В условиях термической обработки материалы обретают новые свойства и качества, требующиеся на разных технологических этапах производства. В частности, металлические заготовки меняют свое состояние, обретают новые показатели прочности, твердости и устойчивости. Для обеспечения теплового воздействия задействуются специальные термические печи, за счет которых выполняются операции отжига, закалки, отпуска и прочего.
Общее устройство агрегатов для термообработки
Каркасную конструкцию данного оборудования формирует толстостенный корпус, выполненный на основе жаростойких стальных сплавов, которые не подвергаются процессам химического разрушения. Нагрев обеспечивается за счет горелок, выделяющих теплоту при сгорании топлива. Это типовые сожигательные устройства в нагревательных и термических печах, за счет которых происходит повышение температуры воздуха до нужных показателей. Далее продукты сгорания направляются в теплоизолированный дымоход наружу или в специальный сборник для последующего использования газов уже в других технологических операциях. Конструкции высокотемпературных агрегатов могут футероваться огнеупорными покрытиями в целях снижения теплопотерь и вредного воздействия на стенки корпуса.
Система подачи материалов
В режиме поточного производства одним из ключевых факторов эффективного выполнения процесса обработки является поддержание оптимального темпа перемещения новых заготовок в рабочую зону. Традиционно эта задача решается за счет конвейерных и роликовых механизмов, подключенных к автоматическому приводу. Однако даже высокая степень механизации не всегда оказывается эффективной при устройстве крупногабаритных прокатных станов.
Другая сложность применения длинных поддонов с движимым покрытием заключается в необходимости подключения водоохлаждаемых элементов, которые должны регулировать температурный режим заготовки в ходе доставки. Поэтому в качестве альтернативы сегодня применяется система транспортировки с вращающимся барабаном револьверного типа. В такой комплектации термические печи обеспечивают двухсторонний равномерный нагрев заготовок с минимальными задержками при транспортировке. Также сокращается время на прогрев и минимизируется объем угара, негативно влияющего на структуру металла. Впрочем, и к таким установкам иногда подключают системы воздушного охлаждения барабанного вала, что требует определенных технико-организационных затрат.
Камерные печи
Данное оборудование выполняется с подвижным и неподвижным поддоном для доставки заготовок. Процесс перемещения может обеспечиваться специальной каткой или колесной базой по рельсам. Заготовки большой массой перемещаются с помощью специального крана по подвесной конструкции. Параллельно с процессом транспортировки выполняется регуляция работы горелки, которая включается после того, как заслонка опустится и закроет установленный в камере целевой материал. Далее уже в ходе сгорания топлива газовые отходы выпускаются через дымоходы, интегрированные в боковые стены. В устройстве термических камерных печей могут предусматриваться и рекуператоры, благодаря которым часть тепла от газовых смесей возвращается в технологическую зону обработки. Модели для комплексной поточной обработки могут содержать до восьми камер с собственными поддонами. Причем каждая операция производится в условиях защитной газовой среды, что особенно важно в работе с отжигом алюминиевых сплавов.
Колпаковые печи
Это агрегат с циклическим действием, предназначенный для термической обработки металлических лент в рулонах, а также проволочных бунтов. Конструкция обеспечена внутренним колпаком, который предохраняет заготовки от негативных процессов окисления. Снаружи стены конструкции имеют футеровку из кирпича, где также монтируются коммуникации электрических нагревателей и горелки. Для повышения герметичности колпаковых видов термической печи используются песочные затворы. Что касается циклического действия, то его обеспечивает внутренний вентилятор. Данное устройство способствует активной циркуляции защитного газа под колпаком в разных стадиях нагрева от 650 до 800 °С. Продукты сгорания перемещаются между нагревательными элементами с колпаком и посредством инжектора отводятся в дымоходы или специальный сборник.
Конвейерные печи
Модели нагревательного промышленного оборудования, обеспеченные цепным внутренним конвейером. Как уже говорилось выше, по перемещающимся поддонам выполняется процесс транспортировки заготовок между технологическими участками обработки. Несмотря на технологические сложности организации конвейерного способа работы термических печей, устройства такого типа позволяют обеспечивать прямо-противоточный режим функционирования, что выгодно при больших объемах загрузки оборудования в потоке. Отмечается и особый принцип направления продуктов сгорания. Оптимальная температура заготовок может поддерживаться за счет параллельного движения потоков отработавших газов. То есть изделия перемещаются в одном направлении с горячими газами по разным каналам, совершая теплообмен. В итоге за счет пассивного прогрева материала снижаются затраты энергии на основные стадии термической обработки.
Протяжные печи
Конструкция рассчитывается на постоянное действие применительно к выполнению термических или химико-термических операций. Протяжная печь может иметь башенное и многоэтажное устройство – соответственно, вертикальные и горизонтальные конструкции. К преимуществам первого вида относят компактные размеры с сохранением полезной технологической площади и возможности обработки заготовок с волнистыми покрытиями и неровностями на поверхности. Что касается горизонтальных термических печей протяжного типа, то они эффективно работают с толстым листовым металлом без перегибов. В устройстве оборудования присутствует специальный механизм для разматывания рулонных изделий, приспособление для автоматической резки кромок и установщик новой полосы в машину фиксации и захвата.
Система управления термообработкой
Контроль и управление процессами нагрева производится через операторские пульты с контроллерами, в которых собираются данные об основных показателях состояния оборудования. Данная система позволяет отслеживать температуру обработки, время операции, давление в рабочей зоне и прочее. В газовых термических печах отдельное внимание отводится регуляции функции горелки. Также отслеживается давление подачи горючей смеси, показатели интенсивности пламени и контроль расхода топливных материалов.
Заключение
Современные процессы термической обработки отличаются технологической сложностью и высокой энергозатратностью. В условиях крупных производств эти издержки покрываются возможностью организации поточных операций при полной загрузке мощностей. Но и такой формат эксплуатации термических печей может себя оправдать лишь при условии тщательно рассчитанной производственной логистики. Важно не забывать, что изучаемое оборудование работает в комплексе с другими технологическими процессами. И это не говоря о необходимости подключения систем охлаждения и вентиляции, характеристики и устройство которых будут зависеть от конструкционных возможностей конкретного цеха.
