Трубчатые печи нпз конструкция, характеристики, принцип работы

Производители

Купить такое оборудование лучше у официальных дилеров или заказать прямую поставку от завода изготовителя. Не советуем обращаться к непроверенным продавцам, предлагающих дорогостоящую технику в полцены, такая покупка может обернуться напрасной тратой денег.

Приведем несколько компаний производителей, одних из лидеров рынка такого оборудования:

питерская компания «Nabertherm» выпускает компактную технику для лабораторий и домашних мастерских, являющуюся оптимальным решением по соотношению цены и качества;
компания «Borel» производит прочные и производительные агрегаты для различных областей применения;
печи для специальных исследований от фирмы «THERMCONCEPT Dr. Fischer GmbH & Co. KG» из Германии. Официальный дистрибьютор – компания «THERMCONCEPT» осуществит подбор, доставку и монтаж промышленного оборудования;
универсальная трубчатая печь «SNOL 0,3/1250» как и вся техника этого производителя выполняет целый спектр термической обработки материалов в лабораторных и промышленных масштабах.

Оборудование для термообработки: камерные печи

Камерные печи представляют собой устройства, имеющие 1 или несколько рабочих камер. Такие конструкции размером меньше шахтных печей, поэтому с их помощью перерабатывают мелкие или среднеразмерные металлы различными перерабатывающими технологиями. Применение данных камерных печей может быть:

Самостоятельным.
Автоматизированным.

Последний состоит из 2-3 термопечей, закалочного блока, камер мойки, отпуска и охлаждения. Иногда (дополнительно) применяются барокамеры холода, снижающие остаточный после закалочный аустенит. В процессе переработки металла, сырьё должно перемещаться из камеры в камеру, чего невозможно добиться вручную и не нарушая вакуумную среду. Для удобства эксплуатации, камерные печи оснащены специальной погрузочно-транспортной системой, самостоятельно перемещающей металлы между камерами, не снижая качество переработки сырья.

Устройство и принцип работы трубчатой печи

Трубчатые печи применяют для разогрева сырья и для получения различных химических реакций под действием высоких температур.

Печи применяют для получения температуры, что нельзя достичь, применяя пар. В большинстве случаев трубчатые печи закупают для нефтехимической промышленности с целью получить реакционные превращения нефтепродуктов.

Также часто использует оборудование на химических производствах. Трубчатую печь разработали русские инженеры Шухов и Гаврилов. На современном рынке имеется большое многообразие видов и конструкций, но несмотря на разные устройства трубчатых печей, во всех имеются основные, неизменные элементы:

рабочая камера;
огнеупорная футеровка;
змеевик;
горелка, куда помещается топливо для сгорания;
дымовая труба.

Принцип работы печи основан на сжигании газа или мазута при помощи горелки, расположенной на стенках камеры или поду радиационной камеры. Сгоревшие газы после поступают в камеру конвекции, далее направляются по дымоходной трубе в атмосферу. Полученный продукт по нескольким (или одному) потокам проходит в трубы змеевика, перемещается через трубы экранов в камере радиации, и, после нагрева до нужной температуры, выходит из печи.

Главный технологический приём, ведущий к получению целевого продукта – высокое тепловое воздействие на исходный материал, помещенный в рабочую секцию. Важная часть оборудования – радиационный отсек. Это своеобразная камера сгорания. Передача тепла осуществляется с помощью излучения, полученная высокой температурой газов. Тепло, которое образуется в результате горения продукта, – первичное. Это основной источник тепла, поглощаемый в радиационной секции. В результате создается поглощающая поверхность.

Двухскатная двухкамерная трубчатая печь (поперечный разрез)

Футеровка образует отражающую поверхность, которая в теории не должна поглощать тепло, переданное через печь – тепло переходит излучением прямо на змеевик. Только 80% получаемого тепла направляется в камеру радиации, всё остальное – в конвективную секцию.

Конвекционная камера предназначена для применения физического тепла сгораемого продукта. Температура составляет около 900 градусов по Цельсию.

Разогретое углеродное сырье сначала перемещается в змеевик, расположенный внутри конвекционной камеры, а после направляется в печные змеевики камеры радиации. Благодаря использованию противоточного движения, можно в полной мере использовать тепло, полученное при результате сжигания.

Назначение термической обработки

Термическая обработка стали проводится при температурах, приближенных к критическим точкам . Здесь происходит:

вторичная кристаллизация сплава;
переход гамма железа в состояние альфа железа;
переход крупных частиц в пластинки.

Внутренняя структура двухфазной смеси напрямую влияет на эксплуатационные качества и легкость обработки.

Образование структур в зависимости от интенсивности охлаждения

Основное назначение термической обработки — это придание сталям:

В готовых изделиях:
1. прочности;
износостойкости;
коррозионностойкость;
термостойкости.

В заготовках:
1. снятие внутренних напряжений после литья;
штамповки (горячей, холодной);
глубокой вытяжки;

увеличение пластичности;
облегчение обработки резанием.

Термическая обработка применяется к следующим типам сталей:

Углеродистым и легированным.
С различным содержанием углерода, от низкоуглеродистых 0,25% до высокоуглеродистых 0,7%.
Конструкционным, специальным, инструментальным.
Любого качества.

Историческая справка

Первые упоминания о термической обработке металлов появились в далеком прошлом. В Средневековье кузнецы отправляли заготовки для оружия в специальные печи, а затем остужали их водой.

После этого начинался цикл равномерного разогрева, который занимал до 20 часов. Дальше разогретый металл подвергался ковке с получением требуемой формы.

В середине XIX в. металлург из Российской империи Д.К. Чернов опубликовал статью, в которой указал, что при нагревании металлических сплавов происходит изменение их технических характеристик. Ему присвоили звание автора новой науки — материаловедения.

Особенности эксплуатации

Схема эксплуатации печи выглядит следующим образом:

Пуск.
Наладка.
Поддержание режима работы.
Остановка.
Проведение ремонта.

Пуск осуществляется только после того, как специалисты проводят тщательную проверку всего оборудования. Печь готова к эксплуатации в случае, если:

Монтажные работы полностью завершены.
Проведены гидравлические испытания змеевика и всех вращающихся вдоль печи труб.
Параметры герметичности их прочность устройства совпадают с регламентом.
Футеровка печи полностью высушена, и все элементы в исправном состоянии.
Проверена система автоматизации и блокировки.

Пуск осуществляется в установленной последовательности:

Проверяется исправность всего оборудования и контрольно-измерительных приборов, установленных на печи, а также топливо, подходящее по инструкции.
Шибер находится в открытом состоянии.
Все люки плотно закрываются и продуваются водяным паром в течение 20 минут.
Топливная система подготавливается к работе.
Насосы настраивают в работоспособное состояние, чтобы отладить расход потоков выше минимальных значений.
Пламя форсунок зажигается, топливо подается.
Идёт контроль за устойчивостью горения. Если горелки тухнут, то их запускают снова.

Чтобы произвести поддержание оборудования в нормальном режиме, необходимо постепенно повышать температуру горения. Скорость нагрева не должна превышать 50 градусов в час. Также во время наладки постепенно увеличивают количество работающих горелок. Если необходимо – повышают нагрузку. После достижения необходимых параметров начинается ввод в нормальный режим эксплуатации.

Пуск трубчатых печей осуществляется только после того, как специалисты проводят тщательную проверку всего оборудования

Остановка может быть аварийной или нормальной. Аварийная осуществляется, если происходит сгорание труб, или прекращается подача сырья.

Нормальная остановка выглядит следующим образом:

Отключаются горелки, пока температура не понизится до 60 градусов.
Когда необходимая температура будет достигнута, отключают насос, закрывают задвижки.
При снижении давления в змеевике, ниже давления водяного пара, его подают в змеевик и оставляют на несколько часов, пока нужная концентрация углеводородной смеси не придет в норму.

Ремонт осуществляется для бесперебойной работы оборудования в течение долгого времени. Для обеспечения ремонтных работ приглашается бригада специалистов. Своими силами не следует вскрывать и заменять составные части, поскольку это может привести к серьезным, опасным для жизни, последствиям.

https://youtube.com/watch?v=Mm-4Os5dLRs

Конструктивные элементы печи

Несмотря на большое многообразие типов и конструкций трубчатых печей, общими и основными элементами для них являются рабочая камера (радиация, конвекция), трубчатый змеевик, огнеупорная футеровка, оборудование для сжигания топлива (горелки), дымоход, дымовая труба.

а)	б)
в)
Конструкция однокамерной печи с наклонным сводом
а) – устройство печи: 1 – камера радиации, 2 – камера конвекции; 3 – дымоход (боров); 4 – трубный змеевик радиантной камеры, 5 – футеровка; 6– форсунка;
б) – схема потоков: 1 и 2 – вход и выход нагреваемого продукта, 3 – дымовые газы;
в) – общий вид печи.

В камере радиации (топочной камере) сжигается топливо (мазут или газ) с помощью горелок, расположенных на стенах или поду камеры радиации. В этой же камере размещена радиантная поверхность (экран), поглощающая лучистое тепло в основном за счет радиации. Поверхность футеровки радиационной секции создает так называемую отражающую поверхность, которая (теоретически) не поглощает тепла, переданного ей газовой средой печи, а только излучением передает его на трубчатый змеевик.

Змеевик трубчатой печи

В камере конвекции расположены конвекционные трубы, воспринимающие тепло при соприкосновении дымовых газов (газов сгорания из камеры радиации) с поверхностью нагрева путем конвекции. Затем эти газы сгорания направляются в дымоход и по дымовой трубе уходят в атмосферу.

Нагреваемый продукт в печи последовательно проходит через конвекционные и радиантные трубы, поглощая тепло, и нагретый до необходимой температуры выходит из печи . Обычно радиантная поверхность воспринимает большую часть тепла, выделяемого в печи при сгорании топлива. А противоточное движение сырья и продуктов сгорания топлива позволяет наиболее полно использовать тепло, полученное при сжигании топлива.

Футеровка печей — это конструкция из огнеупорных, кислотоупорных, теплоизоляционных и облицовочных материалов и изделий, ограждающая рабочую камеру, в которой протекают печные процессы, от взаимодействия с окружающей средой.

Футеровка предохраняет металлоконструкции печи, а также обслуживающий ее персонал от воздействия высоких температур и печной среды. Она обеспечивает необходимую газоплотность в рабочей камере печей, т. е. полную герметизацию при работе под высоким давлением, либо достаточную газоплотность при давлениях, близких к атмосферному.

Футеровка – один из основных конструктивных элементов печей, который дает возможность осуществления высокотемпературных термотехнологических и теплотехнических процессов в печной среде при наличии механических нагрузок с сохранением в течение длительного времени геометрической формы рабочей камеры, механической и строительной прочности.

Историческая справка

Шахтные печи для термической обработки

Шахтные печи для металлообработки широко используются в горной промышленности (на предприятиях крупного масштаба). Конструкции имеют различные величины функционирующих барокамер, в зависимости от выбранной модели печи. Их принято использовать для:

Цементации.
Отпуска.
Отжига.
Плавки металлов.

Шахтные печи широко востребованы во время работ, предусматривающих высокую точность технологических параметров и скорость переноса садки в закалочную среду. Монтаж шахт печей выполняют в кессоны или приямки. Небольшие барокамеры можно монтировать, прямо на пол. Если при данной установке печная высота не позволяет производить безопасное обслуживание, то на оптимальной высоте рабочей зоны устанавливается перекрытие. Для активизации печи используется 2 вида нагрева:

Электрический.
Газовый.

Си их помощью можно проводить термообработку в любой атмосфере: водородной, вакуумной, азотной, в воздухе. В большинстве случаев их применяют для отлива, отжига, переработки длинномерных узлов и деталей, проката, профиля, нормализации проволоки.

Особенностью печей данного типа, является наличие реторты, выполненной из нержавеющих сплавов. Часто проводится обработка сплавов на основании углерода (например: 18%Cr + 24%Ni + 2%Si). Содержание внутри них углеродистых сплавов напрямую зависит от максимальной нагрузки на под реторты. Если переработка материалов выполняется в агрессивных средах, то в сплавы добавляют ниобий. Для футеровки могут применяться 2 материала: кирпич и минеральная вата. Последний материал более популярен, ведь вата легкодоступна, удобна при демонтаже/монтаже, износоустойчива и обладает высокой теплопроводимостью.

Шахтные печи для термической обработки

Цементации.
Отпуска.
Отжига.
Плавки металлов.

Электрический.
Газовый.

Оборудование для термической обработки

Оборудование для термической обработки может иметь различные возможности, которые способствуют выполнению определенных процессов. Это касается максимальной температуры, создаваемой в ней, количества одновременно обрабатываемого материала, типа выполняемой обработки.

Оборудование для термической обработки на различных предприятиях представлено:

шахтными печами;
камерными печами;
печами с выдвижным подом;
вакуумными печами;
плавильными прессами;

Шахтные печи имеют высокую производительность и могут обрабатывать материалы, имеющие большие габариты. С их помощью можно производить термическую обработку для операции закалки, отжига, отпуска, нормализации цветных металлов. Применение оптимально для предприятий, которые не делают упор на точность проведения операций.

На сегодняшний день различными предприятиями выпускаются шахтные печи, которые имеют электрический и газовый нагрева. Установки данного типа могут применяться в эндогазовой, азотной, воздушной, вакуумной и водородной среде. Основным их применением является термообработка стальных элементов, которые имеют большие размеры. К ним относятся стальные детали и узлы, крупногабаритные отливки и поковки. Кроме этого производится их нормализация и прокат.

Камерные печи термообработки имеют меньшие габариты, поэтому используются для изменения свойств объектов небольших размеров. Установки данного типа имеют популярность на различных типах производств. Они могут использоваться как отдельно, так и вкупе с автоматизированными комплексами.

В состав комплекса оборудования для термической обработки могут входить:

нагревательные печи;
закалочный бак;
моечные камеры;
камеры отпуска;

Камеры отпуска в некоторых установках совмещаются емкостью для охлаждения, чтобы избегать отпускной хрупкости. Нередко используют камеры, в которых элементы обрабатываются холодом, это позволяет уменьшить остаточный аустенит. В состав автоматизированного комплекса может входить рельсовая транспортная система для погрузки и разгрузки.

Печи, имеющие выдвижной подол являются оптимальным инструментом бля термической обработки деталей или узлов, которые имеют крупные габариты. Для осуществления загрузки и выгрузки используют краны и кран-балки. Из недостатков можно отменить большую теплопотерю. Это происходит ввиду их габаритов. С их помощью производят аустенизацию, отжиг. Нередко используют для нагрева металла перед процедурой ковки. Для загрузки элементов могут использоваться небольшие манипуляторы и роботы. Рабочее пространство может нагреваться газовым и электрическим способом.

Немного истории

Еще в древние времена мастера кузнецких дел использовали самые примитивные методы закалки. Для этого раскаленный кусок железа погружали в воду, масло или вино. Но время шло, и вместе с опытом развивались и способы закаливания металла.

В начале XIX века хрупкий чугун помещали в емкость со льдом и засыпали сахаром. После процесса нагревания продолжавшегося в течение 20 часов, чугун становился мягким и легко поддавался ковке.

Середина XIX века знаменательна тем, что русский изобретатель металлург Д. К. Чернов совершил выдающееся открытие. Он установил, что при смене температуры металл изменяет свои свойства.

Дмитрий Константинович Чернов стал основоположником науки изучающей свойства металлов – материаловедения.

Оборудование для термообработки: камерные печи

Самостоятельным.
Автоматизированным.

Камерные печи

Данный вид агрегатов находит применение при обжиге керамики, фарфора, при подготовке (нагреве) металлических заготовок перед ковкой, прокатом, различных видах термообработки. При этом подвергающиеся обработке изделия неподвижны.

Они различаются по конструкции и подразделяются на вертикальные, колпаковые, ямные печи, с выдвижным подом, нагревательные колодцы и так далее. Температура внутри агрегата может быть постоянной или постепенно изменяться, обеспечивая равномерный нагрев (остывание) изделий. В качестве источника тепла может использоваться газ, жидкое топливо, электричество. Электрический источник питания обеспечивает более равномерный нагрев. Наибольшее распространение получили камерные печи с неподвижным подом. Их устанавливают в кузнечных цехах.

Плавильные печи для меди

Медь, медные сплавы, бронза, латунь можно расплавить во всех плавильных печах, где поддерживается температурный режим 1000 – 1300 °С. Однако предпочтительнее использовать индукционные плавильные печи, так как одна плавка в них не будет превышать 40 минут. Медь, которую сегодня используют в России, не отличается особой чистотой. Обычно она содержит следующие примеси: железо, никель, сурьма, мышьяк. Чистым металлом считается медь с содержанием примесей 1%.

Основное важное качество металла – это высокие показатели электропроводности и теплопроводности. Этим обуславливается невысокая температура для плавки

Температура плавки меди – 1084°С. Медь является достаточно гибким металлом, который широко используют в различных технических отраслях промышленности, вот некоторые ее особенности:

Плавить медь можно в открытой среде, в вакууме и в среде защитных газов;
В вакууме плавят медь для получения бескислородной меди, с возможностью понизить O (Oxygenium) кислород практический до нуля 0,001 %;
Основная шихта при получении бескислородной меди это катодные листы 99,95 %, перед тем как загрузить листы в печь необходимо их разрезать, промыть и просушить от электролита;
Футеровка плавильной печи выше уровня металла делают из магнезита;
Чтобы избежать окисления, плавка ведется с применением древесного угля, флюсов, стекла и других компонентов.

Устройство

Конструкция таких устройств аналогична со всеми нагревательными агрегатами, отличие только в цилиндрической форме топочного отсека. Для монтажа и изготовления печи понадобится:

для промышленной установки необходим отдельный фундамент, в его конструкции учитывается высокий уровень нагрева поверхностей. Лабораторные аппараты в такой конструкции не нуждаются,
наружный корпус агрегата. Это главная деталь, которая воспринимает нагрузку слоя футеровки, загружаемых деталей, различных устройств управления. Каркас собран на опорной раме, каждая стойка которой закреплена с помощью анкеров к основанию печи. Отдельные части корпуса соединяются с помощью ферм и шарниров, которые равномерно распределяют нагрузку от высоких температур и массы печи,
слой футеровки из огнеупорного шамотного кирпича, предохраняющий наружный корпус от высокого уровня нагрева и сохраняющий тепло в рабочем отсеке. На промышленных установках наружный слой футеровки закрывают теплоизоляционными листовыми материалами. Блоки слоя с маркировкой «А», «Б», «В» должны выдерживать температуру нагрева соответственно 17300, 16700, 15800. Для современных промышленных агрегатов допускается использование жаростойкого пенобетона,
устройство, отвечающее за уровень производительности агрегата – технологический змеевик. Его изготавливают из толстостенной горячекатаной бесшовной трубы. Это обусловлено условиями его работы в агрессивной среде с высоким уровнем нагрева. Горизонтальную конструкцию теплообменника крепят на кронштейнах или подвесах к основному каркасу печи. Вертикальная конвекционная конструкция заводится в специальные направляющие, где трубы заведены в отдельные отверстия,
нагревательные элементы предназначены для быстрого набора температуры в рабочей камере. Промышленные печи оснащаются разными видами горелок, работающими на газу или жидком топливе. Основная задача равномерное и быстрое распределение тепла по всей площади печи,
в качестве устройства, способствующего снижению потерь тепла, промышленные трубчатые агрегаты оснащаются утилизаторами тепловой энергии. Они нагревают поступающий воздух до температуры в 3000, благодаря чему значительно увеличивается производительность агрегата,
блок управления и безопасности. Используются различные термодатчики, которые управляют работой печи и препятствуют возникновению аварийных ситуаций,
система отвода отработанных газов в атмосферу по дымовой трубе, которая обеспечивает подачу кислорода в топку и выводит продукты горения.

Шахтные печи для термической обработки

Цементации.
Отпуска.
Отжига.
Плавки металлов.

Электрический.
Газовый.

Вакуумное оборудование для термообработки

Вакуумные печи – разновидность оборудования для термообработки. Они широко применяются для спекания материалов, пайки, плавки металлов. Особенностью вакуумных печей, является высокая технологическая точность. В качестве закалочных сред для термопечей, могут использоваться:

Масло.
Азот.
Воздух.
Гелий.

Для закалки сплавов, никогда не используют водяные баки. Они усложняют обработку слаболегированных и низкоуглеродистых материалов. Изнутри вакуумные камеры изготовлены из листового молибдена, а нагревательные ТЭНы из керамики, графита.

Максимальный порог значений вакуумного термооборудования:

Внутренний вакуум – 0,0005 мбар.
Давление охлаждения – 20 бар.
Температура — 1300ºС.

Данных параметров достаточно, чтобы провести высококачественную обработку практически всех известных металлов. Однако большинство из них требуют тщательной подготовки: обжига, сушки, обезжиривания, мойки. К недостаткам относится высокая стоимость конструкции, но только вакуумное оборудование способно очистить металлы от излишних газов и усовершенствовать качество сплава.

Вакуумные насосы

Вакуумные насосы – это техническое оборудование, предназначенное для откачивания газов и паров из замкнутого пространства и формирования в нем вакуумной среды. Принцип действия заключается в удалении газов, пара, воздуха из рабочей камеры.

Наше предприятие выпускает вакуумную технику и оборудование специального назначения; печи сопротивления периодического действия (шахтные и камерные); печи сопротивления непрерывного действия (конвейерные и толкательные); термодиффузионные и термокомпрессионные установки.

Термическое оборудование применяется в металлургии, машиностроении, в оборонной промышленности, горнодобывающей и других отраслях.