЕРИАЛОВ И ИЗДЕЛИЙ преимущественно в защитной атмосфере, содержащая рабочую камеру, ограниченную несущим каркасом, теплоизолирующие боковые стенки, свод, под, дверку, нагревающие элементы, отличающаяся тем, что, с целью расширения технологических возможностей, снижения энергозатрат, упрощения изготовления, теплоизолирующие боковые стены, свод выполнены в виде плоских излучающих модулей, жестко закрепленных на каркасе печи в один или несколько рядов по высоте, длине и ширине печи с относительным шагом S = (B + L)/B, равным 1,20 - 1,30, где B - ширина (высота) модуля, L - расстояние между торцами модулей, а нагревающие элементы размещены в модуле.

2. Печь по п.1, отличающаяся тем, что несущий каркас печи выполнен из соединенных между собой металлических пустотелых элементов, заполненных волокнистой теплоизоляцией, на внешней стороне каждого элемента по всей длине выполнена щель, перекрытая съемным изогнутым упругим металлическим листом.

3. Печь по п.1, отличающаяся тем, что дверка выполнена в виде плоского излучающего модуля, прикрепленного к каркасу печи.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4