Выгорание металла в печи
Обновлено: 04.10.2024
При высоких температурах (выше 1000° С) и при сжигании топлива с большим избытком воздуха, как это обычно бывает при нагреве стали под ковку и штамповку , процесс окисления идет быстрее, чем процесс обезуглероживания. В этом случае после удаления окалины на поверхности изделия почти не будет обезуглеро-женного слоя. Если же в печи создана атмосфера, слабо окисляющая железо, то под слоем окалины образуется обезуглероженный слой.
Количественные показатели величины угара следующие:
- весовой угар - в процентах от первоначального веса;
- поверхностный угар - количество окисленного металла, отнесенное к единице поверхности, в г/см2 или кг/м2;
- скорость окисления - отношение поверхностного угара ко времени нагрева, выраженное в г/см2·сек или г/см2·ч или кг/м2·ч;
- толщина окалины в см или в мм связана с поверхностным угаром следующим выражением:
где а - поверхностный угар в г/см2; γ - объемный вес окалины в г/см3 (γ = 3,9÷4,0 г/см3); φFe - среднее содержание железа в окалине в г/г (φFe= 0,715÷0,765 г/г).
На угар металла в печах оказывают влияние следующие факторы: состав газовой атмосферы ( рис. 9 ), температура и продолжительность нагрева, соотношение между поверхностью и весом и химический состав нагреваемого металла.
Рис. 9. Диаграмма равновесия системы: атмосфера - нагреваемый металл (сталь). АВ - пограничная линия
При температуре выше 800-1000° С SО2; О2; Н2О и СО2 являются окислителями, окись углерода СО и водород Н2 - восстановителями.
Для стали при температуре ниже 650-600° С окисление практического значения не имеет. С повышением температуры угар резко возрастает. Если при температуре 900°С интенсивность образования окалины принять за единицу, то при нагреве до 1100°С она увеличивается в 3 раза, а при нагреве до 1300° С в 7 раз.
Зависимость величины поверхностного угара от температуры (в пределах 600—1150° С) и времени имеет вид
где τ - время в мин: Т - температура в °К.
Влияние времени нагрева на угар видно из табл. 17 и 18 .
Влияние формы тела, характеризуемой отношением поверхности нагреваемого слитка или заготовки в м2 к весу в м, на поверхностный угар показан на рис. 10 .
Рис. 10. Зависимость поверхностного угара и толщины слоя металла, превратившегося в окалину, от отношения поверхности стального слитка или заготовки к его (ее) весу: 1 - поверхностный угар в г/см2; 2 - толщина окисленного слоя металла в мм.
Ориентировочные значения весового угара даны в табл. 19 .
Все приведенные выше данные относятся к среднеуглеродистым сталям, при этом с увеличением содержания углерода скорость окисления несколько понижается, а с уменьшением - возрастает. Легирующие примеси (алюминий, хром, кремний, молибден, кобальт и некоторые другие) сильно снижают скорость окисления.
Никель в составе стали не окисляется, но способствует окислению железа. Никелевые стали обычно окисляются сильнее, чем углеродистые. Однако н присутствии хрома и других элементов никель повышает сопротивляемость стали окислению.
Таблица 17 . Угар при нагреве крупных стальных слитков в зависимости от продолжительности нагрева
Нагрев металлов перед обработкой давлением
Металлы , обрабатываемые давлением , должны обладать пластичностью, которая определяется механическими характеристиками: относительным удлинением, поперечным сужением, удельной ударной вязкостью и др. Ориентировочные данные пластичности металла можно получить испытанием на растяжение. Если предел прочности с увеличением температуры падает, а относительное удлинение и сужение увеличиваются, то сопротивление деформированию уменьшается.
Наилучшая пластичность стали достигается нагревом, так как она непрерывно увеличивается в интервале температур от 300 до 1200°С в зависимости от содержания в стали углерода.
При нагреве стали выше температуры ковки наступает перегрев, который проявляется в резком росте аустенитных зерен и пониженной пластичности. Последняя может нарушить целостность заготовки. Перегрев углеродистых сталей исправляют термообработкой (отжигом). Однако исправление перегрева некоторых сталей (например, хромоникелевой) сопряжено с большими трудностями, поэтому его следует избегать.
При нагреве стали до температур, близких к температурам начала плавления, наступает пережог, характеризующийся появлением хрупкой пленки между зернами вследствие окисления их границ. Пережженный металл теряет пластичность, представляет собой неисправимый брак.
Обработка металлов давлением в зоне повышенных температур снижает сопротивление деформированию примерно в 10—15 раз по сравнению с обычным холодным состоянием. Следует заметить, что на перегрев и на пережог влияют и температура, нахождения металла в зоне высоких температур.
При горячей обработке давлением необходимо соблюдать определенный температурный интервал, зависящий от рода и химического состава металла. Для углеродистой стали область горячей обработки приведена на рис. 9. Температурные интервалы горячей обработки различных сплавов приведены в табл. 5.
Таблица.5. Температурные интервалы горячей обработки сплавов
Характеристика или марка
Температура горячей обработки
Бр АЖ 9-4
Бр АЖМ 10—3 — 1,5
Бр АЖН 10 — 4 — 4
Бр КН 1 — 3
Лс 59 — 1
ВТ1, ВТЗ, ВТ4
ВТ5, ВТ6, ВТ8
* В зависимости от марки сплава и применения ковки или штамповки температура обработки уточняется.
Режим нагрева металла перед обработкой давлением должен обеспечить получение требуемой температуры заготовки при равномерном прогреве ее по сечению и длине; сохранение целостности заготовки, минимальное обезуглероживание поверхностного слоя и минимальный отход металла в окалину (угар).
Время нагрева металла до заданной температуры зависит от температуры рабочего пространства печи, размеров заготовки, физических свойств металла и способа укладки заготовки на поду печи, например заготовки, уложенные в разрядку, нагреваются быстрее, чем заготовки, уложенные вплотную.
Чем выше температура рабочего пространства печи, тем меньше времени затрачивается на нагрев заготовки. Разница между температурой рабочего пространства печи и требуемой температурой нагрева заготовки носит название температурного напора. Величина его при обычном нагреве составляет 100 — 150°С.
При скоростном нагреве температурный напор составляет 200 — 300°, т. е. значительно выше температуры нагрева заготовки и величины температурного напора при обычном нагреве. При скоростном нагреве заготовки во избежание перегрева транспортируются через печь в течение точно установленного времени, а температура печи регулируется автоматически.
Скоростной нагрев в пламенных печах по скорости нагрева заготовок увеличивается в 3 — 4 раза по сравнению с обычным нагревом. Такому нагреву подвергают заготовки из конструкционной углеродистой стали диаметром или стороной квадрата до 100 мм. Он допускает скорость нагрева в минуту около 1 см толщины заготовки.
При нагреве металлы расширяются, расширение происходит неравномерно. Поверхностные слои, нагретые до более высоких температур, расширяются больше, чем внутренние слои. Расширение поверхностных слоев притормаживается соседними внутренними слоями, которые при этом будут растягиваться вследствие расширения наружных. В результате этого наружные слои металла при нагреве будут испытывать напряжения сжатия, а внутренние — растяжения.
Напряжения, возникающие в металле вследствие неравномерного прогрева, называются температурными, или термическими, напряжениями. Эти напряжения тем больше, чем больше разность температур по сечению заготовки. Термические напряжения могут возрасти настолько, что будет нарушена целостность металла (образуются трещины). Вероятность разрушения металла будет большая у высоколегированных и легированных сталей, а также при нагреве крупных заготовок. Поэтому металл необходимо нагревать с определенной допустимой для него скоростью нагрева.
Для ориентировочного определения времени, потребного на нагрев заготовок толщиной более 150 мм или слитков в пламенных печах до температур начала обработки давлением, может служить формула Н. Н. Доброхотова — В. Ф. Копытова:
где Т — время нагрева в часах; D — диаметр или толщина заготовки в м; К — коэффициент, равный для углеродистой и низколегированной стали 10, а для высоколегированной 20; α — коэффициент, зависящий от расположения заготовок на поду печи.
Коэффициент α берется из таблиц. Для круглой одиночной заготовки, нагреваемой в печи, коэффициент α = 1, а при нагреве таких заготовок, уложенных на поду печи в ряд вплотную друг к другу, коэффициент α = 2; для одиночных квадратных и прямоугольных заготовок, уложенных на подставках и в ряд вплотную, заготовка к заготовке непосредственно на поду печи, значение коэффициентов будет соответственно α = 1 и α = 4.
Время, затрачиваемое на нагрев металла, больше времени, затрачиваемого на обработку давлением. Для создания условий нормальной непрерывной работы обычно одновременно нагревают несколько заготовок.При нагреве крупных заготовок, для уменьшения возникающих термических напряжений, температура печи при их загрузке должна быть значительно ниже конечной температуры нагрева, особенно при нагреве слитков из легированной стали.
На качество продукции при горячей обработке давлением влияет не только температурный режим нагрева и обработки давлением, но и режим охлаждения. Быстрое охлаждение продукции может: привести, в результате термических напряжений, к образованию наружных трещин, особенно у металла с небольшой теплопроводностью.
Угар и обезуглероживание металла при нагреве
Нагрев металла под ковку и штамповку
Процесс нагрева металла под ковку и штамповку должен обеспечивать: достижение требуемой температуры слитка или заготовки, достаточно равномерно распределенной по сечению, минимальное окисление и обезуглероживание поверхности, сохранение целостности нагреваемого металла т. е. отсутствие микро- и макротрещины. Чем выше скорость нагрева (т. е. чем меньше его продолжительность), тем меньше окисление и обезуглероживание поверхности и тем экономичнее (рентабельнее) нагрев.
Однако при чрезмерно быстром нагреве, в результате значительного температурного градиента по сечению слитка или заготовки в металле могут возникать термические напряжения, которые в некоторых случаях приводят к образованию микро- и макротрещин. Поэтому различают технически возможную и допускаемую скорости нагрева.
Технически возможная скорость нагрева при прочих равных условиях зависит от температуры печи, точнее от температурного напора, т. е. от разности между температурой печи и средней температурой поверхности заготовки. Температура печи и конечная разность температур печи и нагрева заготовки являются основными факторами, при помощи которых можно регулировать скорость нагрева.
Время нагрева кованых и катаных кузнечных заготовок из углеродистой и конструкционной стали при разной температуре рабочего пространства печи приведено в табл. 5 , а время нагрева подогретых до 700° С заготовок в печи с температурой 1300° С - в табл. 6 .
В зависимости от формы поперечного сечения (цилиндр, квадрат) нагреваемых заготовок и расположения их на поду печи, время нагрева будет различным ( рис. 2 ).
Рис. 2. Значение коэффициента К, учитывающего влияние взаимного расположения заготовок на поду печи во время нагрева (по данным ЦНИИТМАШ)
Нагрев заготовок и слитков с размером сечения (диаметр или сторона квадрата) более 200 мм приходится обычно вести не с технически возможной, а с допускаемой скоростью, которая обуславливается величиной термических напряжений и механическими свойствами (пластичностью) нагреваемого металла.
Величина термических напряжений будет тем выше, чем больше температурный градиент по сечению заготовки, а последний возрастает с увеличением температурного напора и размера сечения нагреваемого тела, а также с уменьшением температуропроводимости металла. Поэтому допустимую скорость нагрева можно считать прямо пропорциональной температуропроводности и обратно пропорциональной квадрату толщины заготовки, коэффициенту линейного расширения и модулю упругости.
При высоких температурах, когда металл обладает достаточной пластичностью, термические напряжения не могут вызвать нарушений сплошности. Поэтому понятие о допустимой скорости нагрева относится в основном к первому периоду нагрева, т. е. к нагреву в интервале температур 20-550° С (для углеродистой стали).
Характерный режим нагрева крупных слитков приведен на рис.3 .
Рис. 3. Схема температурного режима нагрева крупных слитков: t 1 - температура печи при посадке слитка; t 2 - температура печи в конце 1-го периода нагрева; t 3 - температура печи в конце 2-го периода, t 4 - температура в конце выдержки; τ 1 - время выдержки при температуре посадки слитка; τ 2 - время первого подъема температуры печи; τ 3 - время промежуточной выдержки; τ 4 - время второго подъема температуры печи; τ 5 - время выдержки при ковочной температуре
Более мелкие слитки и заготовки нагревают и по несколько упращенному режиму: выдержка при температуре посадки, нагрев с определенной скоростью до ковочной температуры и выдержка при ковочной температуре.
В табл. 7-12 приведено время нагрева заготовок и слитков из углеродистой, легированной и высоколегированной сталей.
При определении продолжительности нагрева заготовок и слитков в методических и полуметодических печах можно пользоваться формулой, предложенной Ю. М. Чижиковым
где D - диаметр или меньшая сторона сечения нагреваемого тела в см; К - коэффициент; для углеродистых сталей К =0,1÷0,15; для легированный конструкционных К =0,15÷0,2; для высоколегированных и инструментальных К =0,3÷0,4.
Выгорание металла в печи
Применение природного газа в металлообрабатывающей промышленности позволило широко внедрить высокопроизводительные газовые печи, что привело к резкому снижению угара металла (в 5— 7 раз), повышению коэффициента полезного действия печи (в 2— 2,3 раза) и значительному сокращению затрат на нагрев металла (на 35-40%). [c.11]
Потери материалов — материалы, которые не могут быть собраны или удалены при данном производственном процессе и безвозвратно теряются (угар металла, испарение, распыление и т. п.). [c.221]
Ориентировочно угар металлов при металлизации можно принимать равным угару при плавке этих металлов (табл. 13). [c.325]
Индукционный нагрев может быть применен не только при термообработке изделий, но и в установках для плавки сплавов. Плавки таких сплавов в электропечах сопротивления приводят к значительным угарам металла, увеличенным расходам флюса, разрушениям нагревательных элементов и большому расходу электроэнергии. [c.138]
Средний коэффициент выхода жидкого металла от веса металлической шихты ж. ш учитывает угар металла. [c.59]
При осуществлении технологического процесса в металлургическом производстве происходит угар металла. Угар — это потери железа и других компонентов, входящих в перерабатываемые сырье, материалы и полуфабрикаты, вследствие выноса мелких их частиц отходящими газами, ухода в шлак и т. д. Он отражается в калькуляции, как и безвозвратные отходы, только по количеству с целью контроля за заданным в производство и выходом продукции. Размер угара устанавливается расчетным путем на основе баланса металла как разность между массой заданного сырья, основных материалов, полуфабрикатов и массой полученной продукции, брака, отходов. В сталеплавильном и прокатном цехах в баланс металла включается, кроме того, изменение остатков незавершенного производства. Рассмотрим содержание баланса металла по доменному цеху (табл. 6.1). [c.100]
Преимуществами использования электропечей при выплавке стали являются 1) меньший угар металла (примерно вдвое), что особенно важно при выплавке легированных сталей 2) ускорение процесса 3) улучшение качества металла 4) уменьшение необходимых производственных площадей 5) улучшение санитарно-гигиенических условий труда. [c.273]
Расчет грузооборота оформляется в виде шахматной ведомости. Она представляет собой таблицу, в которой по вертикали указаны все отправители грузов, а по горизонтали — получатели их. В основе шахматной ведомости лежит баланс прибытия и отправления грузов. Грузооборот по отправлению должен быть равен грузообороту по поступлению с корректировкой на величину безвозвратных потерь (угар металла, разбрызгивание и т. п.), без которых нельзя было бы сбалансировать итоги в графах и строках ведомости Такие ведомости сначала составляются по отдельным цехам и складам, а затем по предприятию в целом. Шахматные ведомости принимаются за основу при разработке схем грузовых потоков цехов и предприятия в целом. [c.164]
Потребность в шихтовых материалах для стального, чугунного и бронзового литья рассчитывают исходя из данных об объёме производства годного литья в тоннах, технико-экономических показателей работы литейных цехов (процент выхода годного литья, возвратных отходов и угара металла) и средних типовых шихт. [c.233]
Применение горячей объемной штамповки связано со значительными отходами металла при обработке заготовок и потерей его в связи с угаром при нагреве. [c.145]
Пример 2. Вес наплавленного металла на детали при газовой сварке Qd=5,0 кг. Опытом установлено, что потери на разбрызгивание и угар составляют 6% к весу наплавленного металла. Нужно определить вес потерь дп.д и норму расхода присадочной проволоки Рд. [c.48]
V Отх — объем отходов при ковке или штамповке в см3 Ку — коэффициент, характеризующий потери металла на угар при нагреве заготовки под ковку или штамповку. В зависимости от технологического процесса кузнечного производства составляющие нормы расхода металла на изготовление поковки соответствующим образом детализируются (например, вес или объем отходов). [c.111]
Основными видами отходов и потерь металла при горячей штамповке являются заусенец (облой), высечка при прошивке отверстия, угар и клещевина, в тех случаях, когда она не может быть использована для изготовления поковок меньших размеров. [c.112]
Потери металла на угар и окалину определяются на основании данных, приведенных в табл. 23, стр. 143. [c.114]
ПОТЕРИ МЕТАЛЛА НА УГАР И ПРИ ГОРЯЧЕЙ РУБКЕ ИСХОДНОГО МАТЕРИАЛА НА ЗАГОТОВКИ [c.143]
Потери металла на угар при нагреве заготовок в зависимости от типа нагревательного устройства определяются по табл. 23. [c.143]
Потери металла на угар, включая окалину [c.143]
Тип нагревательного устройства Потери металла на угар и окалину в % от веса нагреваемой заготовки [c.143]
В производстве потери металла на угар при плавке и заливке могут определяться экспериментальным методом балансирования. [c.308]
Процесс спекания производится в нейтральной атмосфере, и поэтому потери металла на угар отсутствуют. [c.319]
Потери на угар при плавке различных металлов [c.325]
Более точно потери металлов на угар при металлизации могут быть определены лабораторно-экспериментальным путем по следующей методике. [c.325]
Использование газообразного топлива наиболее эффективно, когда оно сжигается не в переоборудованных угольных или мазутных печах, а в специально газовых печах, большинство которых не допускает перевода на резервное топливо. Так, к. п. д. методических печей (данные Гипроавтопрома) при работе на мазуте 20, переоборудованных для сжигания газа 22, специально газовых 35% угар металла соответственно 3,0, 2,0 и 0,5% удельные капитальные вложения 6,51, 5,36 и 3,37 руб/т к. п. д. хлебопекарных печей ФТЛ-2 при сжигании угля в топке 14,0, при сжигании газа в топке 24,0, реконструированных для сжигания газа в пекарной камере 46,0%. Аналогичные примеры могут быть приведены и по ряду других отраслей промышленности. [c.201]
PI — расход баббита в процессе заливки подшипников Р2 — вес баббита, залитого в подшипники, и сплесков (возврата). Таким же образом определяется угар металла и при других процессах биметаллизации. [c.309]
Примечание. Суммарные потери на угар металла в ванне при возврате сплесков и механические потери составляют в среднем 10%. [c.311]
Коэффициент km ш учитывает потери металла на литники, сливы, сплески, угар металла. Значение его может приниматься по данным цеха-изготовителя отливок или по утвержденным нормам. [c.34]
Технологические отходы (стружка, концедые отходы и т.д.) (Технологические потери (угар металла, распыл и т. д.) , э Ч t f i 3 j, i t С 1 [c.113]
Аналогичное сопоставление теплового и эксергетичес-кого балансов методической печи показывает, что эксергетический КПД печи ниже на 34,8% (32,7% против 67,5%). Основные потери эксергии имеют место при горении, теплообмене и с угаром металла. [c.263]
При разработке норм расхода металла в прокатном производстве учитывается повышение качества шихтовых материалов при производстве чугуна и стали, увеличение производства проката из полуспокойной стали взамен спокойной, увеличение объема производства литой заготовки на машинах непрерывного литья заготовок, выплавки закупоренной кипящей стали, производство проката в пределах минусовых допусков, разливка стали с применением экзотермических смесей и теплоизоляционных плит, снижение угара металла в производстве проката и труб, внедрение машин безостаточного раскроя, совершенствование фабрикации заготовок и другие мероприятия. [c.130]
Увеличение объема заготовки вызывает перерасход металла, а недостаточный объем приводит к браку. Необходимо учитывать, что в процессе ковки могут возникать отходы и потери металла 1) наоб-сечку поковки по контуру, 2) на обрубку концов поковок, 3) на выдру для пустотелых поковок, 4) на угар при нагреве заготовок. [c.136]
Потери металлов на угар и др. при различных процессах биметал-лизации, антифрикционных покрытиях, пайке и лужении принимаются по данным табл. 10. [c.322]
Потери металла при металлизации на угар ад зависят от свойств применяемого металла или сплава при температуре, действующей в металлизационном аппарате, от конструкции аппарата для металлизации и агрегата для плавки металла. [c.325]
Читайте также: