Пламенные печи отличаются максимальной универсальностью. В пламенных печах нагревают (в зависимости от размеров и конструкции печи) как мелкие заготовки, так и слитки весом до 300 т. Пламенные печи работают на твердом, в том числе и пылевидном, жидком и газообразном топливе.
Наиболее совершенными в отношении регулирования и получения минимальных потерь от физической и химической неполноты горения являются печи, работающие на газообразном топливе. Распыление жидкого топлива и его сжигание осуществляется при помощи форсунок, которые обеспечивают хорошее смешение топлива с воздухом. Для сжигания газообразного топлива применяются газовые горелки. Сжигание пылевидного топлива производят в специальных устройствах, в которых угольная пыль с помощью шнека и воздуха подается к горелке.
Нагревательные печи по конструкции делятся на камерные, в которых температура по всему рабочему пространству одинакова, и методические, у которых температура в рабочем пространстве повышается от загрузочного окна к окну выдачи нагретых заготовок. Схема камерной печи приведена на рис. 108, а для обычного нагрева и на рис. 108, б для скоростного нагрева. При скоростном нагреве уменьшается обезуглероживание поверхностного слоя заготовки и снижаются потери на угар до 0,5 ÷ 0,7% вместо 3% при обычном нагреве.
Рис. 108. Камерная печь: а - для обычного нагрева; б — для скоростного нагрева
Высокая температура в рабочей камере печи (1400 — 1500°С) достигается применением высококаллорийного топлива и подогретого воздуха в рекуператорах. Горелки или форсунки в этих печах располагаются как над нагреваемыми заготовками, так и под ними (рис. 108, б). В камерных печах при нагреве крупных заготовок для облегчения загрузки и выгрузки применяют различные загрузочные механизирующие устройства, машины, а также печи с выдвижным подом и со съемным сводом.
Для уменьшения отхода на окалину применяются печи с использованием нейтральных или защитных атмосфер, доставляющие которых не вступают в реакцию с нагреваемым металлом.
Разновидностью камерных печей являются нагревательные колодцы, которые находят применение в прокатных цехах для нагрева слитков, часто поступающих из сталелитейных цехов в горячем состоянии. Слитки в колодцы загружаются сверху и устанавливаются вертикально. Использование тепла горячих слитков обеспечивает экономию топлива.
Для нагрева концов штанги и прутков при работе на горизонтально-ковочных машинах применяются щелевые печи, загрузочным окнам которых придают вид щели.
Муфельные печи имеют муфель, герметически закрывающийся ящик, который загружают металлом, а нагревание осуществляется без доступа воздуха и газов. Такой способ нагрева применяется для нагрева специальных сплавов без образования окалины.
Методические печи имеют вытянутую форму. Температура в этих печах понижается в направлении движения пламени к загрузочному окну. Наиболее нагретые заготовки омываются наиболее горячим пламенем. В методических печах достигается непрерывная выдача нагретых заготовок, методичный (постепенный) нагрев и лучшее использование тепла образовавшихся при сгорании топлива газов. Чем печь длиннее, тем полнее теплоиспользование. При выходе из печи отходящие газы имеют более низкие температуры, чем в камерных печах, поэтому они экономичнее камерных.
Методические печи широко применяются в прокатном производстве и в крупносерийном кузнечно-штамповочном производстве. Переходной конструкцией от камерной печи к методической является полуметодическая печь, которая отличается от методической меньшей длиной. В них так же, как и в методических печах нагреваются заготовки, форма которых удобна для проталкивания через печь. Полуметодические печи обслуживают штамповочное оборудование высокой производительности.
Полуметодическая печь с толкателем (рис. 109, а) предназначена для нагрева мелких заготовок для штамповки. Печь механизирована: имеет магазинную коробку для непрерывного питания печи заготовками. Коробка периодически (через 1—1,5 час) заполняется заготовками. Из магазинной коробки заготовки снизу по одной выталкиваются в печь вначале в подогревательную камеру А, а затем продвигается в нагревательную камеру Б, где нагреваются до заданной температуры. Такие печи можно обеспечить механизмом подачи заготовок к обрабатываемой машине (рис. 109, б). В этом случае заготовка по мере, продвижения по поду печи достигает отверстия 1, проваливается на заслонку 3, которая под тяжестью заготовки или посредством пневматического цилиндра 4 открывается, и заготовка падает на транспортер 2, который все заготовки из-под печи подает к штамповочной машине. Продукты горения из печи (рис. 109, а) по каналу уходят в рекуператор, где они подогревают воздух, предназначенный для горения в печи топлива.
Рис. 109. Полуметодическая печь с толкателем и транспортером для подачи заготовок к кузнечной машине.
Для нагрева заготовок применяют печи с вращающимся подом (карусельные). Они бывают кольцевого типа и тарельчатые. Печь кольцевого типа представляет собой как бы свернутую в кольцо конвейерную печь. Эти печи позволяют в широких пределах регулировать желаемый режим нагрева металла путем изменения скорости вращения пода, расположения горелок и подачи топлива. Нагрев металла в этих печах протекает быстрее и равномернее, так как заготовки на поду печи укладываются на некотором расстоянии одна от другой. Угар металла при нагреве в этих печах будет меньше, чем в печах с толкателем на поду, в которых заготовки укладываются вплотную друг к другу и требуется большое время нагрева, и, кроме того, при продвижении заготовок в печи сбивается окалина и происходит повторное ее образование.
Более совершенными считаются печи, использующие тепло отходящих газов, так называемые, регенеративные и рекуперативные.
Регенеративные печи с помощью регенераторов используют тепло отходящих газов на подогрев воздуха и газа (в газовых печах), поступающих в печь. Принцип действия и устройство регенераторов у нагревательных пламенных печей такие же, как у мартеновских плавильных печей, применяемых для плавки стали, рассмотренных в главе II раздела II.
В рекуперативных печах осуществляют только подогрев воздуха, поступающего в печь для горения. Поток отходящих газов и нагреваемого воздуха в рекуператорах непрерывны, каждый поток течет по своим каналам. Газы нагревают стенки рекуператора с одной стороны, а воздух отнимает тепло с другой.
Применение рекуператоров и регенераторов повышает к. п. д. всех печей. В методических регенеративных печах к. п. д. может быть доведен до ~ 40%, а в простых камерных печах он обычно не превышает 10 ÷ 12%.
Электрические печи сопротивления (рис. 110) применяют чаще всего для нагрева цветных металлов и сплавов, реже — для нагрева стали, так как температурный интервал штамповки, например алюминия, находится в пределах 475 — 400°С.
В электрических печах можно поддерживать и изменять температуру с большой точностью. Рабочее пространство этих печей свободно от продуктов горения, угар металла получается минимальным. Электропечи улучшают условия работы обслуживающего персонала. На рис. 110 показана электропечь камерного типа. Печь имеет загрузочное окно 1, спираль 2, рабочее пространство 3. Стрелками изображена циркуляция воздуха.
Рис. 110. Электрическая нагревательная печь.
Расход условного топлива (с теплотворной способностью 7000 ккал/кг) в печах без использования тепла отходящих газов достигает 10 ÷ 12 % веса нагреваемого металла, а в печах с использованием тепла отходящих газов расход составляет 4,5 — 6%.
