Толщина металла в котлах
Обновлено: 04.07.2024
Существует предубеждение о том, что чем больше толщина металла топки, тем дольше прослужит котел. Это не всегда так и сейчас мы расскажем Вам почему.
Окалинообразование.
Существует понятие окалинообразование, оно свойственно для любой стали независимо от ее марки. Окалина появляется из-за окисления металла при повышенной температуре. Атомы Fe (железа) на поверхности металла взаимодействуют с атомами O (кислородом), в результате чего возникают окислы железа. Из окислов железа и состоит слой окалины.
В большинстве случаев для изготовления твердотопливного отопительного оборудования используют стали марки 12К, 15К, 18К, 20К толщиной от 2,5 мм до 6 мм. Для данных марок стали окалинообразование начинается при 450-500 °С. В агрессивных условиях топки котла (высокая температура, влажность, кислотная коррозия) в таких сталях идет окалинообразование очень интенсивно, причем при самом обычном горении. Для пиролизного горения процесс окалинообразования ускоряется в несколько раз. Для коррозионностойкой жаростойкой нержавеющей стали AISI 304 (российский аналог — 08Х18Н10) окалинообразование возникает при прямом длительном нагреве до температуры приблизительно равной 900 °С, сталь очень хорошо сопротивляется водной и химической коррозии при обычном и пиролизном горении в отличии от котловой стали. Температура внутри пламени и рядом при горении топлива может достигать 1050-1100°C, но на внутренней поверхности топливника не толстый металл хорошо охлаждается течением воды в водяной рубашке. Металл в следствии этого не может нагреться выше 95 °C, что положительно влияет на скорость окалинообразование и прочность топливника. Подведя итоги, именно использование в наших котлах стали AISI 304, вместе с конструкционными запатентованными решениями, позволяет дать самую большую гарантию на сохранение в целостности топки котла «Космос» в десять лет.
В сравнении с другими котлами
У основной массы производителей твердотопливного отопительного оборудования есть жесткое требование — поступающий обратно теплоноситель (т.н. «обратка») должна быть не менее 60-65 °С. Это необходимо, что бы избежать выпадения конденсата в топке, а отсюда — повышенной коррозии металла и, как правило, лишения пользователя котла гарантии. Для решения проблемы покупателю в обязательном порядке требуется делать в системе отопления малый круг с трехходовым клапаном. Только такое решение сохранит гарантию и режим нормальной эксплуатации котла, избегая его преждевременной порчи.
С нашей продукцией в таких узлах трехходового клапана нет необходимости. Коррозионная стойкость топки котла «Космос» очень высока, конденсат не страшен, и даже если Вы его получили при топке с плохой тягой дымохода и сырыми дровами, то вся гарантия на топку сохраняется. Наши котлы с 10 летней гарантией от прогорания металла и швов нуждаются лишь в двух условиях: наличие теплоносителя (воды) и давление в системе отопления не выше 0,15 мПа.
Особенности наших изделий
Вывод
Наши твердотопливные газогенераторные котлы длительного горения «Космос» (КМВ) выполнены из жаростойкой нержавеющей стали AISI 304, которая надежно передает тепло от сгораемого топлива теплоносителю, не боится конденсата, устойчива к агрессивной среде пиролизного горения. Котлы работают в диапазоне от 30 до 95 °С и не требуют автоматики в системе отопления. Гарантированная длительность горения на одной закладке дров — до 11 часов на котлах мощностью от 25 кВт и может достигать 18 часов при хорошем утеплении дома. Гарантия от прогорания топки и швов топки котла «Космос» — рекордные 10 лет.
Металл котлов
Металл паровых котлов работает в очень тяжелых условиях, так как на него воздействуют давление и температуры воды и пара (пароводяной смеси), собственный вес обмуровки и неравномерного расширения деталей котельного агрегата.
Толщину стенки барабанов, коллекторов и труб, размеры деталей каркаса и т.п. определяют в зависимости от величины суммарной нагрузки и требуемого запаса прочности, обеспечивающего длительную работоспособность деталей. Кроме прочности, металл должен обладать пластичностью (отсутствие хрупкости), противостоять коррозии и иметь хорошую свариваемость. Поэтому для производства деталей котельных агрегатов (особенно тех, что работают под давлением) применяют высококачественные сорта сталей.
Во всех сортах котельной стали содержится небольшое, строго ограниченное количество углерода, марганца и кремния, а также не полностью выведенные вредные примеси — сера и фосфор. Сталь, содержащая только указанные элементы, называется углеродистой.
Из углеродистой стали изготовляют водяной экономайзер , экраны и барабаны котельных агрегатов, работающих при температуре до 450 °С. При температуре более 450 °С прочность углеродистой стали резко снижается. Поэтому для изготовления деталей, работающих при более высокой температуре, применяют специальную жаропрочную сталь, в состав которой вводят небольшое количество молибдена, хрома, никеля и других химических элементов для придания металлу определенных свойств. Такая сталь называется низколегированной.
Из низколегированной стали марок 12Х1МФ и 15Х1МФ изготовляют обычно радиационные поверхности нагрева прямоточных котельных агрегатов и пароперегреватели (за исключением выходной части), работающие при температуре до 540 °С.
Как углеродистая, так и низколегированная стали относятся к стали перлитного класса, отличающейся темной поверхностью.
Наибольшей жаропрочностью обладает хромоникелевая сталь марки Х18Н12Т аустенитного класса, называемая также нержавеющей сталью, у которой легирующие добавки никеля и хрома достигают 30 % массы металла. Из этой стали изготовляют трубы выходной части пароперегревателей котельных агрегатов высокого давления, металл которых эксплатируют при температуре 570—660 °С. В составе стали, кроме никеля и хрома, имеется небольшое количество титана, стабилизирующего структуру стали при высокой температуре. Такая сталь имеет светлую, блестящую поверхность. Основными преимуществами аустенитной стали являются ее высокая жаропрочность и способность противостоять коррозии при высокой температуре благодаря большому содержанию хрома (18 %) и никеля (12 %); отсюда и название — нержавеющая сталь. Аустенитная сталь во много раз дороже перлитной стали.
Посмотрим, как влияют отдельные элементы химического состава стали на ее свойства.
Влияние углерода.
С увеличением содержания в составе стали углерода она становится более прочной и менее пластичной. Чрезмерно высокое содержание углерода является вредным, так как слишком твердая и малопластичная сталь хуже сопротивляется разным механическим деформациям, возникающим, например, при защемлении экранных труб при растопке котла, а также ухудшается свариваемость стали.
Для изготовления поверхностей нагрева котельного агрегата, работающих при температуре пара до 450 °С, широко применяют углеродистую сталь марки 20 с содержанием углерода до 0,25 %, а для изготовления каркаса котлов — углеродистую сталь марки Ст. 3. В низколегированной стали углерод содержится в еще меньшем количестве. Например, в применяемой для изготовления пароперегревателей современных котельных агрегатов стали марки 12Х1МФ содержание углерода не должно превышать 0,15 %.
Влияние марганца.
Марганец подобно углероду повышает прочность стали и несколько уменьшает ее пластичность. При плавке стали в мартеновской печи марганец способствует очистке металла от серы, образуя легко удаляемый шлак.
Применяемая для изготовления барабанов котлов сталь марки 22К содержит 0,75-1,0 % марганца. Сталь марки 20 содержит 0,35-0,65 % марганца.
Влияние кремния.
Чем больше кремния в стали, тем больше её прочность и меньше пластичность. При плавке в металлургических печах его применяют для раскисления стали; соединяясь с растворенным в стали кислородом, кремний образует легко удаляемые шлаки, поднимающиеся на поверхность жидкого металла.
Влияние молибдена. Молибден повышает жаропрочность стали и ее пластичность. В стали 12Х1МФ содержится 0,25—0,5 % молибдена, в стали 15Х1М1Ф 0,9—1,1 %.
Влияние хрома.
Хром повышает жаропрочность и прочность стали и понижает ее пластичность.
Почему важно, чтобы у котла толщина стали топки была не меньше 4 мм
Оптимальная толщина металла для твердотопливных котлов
Для установления толщины металла следует изучить вопрос с двух позиций, оказывающих воздействие на работу котла. Нужно найти баланс между теплообменом и долговечностью устройства.
В отношении теплообмена считай, чем тоньше металл топки, тем больше тепловой энергии будет проходить теплоносителю, а следовательно и в систему отопления. Получается, что чем толще металл топки, тем больше времени нужно для его прогрева и стабилизации надлежащей температуры.
В то же время не следует забывать, что тонкая толщина стали обеспечит быстрый прогрев, но в ущерб долговечности изделия. Сталь толщиной 4-5 мм позволяет создать достаточно долговечную конструкцию для устранения деформации и прогорания.
Какая марка стали лучше для отопительных устройств
В большинстве случаев в твердотопливных котлах используется марки стали 09Г2С. Данный сплав входит в группу конструкционных низколегированных специальных сталей. Он используется для изготовления различных металлических компонентов и составляющих для сварных металлоконструкций, применяющихся под давлением и при различных высоких температурах.
Маркировка даёт возможность понять основные характеристики товара.
Давайте рассмотрим соотношение веществ в сплаве отражённых в аббревиатуре.
– 09 коэффициент содержания углерода в сплаве составляет 0,09%.
– Г2 марганец лежит в диапазоне 1,3 до 2%
– С кремний содержится в сплаве менее 1%.
Этот состав дополняют никель, сера, фосфор, хром, азот, медь их совместное количество не более 2%. Конструкционная спецсталь имеет высокую склонность поддерживать параметры под давлением при больших перепадах температур, долговечна, устойчива к нагрузкам с переменным вектором силы. Сталь 09Г2С имеет большой температурный охват от -70 до 425°С. При низких температурах сохраняются такие черты как – прочность и твёрдость. Пороговое значение -70 позволяет эксплуатировать твердотопливный котел в сильные морозы. Данная котловая спецсталь, рекомендованная ГОСТом, хорошо подходит для производства одноимённого вида продукции.
Одним из важных достоинств сплава является хорошая свариваемость. Подготовленная для сварки поверхность не нуждается в заблаговременной тепловой или химической обработке. Сваривание осуществляется доступным оборудованием (подойдут любые электроды, рассчитанные на работу с низколегированными металлами) при любом тепловом режиме с соблюдением технологии процесса для низкоуглеродистых сталей. За счёт малого содержания углерода устойчивы к ударам. На стыковых участках не образуется царапин и микротрещин, что делает соединения котла прочными и надёжными.
Еще одно преимущество этой марки состоит в том, что сталь 09г2с не изменяет свойств к отпускной хрупкости, то есть ее вязкость не ухудшается после процедуры отпуска. Она также неизменна к перегреву и образованию трещин и сколов.
Основные полезные свойства стали 09Г2С
- Механическая прочность служит гарантией надёжности изделия
- Высокая долговечность позволяет поддерживать высокое качество механических свойств агрегата
- Малый удельный вес
- Не расположен к отпускной хрупкости
- Хорошие технические характеристики ударной вязкости
- Лёгкость в обработке. Малое содержание углерода обеспечивает хорошую сварку, без повышения зернистости. Из этого следует, что изделия из этой спецстали легко ремонтировать
- Жаростойкость. Сплав под воздействием высоких температур сохраняет структуру от деформации
Выбирая твердотопливный котёл, возьмите на заметку на то, из какой стали он изготовлен и какая у неё толщина. Добросовестный производитель всегда подробно расскажет всю интересующую вас информацию о товаре.
Читайте также: