INDUSTRIAL
FURNACES
Volume II
W. TRINKS
Associated Engineers
Professor Emeritus of Mechanical Engineering
Carnegie Institute of Technology
Pittsburgh. Pennsylvania
Third Edition
New York
JOHN WILEY & SONS, INC.
CHAPMAN & HALL. LTD.
London
В ТРИНКС
ПРОМЫШЛЕННЫЕ
ПЕЧИ
Том II
ИЗДАНИЕ ТРЕТЬЕ
ПЕРЕВОД С АНГЛИЙСКОГО
КАНД. ТЕХН. НАУК М. Н. ГРАНОВСКОЙ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ
НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО
ЛИТЕРАТУРЫ ПО ЧЕРНОЙ И ЦВЕТНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ
Москва 1961
АННОТАЦИЯ
Приводятся (новейшие данные о различных топ-
ливах. Описываются топочные устройства и нагре-
вательные элементы. Дается критическое сравне-
ние топлива разных видов и типов печей. Осве-
щаются вопросы регулирования температуры
и печной атмосферы. Описаны новые приспособ-
ления по механизации печей и мероприятия по
технике безопасности. Рассматриваются конст-
рукции и особенности печей, предназначенных
для использования природного газа. Приведены
справочные данные и даны практические советы,
основанные на большом опыте США.
Предназначается для инженерно-технических
работников различных отраслей промышленности,
связанных- с эксплуатацией промышленных печей;
может быть рекомендована исследователям, про-
ектировщикам, а также студентам технических
высших учебных заведений.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие	к русскому изданию .......................... 8
Предисловие	............................................. 9
Введение ................................................ 1«
Глава I. ТОПЛИВО И ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЭНЕРГИЯ .... 13
1.	Общие сведения	о топливе .................................. 13
2.	Газообразное топливо ....................................   20
Природный газ. Коксовый газ. Водяной газ. Городской газ. Газ
нефтеперерабатывающих заводов. Генераторный газ. Неочищен-
ный генераторный газ. Очищенный генераторный газ. Доменный
газ. Сжиженные газы. Природный газолин (газовый бензин).
Разбавленный газ. Нефтяной газ и нефтяной пар.
3.	Жидкое топливо ............................................ 35
Нефтетопливо. Смола. Смоляное масло.
4.	Твердое топливо ........................................... 43
Уголь. Угольная пыль. Кокс.
5.	Электрическая энергия ..................................... 50
Глава И. УСТРОЙСТВА ДЛЯ СЖИГАНИЯ ТОПЛИВА
И НАГРЕВАТЕЛЬНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ............................. 52
1.	Общие замечания об устройствах для сжигания топлива ....... 52
2.	Устройства jjjih сжигания газообразного топлива ........... 54
Общие замечания о газовых горелках. Классификация устройств
для сжигания газа. Устройства для смешения газа и воздуха
в печи. Устройства для сжигания с частичным смешением. Горел-
ки полного смешения. Горелки для генераторного газа. Горелки
для подогретого воздуха. Излучающие газовые горелки. Мощность
газовых горелок.
3.	Устройства для сжигания жидкого топлива ................... 97
Подготовка топлива для сжигания. Испарение. Распыливание.
Классификация методов распыливания. Нефтяные форсунки.
Производительность нефтяных форсунок. Неполадки в работе
Яефтяных форсунок. Комбинированные форсунки для нефти и газа.
4.	Устройства для сжигания угля и кокса ..................... 120
Механические топки для промышленных печей. Производитель-
ность колосниковых решеток и механических топок.
6
Оглавление
5.	Устройства для сжигания пылеугольиого топлива ............. 128
Факторы, влияющие на горение угольной пыли. Питатели уголь-
ной пыли. Пылеугольные горелки. Производительность пылеуголь-
ных горелок.
6.	Электрические нагревательные элементы (сопротивления) ..... 141
Методы электрического нагрева. Нагреваемый материал сам слу-
жит сопротивлением. Неметаллические сопротивления. Металли-
ческие нагревательные элементы. Монтаж металлических нагре-
вателей. Теплоотдача металлических нагревателей. Электриче-
ский нагрев свинцовых ванн. Электрический нагрев соляных
ванн. Оборудование для индукционного нагрева.
Глава III. РЕГУЛИРОВАНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ В ПЕЧИ .................. 169
Основные задачи. Методы поддержания постоянной температуры.
Поддержание одинаковой температуры в различных частях нагре-
вательной камеры. Регулирование заданной температуры в тече-
ние определенного времени. Принципы автоматического регулиро-
вания. Число точек регулирования. Программное регулирование.
Заключение.
Глава IV. РЕГУЛИРОВАНИЕ ПЕЧНОЙ АТМОСФЕРЫ ......... 197
Значение печной атмосферы ..................... 197
Регулирование естественной атмосферы печи (регулирование го-
рения). Регулирование горения при помощи сблокированных кла-
панов. Регулирование горения на основе газового анализа. Систе-
ма регулирования горения, в которой расход одного компонента
обусловливает расход другого компонента. Регулирование горения
твердого топлива. Регулирование искусственных атмосфер. Ис-
пользование защитных атмосфер. Регулирование атмосферы в
свинцовых и соляных ваннах.
Глава V. МЕРОПРИЯТИЯ ПО ЭКОНОМИИ ТРУДА...... 240
Классификация устройств и мероприятий по экономии труда. Уст-
ройства, предназначенные для экономии труда при обслуживании
печей периодического действия. Устройства для экономии труда
при обслуживании печей непрерывного действия. Конвейерные пе-
чи. Роликовые печи. Туннельные печи с выкатным подом. Печи
со встряхивающей подиной. Печи с вибрирующей подиной. Печи
с шагающим подом. Печи с подвесным конвейером. Вертикаль-
ное перемещение материала. Круговое перемещение материала.
Вращающиеся печи. Винтовое перемещение. Самостоятельное, без
помощи каких-либо устройств, перемещение нагреваемого мате-
риала в печи. Автоматическое перемещение в соляных ваннах.
Устройства для облегчения и удобства работы.
Оглавление
7
Глава VI. СРАВНЕНИЕ РАЗЛИЧНЫХ ВИДОВ ТОПЛИВА
И ТИПОВ ПЕЧЕЙ..........................................334
Основные показатели для сравнения. Источники тепловой энер-
гии; их влияние на конструкцию промышленных печей и на стои-
мость нагрева в них. Использование тепла отходящих газов. Спо-
собы передачи тепла. Способы подвода тепла. Примеры подвода
тепла к садке. Способы загрузки, выдачи и перемещения изде-
лий в печи. Сравнение атмосфер в печах. Выбор источника теп-
ловой энергии и типа печей.
Глава VII. ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ............    384
Взрывы и пожары. Поражение электрическим током. Отравление.
Нанесение травм падающими и качающимися тяжелыми предме-
тами
ПРЕДИСЛОВИЕ К РУССКОМУ ИЗДАНИЮ
Книга В. Тринкса «Промышленные печи» была переведена
в Советском Союзе более 20 лет назад и вызвала заслуженный
большой интерес среди широкого круга инженерно-технических
работников, работающих в области промышленных печей.
Как видно из предисловия автора к этому изданию книги,
содержание последней расширено и обновлено.
Несмотря на то что за послевоенные годы технический уро-
вень печного хозяйства заводов Советского Союза значительно
вырос и построены хорошо механизированные и автоматизиро-
ванные печи, не уступающие по показателям работы загранич-
ным установкам, книга, освещающая иностранный опыт в ана-
логичной области техники, представляет интерес.
Она предназначена для инженерно-технических работников,
занятых проектированием и эксплуатацией промышленных пе-
чей, и может быть полезна для студентов, специализирующихся
в этой области.
ПРЕДИСЛОВИЕ
В третьем издании второго тома этой книги, предназначенной
для специалистов по печам, расположение всего материала в ос-
новном сходно с расположением во втором издании. Добавлена
лишь небольшая глава по технике безопасности.
Однако каждая глава претерпела значительные изменения.
Две трети текста обновлено, изъяты иллюстрации, не имеющие
большого значения или касающиеся устаревшего оборудования,
добавлено 117 новых иллюстраций.
В первую главу автором введены имевшиеся в его распоря-
жении новейшие данные по топливу и электроэнергии.
В главе второй приведено описание новых горелок и форсу-
нок, а также улучшенных методов монтажа нагревательных
элементов электропечей и практические методы их расчета. Де-
тально описан электронагрев соляных ванн.
В третьей главе более полно по сравнению с прежними изда
ниями излагается вопрос о пределах регулирования температуры
садки. Описание регулирующих приборов заменено изложением
принципов их устройства.
В главе четвертой термин «регулирование естественной ат-
мосферы» заменен термином «регулирование горения». Даны
таблицы равновесного состояния окисления и восстановления
различных металлов. Приводится также таблица науглерожива-
ния и обезуглероживания сталей с различным содержанием
углерода. Важной частью четвертой главы является раздел, в
котором изложен вопрос о защитной атмосфере. Описаны печи,
в 'которых горячая защитная атмосфера генерируется в самой
печи. Излагается вопрос о регулировании состава соляных ванн.
В пятой главе описываются новые приспособления по меха-
низации труда при перемещении нагреваемого материала в пе-
чи. Даны сведения о прочности цепных и ленточных конвейеров.
Показана эквивалентность действия электрических сопротивле-
ний и излучающих труб; объясняются трудности автоматическо-
го перемещения садки в соляных ваннах.
В главе шестой приведено сравнение печей по шести основ-
ным признакам и подчеркнуты преимущества и недостатки раз-
личных комбинаций этих признаков. Рассмотрены печи новых
конструкций и новых типов. Для одной новой конструкции про-
ведено сравнение первоначальной стоимости и эксплуатационных
затрат. Рассмотрены также те изменения в конструкции печей,
10	Предисловие
которые вызваны широким применением в США природного га-
за, передаваемого по дальним трубопроводам.
В седьмой главе обращено внимание на правила техники без-
опасности и рассматриваются мероприятия по обеспечению без-
опасной эксплуатации печей.
К технической литературе не приложимо указание Горация о
том, что книга должна храниться 9 лет прежде чем быть опубли-
кованной. Автор все же частично следовал этому правилу, мно-
го раз переделывая и исправляя текст.
За время, истекшее с 1941 г., когда было выпущено второе
издание книги, автор много занимался испытаниями промыш-
ленных печей. Поэтому в данном издании сравнительно боль-
шая часть материала основана на личном опыте.
Автор благодарит всех, кто принял участие в том, чтобы дан-
ной третье издание было вполне современной книгой.
Январь 1955 г.
В. ТРИНКС
ВВЕДЕНИЕ
Промышленные печи служат для получения и использования
тепла таким образом, чтобы нагрев изделий удовлетворял опре-
деленным техническим условиям при минимальной стоимости на-
грева, отнесенного к единице продукции.
Тепло получается путем сжигания топлива или преобразова-
ния электрической энергии. Для получения тепла может
использоваться также ядерная энергия (атомная энергия или
энергия расщепления ядра), однако до сих пор она еще не при-
меняется в промышленных печах. При выборе наиболее подхо-
дящего для данных условий источника тепла необходимо знать
как основные свойства различных видов топлива, так (хоть и в
меньшей степени) и оборудование для его подготовки. В гл. I со-
общаются эти сведения, а также рассматривается стоимость еди-
ницы тепла при использовании разных видов топлива. Стоимость
тепла, конечно, является только частью общей стоимости на-
грева.
В зависимости от рода и свойств топлива для его сжигания
требуется различное количество воздуха и применяется самое
разнообразное оборудование. В гл. II описано это оборудование,
а также устройства, служащие для превращения электрической
энергии в тепловую. В этой же главе пришлось коснуться вопро-
са о приборах для регулирования температуры и атмосферы в
печи. Однако эта аппаратура и принципы ее устройства заслу-
живают особого внимания. Поэтому в гл. III рассматривается
вопрос о регулировании температуры. Гл. IV посвящена частич-
но влиянию печной атмосферы на садку, а главным образом —
регулированию атмосферы в печи.
Требование обеспечить минимальную стоимость нагрева еди-
ницы продукции привело к развитию разнообразных приспособ-
лений как по механизации работы печи, включая способы пере-
мещения садки, так и по методам ремонта. При применении ав-
томатических устройств для подачи топлива в печь и для регу-
лирования его расхода (в зависимости от производительности)
экономится труд. В главе V детально рассказывается об этих
приспособлениях и дополняются их описания, данные в преды-
дущих главах.
Хотя сравнения не всегда уместны, но, когда нужно выбрать
соответствующее различным условиям топливо и надлежащую
конструкцию печи, эти сравнения должны быть сделаны. Имея
12	Введение
это в виду, автор написал гл. VI с целью дать критическое срав-
нение различных типов печей и топлив (или электроэнергии вме-
сто топлива). Это сравнение базируется на материале всех пре-'
дыдущих глав, а также 1-го тома. Даны некоторые примеры, ко-
торые показывают, в какой степени на выбор источника тепла и
типа печи влияют местные условия и специфические для данной
установки требования.
Глава VII посвящена технике безопасности при обращении с
топливом и использовании электрической энергии, а также
предупреждению аварий из-за неисправности механизмов.
ГЛАВА I
ТОПЛИВО И ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЭНЕРГИЯ
1.	ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ТОПЛИВЕ
Для лиц, имеющих дело с промышленными печами, важно
знать свойства топлива, возможности его приобретения и срав-
нительную стоимость.
В промышленных печах сжигаются следующие топлива.
1.	Газообразные топлива: а) с высокой теплотвор-
ностью (богатые газы) — природный, светильный, коксовый, во-
дяной, нефтезаводской газы, бутан и пропан;
б) с (низкой теплотворностью (бедные газы) — генераторный
(неочищенный и очищенный), доменный, смешанный (коксовый
с доменным).
2.	Жидкие топлива, начиная с легких погонов нефти —
керосина, солярового масла и др., до тяжелых остатков — мазу-
та и смолы.
3.	Твердые топлива: уголь и кокс, сжигаемые на ко-
лосниковых решетках, а также угольная пыль.
Электрическая энергия, не будучи топливом, заменяет
последнее, так как она может быть легко превращена в тепло.
Ядерная (атомная) энергия пока еще не применяется для на-
грева в промышленных печах.
Примерные характеристики некоторых важнейших топлив
приведены в табл. 1.
Выражение «адиабатная температура горения» или «теоре-
тическая температура горения» обозначает ту температуру, ко-
торая получилась бы при сжигании топлива с теоретически не-
обходимым количеством воздуха при постоянном давлении в хо-
рошо изолированной камере. Теоретическая температура горения
различных видов топлива при разном подогреве и избытке воз-
духа показана на кривых рис. 1—10. При подсчете этих темпе-
ратур не принималась во внимание диссоциация газов ’.
1	Температуру горения, вычисленную без учета диссоциации продуктов
сгорания, в отличие от так называемой теоретической в СССР принято назы-
вать калориметрической температурой горения.
В соответствии с этим следует считать, что на рис. 1—10 н в дальнейшем
тексте представлена не теоретическая, а калориметрическая температура го-
рения. (Ред).
14
Топливо и электрическая энергия
Состав и тепло А Газообразное						
Топливо	Состав сухого топлива при 20* и					
	со,	со	сн4	С,н4	с.н.	
Природный газ1	 Коксовый газ	 Неочищенный генераторный газ 		 Очищенный генераторный газ ........... Доменный газ 	 Водяной газ 	 Светильный (каменноуголь- ный газ) 	 Светильный (обогащенный водяной газ) 	 Смешанный газ8	 Товарный бутан 	 Товарный пропан 		2,2 7.5 9.71 12,5 3,5 4,6 2,9 3,46	6,9 20,5 19,03 25,4 43,5 5,5 18,2 13,84	87,0 34,2 3,0 2,78 0,7 36,6 23,9 28,3	2,6 0,19 4,6 8,1 6,92	II 1 1 1 1 1 1	II	
Б. Твердое и
Топливо	Состав в весовых				
	с	н,	о.	N,	
Каменный уголь (жирный малозоль- ный) 	 Каменный уголь (жирный многозоль- ный) 	 Бурый уголь (сухой)	 Бурый уголь (влажный) 	 Каменноугольная смола 	 Нефтетопливо № 2*	 Нефтетопливо № 6*8	 Нефтяной кокс (без золы и влаги)	79,86 70,00 59,9 41,93 86,742 86,5 86,8 93,4	5,02 5,00 4,37 3,06 6,00 12,6 10,2 3,8	4,27 8,00 18,64 13,С5 3,1 0,9	1,86 2,00 1,22 0,85 0,116 0,9	
Общие сведения о топливе
15
Таблица 1
творность топлив
топливо
давлении 760 мм рт. ст., % (объемные)				Теплотворность топлива, ккил/м*		Примечания
	н,	о,	N,	низшая	высшая	
	—	—	1,9	8820	9740	Кроме того, в состав газа входят, %: С3Н3—2,7; С4Н13—0,8;
	47,3	0,3	6,0	4440	4985	H2S-0,5; Н2О—1,8
	12.5	—	56,5	1232	1312	Из питтсбургского угля. Со- держание паров смолы рав- но 0,01 кГ/м3
	13,48	0,02	54,79	1137	1217	—
	3,5	—>	58,6	815	830	Н2О—1,45%
	47,3	0,6	4,4	2480	2696	—
	42,3	4,6	1,8	4778	5300	—
	38,3	4,8	3,8	4500	4735	—
	39,6	4,73	3,15	4600	5050	1 часть каменноугольного газа ретортного и 2 части обогащенного водяного га- за
	—	—	—	26400	28440	С4Н1в	93 % , CgHg—7%
				21020	22810	Данные основаны на 100% С3Н8. Товарный пропаи часто содержит и другие газы
жидкое топливо
процентах				Теплотворность ккал/кГ		Примечания
	S	н,о	зола	низшая	высшая	
	1,18	—	7,81	7810	8040	—
	2,00	—	13,0	6900	7090		
	2,65	—	13,22	5495	5590	Средний состав
	1,86	30,0	9,25	3840	3925	-—.
	0,745	3,2	0.G97	8790	9G80		
	0,7	О2-|-М2-|-зола=0,2		10200	1С800	—
	2,0	О2-]-М2-]-зола= 1,0		9680	10130	—
	1,0	—	—	8800	8960	Золы—1% (высушенный об- разец)
П родолжение табл. 1
В Продукты сгорания
Полное сгорание с теоретическим количеством
воздуха
Топливо	расходу- ется воздуха кГ газа	получается продуктов сго- рания, кГ/нмя газа				теоре- тическая темпера- тура го- рения °C»
		со,	Н2О	N.	всего	
Природный газ		12,88	2,18С	1,610	9,830	13,620	2016
Коксовый газ 		6,090	0,914	0,978	4,7оС	6,592	2038
Неочищенный генераторный газ (битуминозный)	....	1,438	0,607	0,147	1,770	2,524	1604*®
Очищенный генераторный газ	1,318	0,594	0,151	1,54с	2,285	1610,0
Доменный газ 		0,839	0,705	0,027	1,335	2,067	1427
Водяной газ			2,710	0,880	0,370	2,130	3,380	2260,0
Светильный (каменноугольный газ)	6,200	1,038	0,948	4,778	6,764	2060,0
Светильный (обогащенный во- дяной газ)			5,640	1,144	0,787	4,370	6,301	2099
Смешанный газ4		5,800	1,102	0,835	4,493	6,431	2093
Товарный бутан 		37,600	6,061	3,101	29,07i	38,230	2104
Товарный пропан		29,420	4,635	2,635	22,690	29,960	2016
Топливо	Расходу- ется воздуха кГ/кГ	Получается продуктов сгорания кГ/ кГ топлива				Теорети- ческая темпера тура горения °св
		сол	НгО	N,	всего	
Каменный уголь (малозольный) Каменный уголь (многозоль-	10,8	2,953	0,452	8,318	11,723	2216
ный)			9,53	2.61	0,45	7,34	10,40	2182
Бурый уголь (сухой) ....	7,72	2,25	0,393	5,045	7,688	2060
Бурый уголь (влажный) . . .	5,405	1,575	0,575	4,163	6,313	1888
Каменноугольная смола . . .	12,05	3,18	0,572	9,30	13.052	2232
Нефтетопливо Ns 2		14,43	3,17	1,134	11,103	15,4и7	2149
Нефтетопливо № 6 .....	13,64	3,18	0,912	10,50	14,592	2104
Нефтяной кокс		13,13	3,43	0,342	10,35	14,122	2116
* Здесь дан примерный состав. Вообще же состав газа колеблется в широких преде-
лах в зависимости от территориального расположения газовых скважин.
8Смешанный газ здесь обозначает смесь ретортного каменноугольного и обогащен-
ного водяного газов. В практике металлургических заводов к смешанному газу относят
смесь коксового и доменного газов.
я См также рис. I—10.
* См. сноску 2.
6 См. также рис. 1—10.
* Соответствует газойлю.
** Соответствует мазутам.
*3 Эта величина не имеет практического значения н дана здесь только для полноты
таблицы Неочищенный генераторный газ подается к печи горячим Если газогенератор
расположен вблизи печи, то теоретическая температура горения равна примерно 1730*.
Рис. 1. Теоретическая температура
горения природного газа при раз-
личном подогреве воздуха:
/ — стехиометрическая смесь; 2 — 15% из-
бытка или около 31% недостатка воздуха;
3 — 30% избытка или около 47е/» недостатка
воздуха; 4 — ЗО’/v избытка воздуха, 5 — сте-
хиометрическая смесь
Рис. 2. Теоретическая температура
горения водяного газа при различ-
ном подогреве воздуха:
1 — стехиометрическая смесь; 2 — 15% из-
бытка или 27% недостатка воздуха; 3 — 30%
избытка или около 41% недостатка воздуха;
4 — 30°]» избытка воздуха; 5 — стехиометри-
ческая смесь
Температура воздуха,
Рис. 3. Теоретическая температура
горения очищенного генераторного
газа при различном -подогреве вэз-
г духа:
/ — стехиометрическая смесь; 2 — 15% из-
бытка или около 9% недостатка воздуха;
3 — 30% избытка или около 19% недостатка
воздуха; 4 — 30% избытка воздуха; 5 — сте-
хиометрическая смесь
Рис 4. Теоретическая температура
горения неочищенного генераторного
газа при начальной температуре газа
538° и при различном подогреве
воздуха:
/ — стехиометрическая смесь; 2 — 15% из
бытка или около 15% недостатка воздуха;
$ ~ 30% избытка или около 26% недостатка
воздуха; 4— 30% избытка воздуха; 5 — сте-
хиометрическая смесь
8 В, Трввкс. Промышленные печи
Рис. 5. Теоретическая температу-
ра горения доменного газа при
различном подогреве воздуха:
/ — стехиометрическая смесь: 2—15% из-
бытка или около 10% недостатка воздуха;
3 — 30э/е избытка или 14®/о недостатка воз-
духа; 4—30% избытка воздуха, 5— стехио-
метрическая смесь
Рис. 6. Теоретическая температура
горения коксового газа при различ-
ном подогреве воздуха:
/—стехиометрическая смесь; 2—15% из-
бытка или около 20°/» недостатка воздуха;
3 — 30% избытка или около 32Уо недостатка
воздуха; 4 — 30°/о избытка воздуха; 5 — сте-
хиометрическая смесь
Рис. 7. Теоретическая температура
гсреяия нефтетоплива № 6 (ма-
зута) при различном подогреве
воздуха:
/ — стехиометрическая смесь; 2—15% из-
бытка или около 21 % недостатка воздуха;
3— 307® избытка или около 31“/» недостатка
воздуха-. 4 — 30% избытка воздуха; 5 — сте-
хиометрическая смесь
Рис. 8. Теоретическая температура
горения нефтетоплива № 2 при раз-
личном подогреве воздуха:
/ — стехиометрическая смесь. 2 — 15% из-
бытка или около 22J/o недостатка воздуха;
3 — 30°/» избытка или около 34°,' недостатка
воздуха; 4 ~ 30% избытка воздуха; 5 — сте-
хиометрическая смесь
Общие сведения о топливе
19
Теплосодержание продуктов сгорания на единицу веса для
различных видов топлива дано в главе III первого тома, в раз-
деле, озаглавленном: «Тепло, уносимое из печи продуктами сго-
рания».
Ниже показано, какой процент углекислого газа при атмос-
ферном давлении постоянно диссоциирует в объеме смеси, состоя-
Рис 9. Теоретическая температура
горения неочищенной каменноуголь-
ной смолы при различном подогреве
воздуха:
/ __ стехиометрическая смесь; 2 — 15%
бытка или около 22/о недостатка воздуха.
3 — 30% избытка или около 33% недостатка
воздуха; 4 — 30% избытка воздуха, 5 — сте-
хиометрическая смесь '
Рис. 10. Теоретическая температура
горения угля при различном подо-
гр езе воздуха:
/—стехиометрическая смесь; 2—15% из-
бытка или около 23% недостатка воздуха;
J — 30% избытка или около 33% недостатка
воздуха, 4 — 30% избытка воздуха; 5 — сте-
хиометрическая смесь
щей из 21%СОг и 79% N2 в зависимости от температуры. При
низких парциальных давлениях процент диссоциации может
удвоиться.
При температуре, которая наблюдается в промышленных на-
гревательных печах, влиянием диссоциации, очевидно, можно
принебречь. Она приобретает значение в высокотемпературных
плавильных печах, которые, однако, в данной книге не рассмат-
риваются.
1230°...........0,07	%
.	1370° ....	. 0,34 %
1510°...........0,70	%
1650°.......... 1,65	%
Если используется смесь из топлива двух видов, то теоретиче-
ская температура горения смеси будет находиться между тем-
20
Топливо и электрическая энергия
пературами каждого из топлив и может быть подсчитана как
средневзвешенная (пропорционально количествам каждой со-
ставляющей смеси). Когда сжигается, например, доменный гза
в смеси с таким же количеством коксового при температуре воз-
духа 200°, теоретическая температура горения может быть взя-
та с достаточной для практических надобностей точностью, рав-
ной 0,5(2164,4+1510,0) =1847,0°.
Для данного вида топлива при относительно большом разли-
чии химического состава теоретическая температура горения ме-
няется очень мало, так как топливо низкой теплотворности долж-
но нагреть меньшее по весу количество продуктов сгорания, чем
топливо (высокой теплотворности.
Практически в печах никогда не достигается теоретическая
температура горения. В том случае, когда сжигание осуществ-
ляется в хорошо изолированной камере, выходное отверстие ко-
торой защищено от чрезмерного излучения, можно достигнуть
температуры, равной 95—96% теоретической.
Когда садка нагревается в печи, то в течение всего про-
цесса горения продукты сгорания отдают тепло садке.
В результате фактически достигаемая температура пламени
равна примерно 70% теоретически возможной. (В Европе отно-
шение фактически достигаемой максимальной температуры
к теоретически возможной максимальной называется пиро-
метрическим коэффициентом полезного действия). Из вышеска-
занного следует, что наиболее высокой температуры пламени
можно достичь в том случае, если пропускать через печь боль-
шой объем продуктов сгорания при быстром сжигании топлива.
Низкие же температуры горения получаются тогда, когда про-
дукты сгорания отдают свое тепло садке при медленном сгора-
нии топлива. Величина пирометрического коэффициента полез-
ного действия в 70% является средним значением. Она колеб-
лется от низких величин — 50%—до высоких — 85 или даже
90%.
Часто горение происходит с недостатком или избытком воз-
духа. Влияние отклонения фактического количества воздуха от
теоретически необходимого показано на рис. 1 —10.
2.	ГАЗООБРАЗНОЕ ТОПЛИВО
Из трех родов топлива — газообразного, жидкого и твердо-
го— первое обладает рядом существенных преимуществ. Газ
легко подвести к любому количеству печей. Большинство газов
можно сжечь бездымно даже в холодной печи. Газ можно без
подготовки смешать в необходимой пропорции с воздухом, его
Газообразное топливо
21
расход легко точно измерить. При сжигании газа можно легко
регулировать температуру и атмосферу, а также распределение
температуры в печи.
Природный газ
Этот газ можно использовать в том виде, в каком он выходит
на поверхность земли. В США природный газ добывается во
многих штатах и по трубопроводам транспортируется в другие
штаты.
Таблицы состава и теплотворности природного газа, добы-
ваемого из всех скважин в Соединенных Штатах Америки, содер-
жатся в бюллетене № 486 Горного бюро США под названием:
«Природные газы, содержащие гелий, в США». Таблицы состав-
лены Андерсоном и Гинсомом и опубликованы в 1951 г.1. На
141 страницах этих таблиц перечислены природные газы с теп-
лотворностью от 3150 до 13 400 ккал!нм3. Поскольку объем воз-
духа, необходимый для сжигания единицы объема газа, прибли-
зительно пропорционален теплотворности последнего, потреб-
ность в воздухе для сжигания природных газов колеблется в ши-
роких пределах. Приведенный в табл. 1 состав является сред-
ним и тем не менее соответствует составу большинства природ-
ных газов, транспортируемых по трубопроводам, поскольку ос-
новной из них — техасский, передаваемый на большие расстоя-
ния, смешивается с газами близлежащих месторождений. Хотя
при смешивании и не стираются различия в их составе, они все
же значительно уменьшаются.
Природные газы с высокой теплотворностью содержат газо-
образный бензин, бутан и пропан. После удаления этих состав-
ляющих получается так называемый «сухой газ». Этот термин
не имеет отношения к влажности топлива.
Природный газ является наиболее подходящим топливом для
промышленных печей. Он транспортируется по трубопроводам
к промышленным центрам почти каждого штата США. Высокая
теплотворность природного газа усредненного состава позво-
ляет передавать его по трубопроводам относительно малого
сечения. Газ чист и, за небольшим исключением, не содержит
серы. При перерывах в потреблении не требуется особых затрат
В СССР также много месторождений природного газа. Благодаря ин-
тенсивной разведке их продолжают открывать в новых районах. От место-
рождений газ по трубопроводам транспортируется за тысячи километров.
Добыча и потребление природного газа бурно растут. Химический состав' и
теплотворность природных газов, добываемых во всех месторождениях
СССР, приведены в книге И. В. Высоцкого «Основы геологии природного
газа», Гостоптехиздат, 1954. (Ред.)
22
Топливо и электрическая энергия
на хранение газа, так как сама земля не только является есте-
ственным, но может стать и искусственным резервуаром. Пос-
леднее подтверждается практикой накачивания природного газа
в течение летнего периода из отдаленных скважин в заброшен-
ные близлежащие скважины. Однако в районах, расположенных
на некотором расстоянии от скважин с большим дебетом, спрос
на газ в наиболее холодные зимние дни превышает его запасы.
Поэтому перед промышленными потребителями ставится дилем-
ма: либо установить специальное оборудование для хранения
другого запасного топлива, либо прекращать работу печей в хо-
лодные дни, так как нельзя требовать от бытовых потребителей,
чтобы они сооружали хранилища, тем более, что цены на газ для
бытовых целей на 50—60% выше, чем для промышленного пот-
ребления.
Поскольку природный газ почти целиком состоит из углево-
дородов, он может гореть (если нужно) светящимся пламенем.
Высокое содержание в газе углеводородов препятствует подо-
греву природного газа в регенераторах или рекуператорах, так
как при высоких температурах углеводороды разлагаются и за-
грязняют газоходы сажей. Кроме того, экономия благодаря по-
догреву природного газа незначительна, поскольку .вес газа со-
ставляет менее 715 веса газовоздушной смеси. Смесь же, содер-
жащая немного природного газа и большое количество домен-
ного, может быть подогрета без образования сажи, по-видимо-
му, по той причине, что выделяющийся из природного газа уг-
лерод может соединяться с СО2, содержащимся в доменном газе.
Цена единицы тепла природного газа зависит от многих пере-
менных величин, главными из которых являются стоимость про-
кладки трубопроводов и расходы на эксплуатацию компрессор-
ных станций. Последние необходимы из-за значительных рас-
стояний между производящими скважинами и местами потреб-
ления. Питтсбургский район в США справедливо считается ти-
пичным с точки зрения снабжения газом, так как он получает
природный газ из Пенсильвании, Западной Виргинии и Техаса.
В этом районе цена 1 л3 природного газа составляет 5,3 цента,
если в месяц потребляется менее 28,3 лг3. Цена падает до 1,4 цен-
та за 1 л3, если месячное потребление больше чем 576 тыс. лг®.
В 1952 г. в Питтсбургском районе низшая теплотворность смеси
природных газов составила 8360 ккал/м3 при температуре 15,6°
и давлении 760 мм рт. ст.
Необходимо упомянуть о том, что в обычных отчетах о хими-
ческом составе природного газа показывается некоторый про-
цент этана. В действительности газ содержит небольшой про-
цент более сложных углеводородов. Их заменяют условным ко-
личеством этана с той же теплотворностью.
Газообразное топливо
23
Коксовый газ
Этот газ получается при высокотемпературной перегонке
коксового или газового каменных углей.
В США, как правило, это превосходное топливо не доступно
для широкого потребления, так как является продуктом коксо-
вых заводов, обычно комбинируемых с металлургическими, ко-
торые потребляют газообразного топлива больше, чем выпу-
скают коксовые заводы. При этом потребление газа ограничи-
вается печами металлургических заводов. Из этого правила
представляют исключения заводы, которые производят кокс для
других отраслей промышленности. Однако такие случаи редки.
Иные условия в некоторых европейских странах, например
в Германии, где газ получают вблизи каменноугольных шахт и
транспортируют по трубопроводам на большие расстояния.
В Германии для плавки бедных железных руд требуется мно-
го кокса, в то же время доменный газ используется весьма эко-
номично, так что в результате образуется даже излишек коксо-
вого газа.
Количество тепла, /выделяемого при сжигании газа, полу-
чаемого при коксовании 1 кГ чистого угля с большим выходом
летучих, составляет 1830 ккал. Из этого количества тепла от 610
до 695 ккал расходуется на коксование 1 кГ угля и 110 ккал при-
ходится на извлекаемый из полученного газа бензол. Остается
для использования вне коксохимического производства
1056 ккал. В случае применения наилучших регенераторов при
высококвалифицированном обслуживании коксовых печей мож-
но увеличить это число до 1111 ккал. В случае использования
углей с низким содержанием летучих количество тепла, выделяе-
мого при сжигании газа, получаемого при коксовании 1 кГ угля,
снижается до 1389 ккал. При этом потребление тепла для кок-
сования 1 кГ угля остается прежним (принимаем 667 ккал),
а количество тепла, выделяемого при сжигании извлекаемого
бензола, понижается до 55 ккал. В этом случае для использова-
ния вне коксохимического производства остается только
667 ккал. Исходя из этих данных, можно подсчитать количество
тепла, получаемого при коксовании 1 кГ смеси углей с малым
и большим выходом летучих, составленной в любой пропорции.
Эти данные являются более надежными, чем показатели вы-
хода избыточного коксового газа, так как количество послед-
него изменяется в зависимости от утечек внутри или вне уста-
новки. Однако ряд инженеров предпочитают пользоваться дан-
ными выхода газа.
Одна тонна чистого угля с высоким выходом летучих (питтс-
бургского) дает от 197 до 200 м3 избыточного коксового газа.
Теплотворность коксового газа, .получаемого из питтсбургского
24
Топливо и электрическая энергия
угля, равна в среднем 5020 ккал!мъ (имеется в виду высшая
теплотворность, замеряемая при 16,7° и 760 мм рт. ст.). Соответ-
ствующее значение для газа, получаемого из смеси углей, рав-
но 4800 ккал)м3. Обе величины относятся к газу, из которого уда-
лен бензол.
Типичные анализы газа приведены в табл. 2.
Таблица 2
Типичный состав коксового газа
Вид газа	Компоненты, %							Удельный вес газа (относи* тельно воздуха}
	со.	С2Н4	О,	со	н,	сн4	N.	
Нормальный газ:
до извлечения бен-
зола ............
после извлечения
бензола ....
Обедненный газ:
до извлечения бен-
зола ..............
после извлечения
бензола .........
2,2
2,2
2,1
2,1.
6,0
6,0
5,6
5,7
0,44
0,42
0,38
0,35
Химический состав газа значительно меняется в зависимости
от сорта угля, продолжительности и температуры коксования,
присоса воздуха и других факторов. Никакими таблицами нель-
зя учесть все условия. Всюду, где можно, состав применяемого
газа следует определять с помощью химического анализа.
Низкий удельный вес коксового газа (в среднем около 0,39
по отношению к воздуху) объясняется большим содержанием
в нем водорода и метана. По этой же причине не высока и низ-
шая теплотворность коксового газа. Для приведенного в табл. 2
нормального газа она составляет около 4515 ккал!м?. Присут-
ствием в газе углеводородов, диссоциирующих при медленном
горении, обусловливается яркое пламя, если только до начала
горения газ полностью не смешивается с воздухом. Кроме ука-
занных выше компонентов, каждый кубический метр газа со-
держит около 8 г сероводорода и 0,344 г сероуглерода.
Стоимость 1 мгкал коксового газа должна бы определяться
так же, как стоимость других видов топлива. Однако при каль-
куляции этой стоимости встречаются трудности, так как коксо-
вый газ обычно (по крайней мере в США) рассматривают как
отход производства и потому считают, что он ничего не стоит.
Газообразное топливо
25
На большинстве металлургических заводов стоимость коксово-
го газа приравнивается к стоимости топлива, замещаемого га-
зом. В 1952 г. на металлургических заводах, расположенных
вдоль рек Мононгахела и Огайо, газ расценивали по 0,565 цен-
та за 1 №. если его использовали для металлургических процес-
сов. Если же газ сжигали в топках паровых котлов, заменяя
уголь, то его расценивали всего в 0,282 цента за 1 м3. Разница
в цене представляет собой стоимость переработки угля в газ.
Стоимость газа всегда прямо пропорциональна стоимости угля.
При подсчете количества коксового газа, потребляемого на
металлургическом заводе, следует учитывать 'необходимость его
запаса для регулирования потребления. Иногда количество га-
за, подаваемого в печь, необходимо временно увеличить против
среднего расхода. В этом случае газ заимствуется за счет ко-
тельных. В них, как правило, при'обычных условиях сжигают
от 6 до 8% производимого коксового газа. Когда потребность
в газе для печей увеличивается, в котельную его подается мень-
ше. Недостающий газ для котлов восполняется углем.
Водяной газ
Водяной газ получают при продувании пара через слой рас-
каленного угля. При низких температурах (около 500°) образу-
ются углекислый газ и водород, при высоких же температурах
(870° и выше) —окись углерода и водород.
При температурах между 500 и 870° получаются окись угле-
рода, углекислый газ и водород. В процессе продувания тепло
отнимается от слоя топлива, и температура его понижается. При
чрезмерном падении температуры в состав водяного газа, кроме
указанных компонентов, входит неразложившийся водяной пар.
В настоящее время еще не создан практически выгодный спо-
соб непрерывного получения водяного газа в одном и том же
газогенераторе. Объясняется это тем, что при разложении во-
дяного пара на кислород и водород расходуется больше тепла,
чем выделяется при соединении углерода с кислородом. При-
ходится вести процесс периодически: сначала при помощи воз-
душного дутья топливо нагревают до раскаленного состояния,
затем через тот же генератор продувают пар до тех пор, пока
температура не снизится настолько, что получается недоброка-
чественный газ. Эти периоды процесса (называют: первый — пе-
риодом горячего (воздушного) дутья и второй — периодом во-
дяного газа.
Периодичность процесса заставляет применять два газоге-
нератора с небольшим газгольдером или один 'газогенератор с
крупным газгольдером. В последнем случае, если газ расходу-
26
Топливо и электрическая энергия
ется в том же количестве, в каком производится, емкость газ-
гольдера может не превышать часовой производительности ге-
нератора. Такие установки в настоящее время работают авто-
матически. Автоматика дает возможность работать с коротки-
ми циклами (меньше 2 мин.), в результате чего получается газ
однородного состава.
При использовании физического тепла уходящих газов для
производства пара, применяемого в газогенераторах, коэффици-
ент полезного действия процесса может быть доведен до 70%.
В противном случае он достигает 50—55%.
Как правило, водяной газ очищают. Он проходит через си-
фонный затвор, мокрый скруббер, а также при необходимости —
через сероочистку.
Водяной газ богат окисью углерода и поэтому ядовит. Его
слабосветящееся пламя имеет синий оттенок, отсюда его второе
название — «блаугаз» (синий газ). Это название обычно упот-
ребляют для игличия водяного газа от обогащенного водяного
газа. Последний получают путем карбюрирования блаугаза для
повышения светимости. Теплотворность обогащенного водяного
газа составляет около 4900 к,кал!нм\ При сжигании водяного
газа можно получить самую высокую температуру горения в
сравнении с другими распространенными промышленными га-
зами. По этой причине он использовался одно время в большом
количестве для сварки. Однако, после того как электросварка
повсюду заменила сварку с использованием водяного газа, пот-
ребление последнего сократилось. Водяной газ является хоро-
шим топливом, но капитальные затраты на сооружение устано-
вок и эксплуатационные расходы при его производстве так вы-
соки, что в настоящее время этим газом пользуются только в
крайнем случае.
Городской газ
В городах, в которых нет природного газа или где количество
его недостаточно, для промышленных печей используют искус-
ственный газ. Этот газ, называемый часто городским или све-
тильным, бывает разного происхождения: каменноугольный (ре-
тортный), водяной, нефтяной или смесь двух или всех назван-
ных газов. Смесь водяного и нефтяного газов образует обога-
щенный водяной газ. Наиболее часто по газовым сетям таких
городов распределяют смесь обогащенного водяного и камен-
ноугольного газов. В некоторых коммунальных газовых уста-
новках эти газы не смешивают, а подают по отдельным газо-
проводам.
Каменноугольный газ получают в ретортах, нагревая газо-
вый уголь до красного каления. В качестве побочных продуктов
Газообразное топливо
27
получают кокс, ретортную сажу, смолу и аммиачную воду. Из
одной тонны угля получают в среднем 280—310 м3 газа и 550—
590 кГ кокса. Теплотворность этого газа около 5300 ккал1нм3.
Полученный из реторт газ подвергают очистке от пыли и сер-
нистых соединений.
Средний химический состав и теоретическая температура го-
рения каменноугольного и обогащенного водяного газа, а также
их смеси даны в табл. 1. Стоимость городского газа в США ме-
няется в зависимости от места его производства и от расхода.
Газ нефтеперерабатывающих заводов
При крекинге нефти получают в качестве отходов нефтяной
кокс и газ. В последнем содержатся водород и углеводороды
различного состава. Теплотворность этого газа колеблется меж-
ду 11 570 и 17 800 ккал/нм', хотя на многих заводах диапазон
колебаний уже — от 12 500 до 15000 ккалр-иг'3. В том случае,
когда завод-потребитель расположен вблизи нефтеперераба-
тывающего завода, использование газа крекинга выгодно для
обоих предприятий.
Г вибраторный газ
В современном понимании генераторным называется такой
газ, который получается при продувании смеси пара и воздуха
через слой раскаленного угля или кокса. Если продувают один
воздух, получают воздушный газ. Изменения соотношения коли-
чества воздуха и пара определяют различия в химическом соста-
ве газа. Этот состав меняется также в зависимости от сорта гази-
фицируемого топлива.
Процесс в газогенераторе делится на три стадии: сушку, воз-
гонку летучих и газификацию углерода. Ясно, что газ, получае-
мый из кокса или антрацита, совсем не содержит продуктов воз-
гонки, в то время как в газе, получаемом из газового угля, мно-
го разнообразных углеводородов. Большой объем добычи нефти
и природного газа в США привели к значительному снижению
потребления генераторного газа. Он используется большей ча-
стью как запасное горючее, когда в распоряжении предприятия
не имеется более подходящего топлива.
Неочищенный генераторный газ
Горячий газ, выходящий непосредственно из газогенератора,
называют неочищенным генераторным газом. Неочищенный газ
часто сжигается в крупных печах. В этом случае газогенератор-
ную установку и печь (или печи) следует располагать как можно
28
Топливо и электрическая энергия
ближе друг к другу, чтобы использовать физическое тепло само-
го газа и теплотворность несконденсировавшихся паров смолы.
Производство неочищенного генераторного газа включает в
себя следующие операции: доставку угля или кокса к бункеру,
расположенному над генератором; регулирование скорости пи-
тания генератора углем для поддержания слоя топлива над-
лежащей толщины, шуровку или выравнивание слоя топлива;
Таблица 3
Стоимость газификации
S
Стоимость
о
&
к
Производительность
(газифицируется уг-
ля), m/час . . . .
Стоимость газифика-
ции 1 т угля, долл.
удаление золы и шлака, регулирование соотношения воздух —
пар; регулирование подачи воздуха и пара для поддержания по-
стоянного давления газа, ежедневную чистку газогенератора
(отбивку настылей со сте-
нок, при этом получается
бедный газ); еженедель-
ное выжигание газохо-
дов между генератором
и печью, продувку возду-
хом проходов для инстру-
ментов для очистки их от
смолы.
Несмотря на трудоем-
кость и неприятный ха-
рактер некоторых из этих
операций, неочищенный
генераторный газ безу-
словно дешевое топливо,
исходя из следующих дан-
2
4
3
1,85
1,00
1.И
Его стоимость может быть подсчитана
ных: стоимости угля, коэффициента полезного действия газогене-
ратора и стоимости газификации. Лучше всего газифицировать
кусковой уголь, у которого высокая температура плавления золы.
Коэффициент полезного действия новейших газогенераторов, от-
несенный к горячему газу, составляет 90 или даже 95%.
Стоимость газификации разных углей приведена в табл. 3.
Эти данные получены на газогенераторной установке, работаю-
щей почти на полную мощность.
В приведенную стоимость не включены расходы по организа-
ции управления, амортизации, накладные и прочие. При подсчете
принималось, что зарплата рабочего по эксплуатации равна 2
долл, в час. При других ставках стоимость газификации соот-
ветственно изменится.
В журнале «The glass Industry», март 1948 г. Ф. Г. Швальбе
опубликовал результаты подробного изучения стоимости гази-
фикации газового угля. Этот материал представлен в табл. 4.
Поскольку в последней указаны ставки зарплаты, стоимость га-
зификации легко пересчитать при других тарифных сетках.
Для повышения теплотворности неочищенного генераторного
газа были проведены опыты с дутьем, обогащенным кислородом.
Газообразное топливо
2S
Таблица 4
а. Характеристика работы установок
Показатели работы газогенераторов	1-я уста- новка	2-я уста- новка	3-я уста- новка
Количество, шт 	 .	. .	2	1	1
Диаметр, м 		3,05	3,05	2.44
Гспользование мощности, %			61,5	71,9	59,8
Количество угля, необходимого для производ- ств г пара на 24 часа работы, т 		4,38	2,70	1,35
б. Эксплуатационные расходы по газогенераторным установкам
Статьи расхода	1-я уста- новка	2-я уста- новка	3-я уста- новка
Зарплата за неделю, долл: обслуживающий персонал у газогенера- 'оров и паровых котлов (при средней зар- плате 1,25 долл, в час) 		210	210	210
уборка пыли (1 долл, в час)		32,00	16,00	16,00
подача угля и уборка золы (по 10 цен- ов на 1 т угля) 		52,27	28,70	15,30
выжигание отложений в газоходах каж- ,ые 6 дней (1 долл, в час)		8,00	8,00	8,00
ремонтные рабочие (1,65 долл, в час) . .	13,20	6,60	6,60
всего зарплата за неделю 		315,47	269,30	255,90
зарплата на 1 т газифицированного угля	0,641	0,676	1,783
(ектроэиергия за неделю (по 12 центов за em-ч)		28,80	14,40	13,20
Р монтные материалы, включая уголь, за- пас; ые части для газогенераторов, вспомо- гатепьного оборудования и паровых котлов, окрг.ска и пр. (недельная затрата)		60,00	30,00	30,00
Питательная вода для паровых котлов и охлаждения газогенераторов при рецирку- ляции воды. Затраты за неделю из расче- та 720 л на 1 т угля или 2,64 цента за 10е л 		9,35	5,45	2,73
Нефть, обтирочный и смазочный материал и прочие припасы за неделю 		6,00	3,00	3,00
Итого стон месть газификации 1 tn угля, за исключением стоимости самого угля, долл. . .	0,852	0,860	2,124
Стоимость газогенераторной установки, долл. Амортизационные расходы 1 т газифици- рованного угля, долл		125000,ОС	95000,00	75000,00
	0,488	0,635	1,005
Общая стоимость газификации 1 т угля, включая амортизацию, долл		1,340	1,495	3,129
30
Топливо и электрическая энергия
Повышение содержания кислорода в воздухе до 25% увеличило
теплотворность газа до 1635 ккал! нм3 по сравнению с первона-
чальной— 1420 ккал!нм* (Industrial Heating, июнь 1952 г. стр.
1058).
Очищенный генераторный газ
Неочищенный генераторный газ выходит из газогенератора
при температуре от 540 до 760°. При передаче по длинным трубо-
проводам его теплосодержание уменьшается, и конденсируются
пары смолы. Поэтому, если необходимо расположить газогене-
раторную установку на значительном расстоянии от печи или
если нужно подавать газ ко многим сравнительно небольшим
и разбросанным по территории предприятия печам, то газ при-
ходится охлаждать и очищать. Для этого требуется следующее
дополнительное оборудование: холодильник, смолоотделитель,
скруббер и газодувка. Очищенный генераторный газ можно пе-
редавать на большие расстояния по неизолированным трубопро-
водам. Однако вследствие низкой теплотворности такого газа
(около 1140 ккал/нм3) при передаче его на расстояние в сотни
метров приходится применять трубопроводы сравнительно боль-
шого диаметра или расходовать значительное количество элек-
троэнергии на повышение давления газа. Очищенный газ можно
хранить в газгольдерах, что весьма целесообразно при нерав-
номерном потреблении.
Вследствие удаления смолы и охлаждения газа коэффициент
полезного действия генераторного процесса снижается до 70%,
если физическое тепло неочищенного газа не используется для
получения пара. Стоимость производства очищенного газа выше,
чем неочищенного, вследствие увеличения капитальных и экс-
плуатационных затрат.
Очищенный газ горит прозрачным, несветящимся пламенем
даже в случае его подогрева в рекуператорах или регенераторах.
В 20-х годах очищенный генераторный газ считался наиболее
подходящим топливом для печей, разбросанных по территории
предприятия. В настоящее время в США он большей частью за-
менен природным газом и электрической энергией.
Доменный газ
Этот газ образуется в доменных печах при выплавке чугуна.
Он применяется для нагревательных печей только на заводах
с полным металлургическим циклом. На многих американских
металлургических заводах топливоиспользование организовано
столь расточительно, что для нагревательных печей газа не ос-
тается. На новейших же или модернизированных заводах благо-
даря повышению экономичности воздухонагревателей и усовер-
Газообразное топлизо
3i
шенствованию воздуходувок имеется даже излишек газа. Эти
достижения оказались возможными благодаря тонкой очистке
доменного газа. Чистый доменный 1аз подается также к печам.
При этом газгольдеры не применяют, а излишний газ сжигают
в атмосфере. Доменный газ смешивают с коксовым газом.
Такой газ называется смешанным.
Доменный газ исключительно ядовит. Теплотворность газа
настолько низка, что для использования его в печах с рабочей
температурой 1200° и выше необходимо подогревать до высокой
температуры не только воздух, но и газ.
Сжиженные газы
Эти газы состоят из углеводородных соединений от С3Н8 (про-
пан) до С4Ню (бутан). При комнатной температуре и атмосфер-
ном давлении они находятся в газообразном состоянии. При вы-
соком же давлении и комнатной температуре они переходят в
жидкость. Газы сжимают, охлаждают и накачивают в баллоны,
в которых их перевозят как жидкость, находящуюся под давле-
нием. Сжиженные газы извлекают из газов нефтеперерабатываю-
щих заводов. Они являются смесью газов разного химического
состава, что видно из табл. 5.
Сжиженные нефтяные газы перевозят в цистернах по желез-
ной дороге или на грузовиках. Стандартная емкость железнодо-
рожной цистерны равна 38 м3. Для автоцистерн не предусмотре-
ны стандартные емкости, так как в различных районах устанав-
ливают разные пределы тоннажа для грузовиков. Емкости
автоцистерн колеблются от 9,5 до 19 м3. В розничную продажу
газы поступают ,в стальных баллонах, вес газа .в которых состав-
ляет от 27 до 45 кг.
Продажные цены на сжиженный газ значительно меняются
по годам и зависят от удаленности потребителей от нефтяных
скважин и нефтеперегонных заводов. В зависимости от расстоя-
ния между потребителем и местом производства цены меняются
более чем вдвое.
Сжиженные газы часто используют как резервное топливо,
когда нехватает природного газа. Наибольшим спросом для этих
целей пользуется пропан. Чтобы приблизить этот газ по тепло-
творности и по количеству воздуха, необходимого для горения,
к природному газу, пропан предварительно смешивают с неболь-
шим количеством воздуха.
Во время второй мировой войны в некоторых термических пе-
чах сжигали бутан. Дополнительные сведения о сжиженных неф-
тяных газах можно найти в справочнике «Бутановые и пропано-
вые газы», изд-ibo Дженкинса, Лос-Анжелос 14, Калифорния.
Таблица 5
Характеристика сжиженных газов1
Свойства газов	Товарный пропан	Про пан-бута- новая см есь	Товарный бутан
Химический состав, %	 этан				2,50	0,75	
поопан 	 .	96,00	28,80	20,00
и зобу тан 		1,50	21,45	—-
чистый бутан 		—	49,00	80,00
Удельный вес жидкости при темпе- ратуре 15,6°		0,507	0,556	0,569
Вес 1 л жидкости при температуре 15,6°, кГ 		0,507	0,556	0,569
Объем газа при температуре 15,6° и давлении 760 мм. рт. ст. на 1 л жид- кости при той же температуре, л3 .	27,3	24,8	24,6
Удельный объем Таза при 15,6° и 760 мм. рт. ст., м3]кГ		0,54	0,45	0,43
Удельный вес газа по отношению к воздуху при 15,6° и 760 мм. рт. ст.	1,520	1,843	1,907
Температура вспышки в воздухе, °C	510—572	488—560	485—557
Расчетная максимальная температура горения в воздухе, °C		1993	1996	1999
Максимальная скорость распростра- нения пламени2 		290	304	304
Количество воздуха, необходимого для полного сгорания газа, лг’/ж3 	23,76	28,62	29,47
То же, кГ/кГ ...........	15,39	15,24	15,22
Состав продуктов полного сгорания 1 м3 газа, м3 СО2		2,99	3,66	3,78
Н2О		3,99	4,66	4,78
n2 		18,79	22,62	23,29
То же в пересчете на 1 кГ газа, кГ СО2		2,99	3,02	3.02
н2о		1,72	1,60	1,56
N2 		11,76	11,64	11,63
Максимальное количество СО2 к об- щему объему продуктов сгорания, %	13,71	13,94	13,97
Скрытая теплота испарения в точке кипения, ккал/кГ 		104	94	94,5
То же, ккал/л		59,6	60,3	62,0
Высшая теплотворность: ккал!нм3		22300	26800	27650
ккал/кГ . . ' 		12100	11910	11890
’ Расчеты основаны на данных Американской ассоциации по производству газовог
бензина
» Подсчитана по методу Американской ассоциации по производству газового бен -
вина.
Газообразное топливо
33
(Butane and Propane Gases, Jenkins Publications, Los Angeles,
14, California) *.
Природный газолин (газовый бензин)
Часть природного газа у месторождений сжимают и охлаж-
дают. Образующийся при этом конденсат в США называют га-
зовым бензином. Его состав значительно меняется в зависимо-
сти от территориального расположения газовых скважин. Это
топливо превосходно заменяет природный газ в холодные дни,
когда газ отключается. Однако им не всегда можно пользо-
ваться из-за недостаточных размеров его производства.
Разбавленный газ
Природный и газ нефтеперегонных заводов иногда «исправ-
ляют» для снижения их теплотворности для того, чтобы эти га-
зы можно было подавать к горелкам, предназначенным для
городского газа. С этой целью газы с высокой теплотворностью
смешивают с некоторым количеством воздуха или подвергают
неполному горению в паровоздушной атмосфере. Примене-
ние такого разбавленного газа в промышленных печах весьма
редко.
Нефтяной газ и нефтяной пар
Пока природный газ не был столь широко распространен-
ным топливом, на Тихоокеанском побережье США производи-
лось значительное количество нефтяного газа. Способ получе-
ния этого газа напоминает способ обогащения водяного газа
(блаугаза). В нефтяном газе содержится около 11°/0 СО, 27%
СН4, 53% Н2 и некоторое количество непредельных углеводо-
родов. Химический состав газа меняется в зависимости от сор-
та нефти, используемой для газификации, и от хода генератора.
Нефтяной газ является истинным газом.
Иногда легкие нефтепродукты, такие, как керосин или неф-
тетопливо № 1, сжигают в парообразном состоянии. Этот пар
подается к газовым горелкам, а не к нефтяным форсункам.
Легкие нефтепродукты, как (показано на рис. 11 и Па, при на-
гревании испаряются. В центральной трубе сжигается неболь-
шое количество топлива. Продукты сгорания охлаждаются
стенками трубы и барботируют через керосин у дна трубы.
Подымающиеся вверх пары нефти перегреваются у стенки тру-
1 В советской литературе можно иайти дополнительные сведения о сжи-
женных газах в книге Рябцева «Естественные и искусственные газы». Изд-ва
МКХ РСФСР, 1956. (Ред).
3 В. Тринкс. Промышленные печи
34
Топливо и электрическая энергия
бы и при выходе из испарителя при помощи регулирующей ап-
паратуры смешиваются с воздухом в заданной пропорции. В
том случае, когда испаряется керосин, парогенератор нужно
Рис. 11. Испаритель легкого нефтетоплива:
1 — регулирующая мембрана; 2— линия для передачи импульсов дав-
ления; 3—коленчатая муфта с внутренней нарезкой; 4—задвижка или
дроссельный клапан; 5—коллектор эжектора; 6—устройство для регу-
лирования мембраны; 7—центрирующий стержень; 8~эжектор, 9— на-
гнетательная насадка; 10—крестовина иа обводной выпускной линии;
//—паровой вентиль; 12 —обратный клапан; 13— мембрана регули-
рующего клапана (силовая мембрана); 14 — уравнительная линия;
15 — конденсатопровод; 16 — клапан поплавкового регулятора; /7—
поворотный обратный клапан; 18 — трубопровод топлива, 19 — дре
нажный кран; 20 — рама испарителя
чистить каждые две недели, так как нельзя полностью изба-
виться от крекинга паров керосина. При испарении более тяже-
лых нефтепродуктов генератор засоряется гораздо быстрее.
При охлаждении «иже температуры насыщения нефтяные па-
ры конденсируются. Поэтому паропроводы изолируют. Однако
Жидкое топливо
35
даже при соблюдении этой предосторожности пар можно пере*
дать на расстояние не более 18 м от генератора. Применяя соп-
Рис. Па. (продолжение
рис. 11):
Z — манометр, измеряющий
давление в коллекторе; 2 —
зажигающая горелка; 5—га-
зовая линия к зажигающей
горелке; 4 — туннель горе-
ния; 5 — перегреватель; 6 —
п арог енер а тор
ровождающий нагрев паропровода, можно значительно увели-
чить расстояние между генератором и печью.
3.	ЖИДКОЕ топливо
Для промышленных печей обычно применяют жидкое топли-
во двух видов: нефтяное и смолу. Керосин, газолин и спирт слиш-
ком дороги и поэтому их нельзя принимать во внимание в ка-
честве топлива. Они используются лишь для самых' малых печей
з*
36
Топливо и электрическая энергия
или в качестве резервного топлива в течение нескольких холод-
ных дней, когда природный газ дается только на бытовое пот-
ребление.
Жидкое топливо характеризуется рядом достоинств. Оно
легко может сохраниться над или под землей и в отдаленных от
печи местах. Для жидкого топлива некоторых видов не тре-
буется подогрев и они всегда готовы к употреблению, подобно
природному или городскому газам, но с тем дополнительным
преимуществом, что жидкое топливо можно подавать из храни-
лища в самую холодную погоду, в то время как природный газ
в холодные дни часто отключают. Использование жидкого топли-
ва не связано с теми потерями при хранении, которые неизбежны
при употреблении генераторного, водяного и некоторых других
газов. Регулирование температуры и атмосферы в печи не зави-
сит от обстоятельств, находящихся вне контроля обслуживаю-
щего персонала, что имеет место при пользовании газогенера-
торными установками. Жидкое топливо легко подается из хра-
нилища к печи и сжигается без заметных остатков золы.
Вязкость жидкого топлива меняется в зависимости от его
химического состава и температуры. Жидкое топливо некоторых
видов можно перекачивать и сжигать без предварительного по-
догрева, дрэд'ие виды нуждаются в подогреве. В зависимости от
свойств жидкого топлива подбирают оборудование для подго-
товки и подачи этого топлива к печи.
Нефтетопливо
Нефтетопливо состоит из углеводородов, которые остаются
после отгонки из сырой нефти светлых и наиболее летучих пого-
нов, — газолина, легроина, керосина. Поэтому нефтетопливо,
употребляемое для печей, является продуктом более тяжелым,
чем керосин.
Это может быть дистиллат (газойль, дизельное топливо), ко-
торый отбирается из перегонной установки после отгонки керо-
сина или снимается с более низкой секции фракционирующей
колонны. Большая часть тяжелого нефтетоплива представляет
собой остаток после перегонки или крекинг-процесса и называ-
ется мазутом.
Нефтетопливо разбито на классы и стандартизировано. Пер-
воначально в США было установлено 6 сортов, позднее от сортов
№ 2 и № 4 отказались. В классификации, принятой в 1948 г.,
сорт № 4 был восстановлен, а № 3 опущен. Табл. 6 взята из этой
классификации *.
1 Классификация качества и особенности применения жидкого топлива
в СССР приведены в книге Б. В. Лосикова, Н. Г. Пучкова, Б. А: Энглина
«Основы применения нефтепродуктов», Гостоптехиздат, 1955. (Ред.)
Жидкое топливо
37
В табл. 6 плотность 1 * * * У приведена только для нефтетоплив № 1
и 2. К тому же эта таблица не содержит других, интересных для
потребителей данных. Более полные сведения приведены в
табл. 7.
В течение многих лет (и в некоторой степени еще и сейчас)
удельный вес считался важной характеристикой нефтетоплива.
Причиной этого является зависимость между удельным весом
нефтетоплива и его вязкостью. Последняя же определяет ха-
рактер оборудования, необходимого для транспорта и распы-
ливания жидкого топлива. При комнатной температуре легкие
сорта топлива более текучи, чем тяжелые. Однако четкой и по-
стоянной зависимости между плотностью и вязкостью нет. Неф-
ти из различных месторождений с одинаковой плотностью ча-
сто характеризуются разной вязкостью. Последняя играет боль-
шую роль при сжигании нефтетоплива. Для измерения вязкости
требуются чувствительные измерительные приборы и затрачи-
вается много времени. Вязкость в градусах Бомэ легко и быстро
определяется при помощи ареометра. Таким образом, посколь-
ку существует хоть и не совсем определенная зависимость меж-
ду вязкостью и удельным весом, для характеристики жидкого
топлива обычно ограничиваются указанием его плотности.
На рис. 12 показана зависимость между теплотворностью
и удельным весом жидких топлив.
График показывает, что теплотворность на единицу веса лег-
ких сортов нефтетоплива высокая, а на единицу объема отно-
сительно малая.
Вязкость нефти при разных температурах должна учиты-
ваться при проектировании не только форсунок, но и вентилей
и нефтепроводов. Усредненные значения вязкости в зависимости
от температуры приведены на рис. 13. В действительности каж-
дой кривой соответствует полоса некоторой ширины. Это отно-
сится прежде всего к нефтетопливам № 4, 5 и 6.
Жидкое топливо до подхода к регулирующему вентилю или
к форсунке должно быть очищено. Даже в дистиллатах содер-
жатся твердые частицы, отделяющиеся от набивки сальников пе-
рекачивающих насосов.
Нефтепродукты часто продаюг не по весу, а по объему. По-
скольку их удельный объем значительно меняется в зависимости
от температуры, определять вес данного объема нефтетоплива
1 В США плотность жидкого топлива выражается тремя способами: по
удельному весу, в градусах Бомэ или в градусах АНИ (Американского неф-
тяного института). В каждом из этих определений плотность жидкого топ-
лива сравнивается с плотностью воды при 15°. Их отношения выражаются
141,5	140
следующими уравнениями: удельный вес = •---:---:-----=-------------
У	АНИ+131,5	° Бомэ + 130
Различие между градусами Бомэ и АНИ невелико.
38
Топливо и электрическая энергия
Технические условия
Сорт		Назначение	Минимальная температура вспышки °C	Максимальная температура застывания °C	Максимальное содержание воды и нерастворимого ос- , татка. %	Максимальное коксовое число в 10% - ном остатке при перегонке, %	содержание		
							2	ЗОЛЫ, %	
Кд №	1 2	Дистиллят для сжигания с предварительным испаре- нием Дистиллат для нужд до- машнего хозяйства, сжигае- мый в горелках, не требую- щих топлива № 1	38 или по стандарту 38 или по стандарту	—18 	7*2	Следы 0,10	0,15 0,35			
№	4	Нефтетопливо для сжига- ния без предварительного подогрева	54 или по стандарту	—7	0,50	—	0,10		
№	5	Мазуг для сжигания с не- большим предварительным подогревом	54 или по стандарту	—	1,00	—	0,10		
К:	6	Мазут для сжигания с пред- варительным подогревом, позволяющим пользоваться чрезвычайно вязким топли- вом	66 или по стандарту	—	2,0**	—			
** Поскольку при термообработке цветных металлов, в стеклоплавильных печах, при
Обжиге керамики и для других нужд необходимо малосернистое топливо, можно допус-
тить следующее максимальное содержание в нем серы в зависимости от сорта нефте-
гоплива, •/»	№ 1................. .....   0.5
№ 2.......................... 1,0
№ 4, 5 и 6 .......без ограничения
другие пределы содержания серы устанавливают только по взаимному соглашению
между покупателем и продавцом.
♦* Низшие или высшие температуры застывания могут определяться всякий раз. когда
это нужно для хранения илн потребления. При всех условиях, однако, нельзя требовать,
чтобы точка застывания была ниже 18°.
*’ Температуру дистилляции этого топлива на ЮТв можно определить в 225°. Этот
йогой используется главным образом в горелках без распиливания.
Жидкое топливо
39
на нефтетопливо
Максимальная тем-
пература дистил-
ляции. ®С
215
*s
330
360
1,316
Таблица 6
849,8
898,4
(26,4) (5,8)
(32,1) (81)
85,26 12,1
(638)
(92)
*4 Количество воды при дистилляции и нерастворимого осадка при экстрагировании
не должно превышать 2*/о Количество нерастворимого осадка ври экстрагировании не
должно быть больше 0.58/®. Это количество должно быть снижено, ес-
ли содержание воды и нерастворимого осадка не превыша-
ет IV».	।
Примечания. 1. В этой классификации принято, что нефтетопливо перемещается
в низший сорт, если оно отвечает всем нормативам последнего, а не одной какой-либо
норме.
2. Нефтетонлнво № I должно быть испытано на коррозийную агрессивность в течение
3 час. при температуре 50°. Погруженная в это топливо медная пластинка не должна
покрываться серым или черным налетом.
40
Топливо и электрическая энергия
Основные свойства иефтетоплив
Таблица 7
Свойства	L Керосин или 1 нефтстопли- | во № 1	Светлый дис- тиллят или нефтетопли- во № 2	Нефтетопли- во № 4	Нефтетопли- во №5	Нефтетопли- во № 6
Тип	Дистил- лят	Дистил- лят	Самый легкий остаток	Легкий остаток	Тяжелый остаток— мазут
Цвет	.			Светлый	Янтарный	Черный	Черный	Черный
Удельный вес, кГ/л ....	0,8251	0,8654	0,9279	0,9529	0,9861
Коксовый остаток, % . . . Свойства, играющие роль	Следы «	Следы	2,5	5,0	12,0
при транспортировке и распиливании				50,0	700,0
вязкость при 38°, ест .	1,6	2,6	15,0		
температура застывания.					
о°с 		Ниже -18	Ниже — 18	—12	—1	4-18
температура подогрева, необходимая для пе-					
рекачивания, °C . .	Темпера- тура на- ружного воздуха	Темпера- тура на- ружного воздуха	Не менее —9	Не менее 2	38
то же , для распылива-			Не менее —4		
ния, °C		Темпера- тура на- ружного воздуха	Темпера- тура на- ружного воздуха		55	90
Примеси %:					Макси- мально 2,8
серы . .	...	0,1	0,4*—0,7	0,4—1,5	Макси- мально 2	
нерастворимый остаток					
и влага ......	Следы	Следы	Макси- мально 0,5	Макси- мально 1,0	Макси- м ально 2,0
золы			Следы	Следы	0,02	0,05	0,08
Химический состав, %:					
кислород и азот ....	0,2	0,2	0,48	0,70	0,92
водород .......	13,2	12,7	11,90	11.70	10,50
углерод			86,5	86.4	86,1	85,55	85,7
Теплотворность ккал/кГ . .	11100	10800	10450	10300	10100
То же, ккал!л		9070	9350	9700	9800	9950
Погоны с меньшим содержанием серы предназначены для специальных целей.
Рис. 12. Зависимость между удельным весом и тепло-
творностью нефтетоплива (приближенная):
/ — теплотворность мазута, ккал/Л; 2 — теплотворность дистил-
лятного нефтетоплива, ккал} к! ; 3 — теплотворность дистиллят-
ною нефтетоплива. ккал/л*, 4 — теплотворность мазута, ккал/кГ
mi .
Рис. 13. Типичная зависимость между вязкостью и тем-
пературой нефтетоплив. Стрелки показывают макси-
мальный и минимальный пределы, установленные Бюро
стандартов США
42
Топливо и электрическая энергия
следует при определенной температуре, обычно при 15°. При из-
мерении количества топлива в нефтехранилищах также нужно
учитывать его температуру.
Как правило, легкие сорта жидкого топлива дороже мазута.
Жидкое топливо перевозят в танкерах, баржах, железнодорож-
ных цистернах и автоцистернах. Стоимость его существенно ме-
няется в зависимости от вида транспорта и расстояния от неф-
тяных месторождений до потребителя.
Смола
Рис. 14. Зависимость вязкости смолы
и пека от температуры:
Л 2 — каменноугольная смола, полученная
на двух разных коксовых заводах, 3 — ото-
гнанная смола, 4 — смесь смолы и пека
смо-
Удель-
Хими-
почти
массы
i полу-
Смола образуется при перегонке каменного угля при высокой
температуре. Типичный состав смолы следующий: 86.7% углеро-
да, 6% водорода, 0,1 % азота,
0,8% серы, 3,1% кислорода,
0,1% золы, 3,2% воды. Чер-
ная окраска смолы объяс-
няется присутствием тончай-
ших частиц углерода (около
4%), плавающих в ней во
взвешенном состоянии. Выс-
шая теплотворность
лы — 9080 ккал!кГ. I
ный вес— 1,14 кГ/л.
ческий состав смолы
тот же, что и горючей
угля, из которого она
чена.
На рис. 14 показана зави-
симость между вязкостью и
температурой смолы. Кри-
вые 1 и 2 дают низший и высший пределы. Вязкость смолы, по-
лученной из одного исходного сырья, меняется в зависимости от
влажности и технологии перегонки угля.
В холодном состоянии смола очень вязка. Для перекачки по
трубопроводам ее приходится подогревать. По ряду соображе-
ний ее нельзя подогревать выше 74—77°. Она содержит летучие,
которые, испаряясь, могут внести перебои в работу форсунок,
Кроме того, температура вспышки смолы низка и при возникно-
вении утечки из труб может возникнуть пожар. Если температу-
ру смолы в течение некоторого времени поддерживать выше 90°,
то на дне бака появляется осадок из твердого кокса.
Химическая промышленность потребляет летучие составляю-
щие (кислые фракции) смолы и поэтому их предварительно от-
гоняют и только остатки смолы сжигают. Эти остатки называют
отогнанной смолой, смоляным или асфальтовым пеком или пос-
Твердое топливо
43
ле более глубокой отгонки — пековым дегтем. Химический со-
став последнего не постоянен. В среднем в нем почти 90% угле-
лерода, количество же водорода снижено примерно до 5%.
Большая часть пека используется для дорожного строительства,
меньшая часть сжигается. Различное использование пека зави-
сит не от его химического состава, а от температуры размяг-
чения. От химического же состава зависит вязкость пека, что и
показано на ранее приведенном рис. 14.
При сжигании пека обычно одну его часть смешивают с двумя
частями смолы или с двумя частями нефти специального сорта,
в которой пек не отстаивается. Смесь подогревается до 105°.
( Смоляное масло
При низкотемпературной перегонке угля получается светлое
масло, называемое смоляным маслом. Оно является исходным
сырьем для получения ряда легких жидкостей: бензола, толуола
и др. Смоляное масло — превосходное топливо для дизелей, его
можно сжигать в промышленных печах наравне с нефтью.
В настоящее время производство этого продукта в США так не-
значительно, что он едва ли может рассматриваться в качестве
топлива для промышленных печей. Возможно, что положение в
будущем изменится, и тогда будет целесообразно более детально
исследовать свойства этого топлива.
4.	ТВЕРДОЕ ТОПЛИВО
Каменный уголь (в том числе и бурый), кокс, нефтяной кокс,
дрова, древесный уголь и торф — твердые топлива, которые
применяют в разных странах. Дрова, древесный уголь и торф так
редко применяют в качестве топлива для промышленных печей,
что о них здесь не стоит упоминать. Подача твердого топлива к
печи, за исключением угольной пыли, связана с рядом затрудне-
ний; при сгорании этого топлива остаются зола и шлак, которые
приходится удалять, что является вторым недостатком.
Горение твердого топлива на решетке нельзя так хорошо ре-
гулировать. как горение газообразного или жидкого топлива.
Даже регулирование горения тонкой угольной пыли только при-
ближается к эффективности регулирования горения топлива
описанных выше видов, однако не достигает ее.
'Уголь
Каменный уголь является, без сомнения, самым важным про-
мышленным топливом мира. Ряд других топлив — кокс, смолу,
коксовый, генераторный, доменный, ретортный и водяной газы,
44
Топливо и электрическая энергия
бензол, моторное топливо получают из угля. Уголь — это общее
название многочисленных сортов топлива с различными свойст-
вами и разной теплотворностью.
Рис. 15 дает некоторое представление о разнообразии углей
и их основных свойствах — содержании углерода, летучих, влаги
и теплотворности (беззольного топлива). На качество угля ока-
зывает большое влияние зольность и состав золы, а также со-
держание серы. На основании приближенного анализа, при-
веденного на рис. 15, невозможно определить все свойства угля.
Элементарный анализ позволяет сделать больше заключений,
но все же не дает исчерпывающих сведений, так как углеводо-
роды, входящие в состав угля, образуют между собой различные
соединения. Поскольку в настоящее время не существует надеж-
ного способа для предварительного точного определения свойств
данного сорта угля, прибегают к испытаниям и опытам1. Наибо-
лее верным остается старый способ длительного эксплуатацион-
ного испытания путем сжигания пробной партии в количестве не-
скольких вагонов. Из всех углей битуминозные (каменные) угли
имеют самое важное значение как для промышленных печей, так
и для коксования и газификации. Для получения водяного и ге-
нераторного газов применяют антрацит.
Свойства угля, проявляющиеся при сжигании на решетке,
в коксовых печах и в газогенераторах, зависят не только от хи-
мического состава угля, но и от его способности коксоваться и
спекаться. В США нет общепринятой простой классификации
углей по этим свойствам.
Спекающийся уголь содержит такие части, которые при на-
греве плавятся и вспучиваются. К этим углям обычно относят
угли с большим содержанием летучих, так называемые коксую-
щиеся и газовые жирные угли. Угли с меньшим содержанием ле-
тучих (тощие угли) не спекаются. Способность спекаться харак-
теризуется отношением количеств кислорода и водорода, со-
держащихся в угле. Спекающимися являются те угли, у которых
это отношение составляет от 1,0 до 2,0.
Свойства и пригодность угля для тех или иных целей в значи-
тельной степени зависят от количества и состава золы. Важней-
шими свойствами золы являются ее плавкость и вязкость в рас-
плавленном состоянии. В случае затруднений со шлакоудалением
рекомендуется послать пробу в научно-исследовательскую лабо-
раторию, где опытным путем определяют точку плавления золы.
Путем регулярного исследования проб угля можно избежать не-
1 Методы определения свойств топлива описаны в книге Зикеева Т. А
и Карелина А. И. «Анализ энергетического топлива». Госэнергоиздат, 1948.
(Ред.)
8880
4110
Рис. 15. Состав в »/о (на нижней диаграмме) и теплотвор-
ность угля различных сортов (на верхней диаграмме; теп-
лотворность приведена для беззольного топлива):
/ — бурый уголь; 2 — блестящий уголь С, 3 — блестящий уголь В-
4 — смолистый уголь; 5 — газовый уголь С; 6 — газовый уголь В;
1 — жирный уголь, 8 — кузнечный уголь; 9 — тощий уголь с повы-
шенным содержанием летучих; 10 — тощий уголь; // — антрацит
с повышенным содержанием летучих; 12 — антрацит
46
Топливо и электрическая энергия
поладок с газогенераторами, цепными решетками и пылеуголь-
ными топками.
Бурый уголь, или лигнит, содержит много влаги; он пригоден
для промышленных печей при условии возможности дешевой
сушки угля. Высушенный уголь очень гигроскопичен и легко
впитывает влагу из окружающего воздуха. Это свойство бурого
угля надо иметь в виду в случае применения его для промыш-
ленных печей. Высушенный бурый уголь вполне пригоден для
сжигания в промышленных печах.
По стоимости, отнесенной к одной калории, уголь безусловно
наиболее дешевое топливо. Однако ряд серьезных обстоятельств
делает нежелательным его применение для многих процессов
промышленного нагрева. Об этом подробно сказано в гл. VI.
Удельный вес каменного угля составляет от 1200 до 1765 кГ)мъ,
а его насыпной вес в среднем — 850 кг/м3.
Рядовым углем называют уголь в том виде, в каком он добыт
в шахте, не сортированный и не обработанный. В нем содержат-
ся и крупные куски и мелочь. В США кусковым углем называют
уголь, не просеивающийся через сито с отверстиями в 32 мм.
«Орешек» проходит через сито с отверстиями 32 мм, но задержи-
вается ситом с отверстиями 19 мм. «Мелкий уголь» проходит
через сито с отверстиями 19 мм1.
Угольная пыль
Как показывает само название, угольная пыль (называемая
также угольным порошком) представляет собой уголь, размель-
ченный до порошкообразного состояния. В США она, как и кус-
ковой уголь, мало применяется для промышленных печей. Для
большинства печей ее использование нежелательно. Угольную
пыль применяют в аварийных случаях, когда нет более подходя-
щего топлива1 2.
В тех же странах, где добывается мало нефти или природного
газа, уголь является основным топливом для промышленных пе-
чей. В западной Германии более 40% печей отапливаются пыле-
видным углем. Последний обладает специфическими особеннос-
тями, на которых необходимо хотя бы коротко остановиться.
1 Классификацию, состав и качество топлив в СССР читатель может най-
ти в книгах: А И Карелина «Состав и качество топлив СССР», Госэнерго-
издат, 1940; В. П. Ромадина «Пылеприготовление», Госэнергоиздат, 1953:.
«Твердое топливо, потребляемое электростанциями советского союза», МЭС
СССР, М., 1957 и др. (Ред )
2 Отопление угольной пылью некоторых печей цветной металлургии, на-
пример отражательных медеплавильных, шлаковозгоночных, печей с кипящим
слоем для эндотермических процессов и др, технологически вполне целесо-
образно и находит довольно широкое применение. (Ред.)
Твердое топливо
47
Тонкость помола. Размеры наиболее крупных частиц
угольной пыли определяют длину пути горения. Если не учиты-
вать этого обстоятельства, то из пространства, где происходит
сжигание, будут улетать несгоревшие частицы топлива. Поэтому
тонкость помола имеет большое значение и должна всегда из-
меряться. На практике тонкость помола оценизается по коли-
честву угольной пыли, которая просеивается через определенное
стандартное сито. Размерь: стандартных сит, применяемых
в США, приведены в табл. 8. Наиболее принятой характеристи-
кой тонкости помола служит процент пыли, проходящей через
сито с 80 отверстиями на
1 пог. см. Для крупных паровых котлов рекомен- дуется тонкость помола не менее 65—85% в зависи- мости от производитель- ности котла. Для промыш- ленных печей она должна быть повышена до 90— 95%. При такой тонкости помола большая часть золы взвешена в пламени и выносится из печи с от-	Стандартные	Таблица & сита, применяемые в США	
	Число отвер- стий на пог. см.	Диаметр прово- 1 ЛОКИ, мм	Сторона отверстия.лж
	24 40 80 127	0,162 0,107 0.С53 0,036	0,249 0,147 0,074 0,043
ходящими газами.
Чем тоньше зола, тем она дальше отгоняется ветром, в осо-
бенности при наличии высокой дымовой трубы. Это довольно
важно для близлежащих предприятий.
Влажность. Другое важное свойство, влияющее на эф-
фективность использования угольной пыли, — содержание влаги.
Помол угля возможен при влажности до 7%, но расход электро-
энергии на помол влажного угля намного больше, чем на помол
сухого. Влажность пыли оказывает большое влияние на работу
питателей и на процесс горения. Влияние влажности на все про-
цессы, связанные со сжиганием пыли, будут рассмотрены в сле-
дующей главе.
Зола. В характеристику угольной пыли входят содержание
золы в угле, ее химический состав и температура плавления. Чем
меньше в угле золы, тем меньше возникает неполадок, связанных
с ней. Большое значение имеет температура плавления золы.
Теоретическая температура горения угля на несколько сот гра-
дусов выше, чем температура плавления золы. Если температура
плавления золы очень высока, то плавится лишь незначительная
ее часть, которая находится в наиболее горячей части пламени,
в особенности, когда форма рабочего пространства печи спо-
собствует хорошей теплоотдаче от пламени. В этом случае гово-
рят, что печь работает с сухой золой. Если же температура
48
Топливо и электрическая энергия
плавления золы низкая, то почти вся зола расплавляется, обра-
зуя небольшие капли, коагулирующие в пламени. Некоторые
из коагулированных капель делаются настолько тяжелыми, что
осаждаются на подину, на садку, а иногда и на нижние части
боковых стен печи. Если пламя, содержащее легкоплавкую
золу, направлено вдоль свода печи, то жидкая зола прилипает
к оводу и образует наросты.
Тем не менее некоторые печи успешно отапливают угольной
пылью, зола которой характеризуется низкой температурой плав-
ления. В одном прокатном цехе слой жидкой золы прилипал к
слиткам в нагревательной печи. На пути слитка к стану жидкая
зола охлаждалась, слой золы при прокатке раскалывался валка-
ми и отбрасывался под действием центробежной силы. Прокат
был чистым, без волосовин и закатов. На другом непрерывном
стане валки первой клети вращались очень медленно. Зола не
отбрасывалась, а закатывалась внутрь слитка, образуя в стали
волосовины и вмятины. В печи первого устаревшего трехвалко-
вого стана ежедневно сжигается пылевидный уголь. На втором
стане, естественно, применение этого топлива для нагрева ме-
талла нежелательно.
Если в печи должна поддерживаться температура ниже 900°,
рабочее пространство можно сконструировать так, что зола
всегда будет сухой, даже при низкой температуре плавления.
Государственное горное бюро США опубликовало таблицу
с характеристиками различных углей, включая и температуру
плавления их золы. Эти таблицы вошли в большинство справоч-
ников для инженеров-механиков.
Стоимость пыле угольного топлива. Стоимость
угольной пыли зависит ог многих факторов, в основном от следу-
ющих: стоимости угля, производительности установки, измель-
чаемости угля, влажности угля, стоимости установки для пыле-
приготовления, зарплаты эксплуатационного персонала, стои-
мости ремонта, типа дробильного оборудования, производитель-
ности мельниц, коэффициента использования мощности оборудо-
вания.
На многие из этих факторов оказывает влияние стоимость
рабочей силы. Анализ показывает, что стоимость пылеприготов-
ления на единицу веса равна 25% стоимости исходного угля
(при средней тонкости помола и высокой способности к размо-
лу1). Если же размалываемость угля низкая, содержание золы
в нем велико, а тонкость помола нужна высокая, то стоимость
пылеприготовления возрастает до 30% стоимости исходного угля.
1 По вопросу об определении и измерении способности угля к размолу
см статью K'”it «Mechanical Engineers Handbook», Power- Volume.Section 7,
article entitled Pulverizers and Pulverized Coal, John Wiley and Ions, 1950.
Твердое топливо
49
Влияние размолоспособности и заданной тонкости помола на
производительность мельницы (а отсюда и на стоимость помола)
видно из рис. 16. Если для получения тонкости помола, при кото-
рой 65% фракции проходит через сито о 80 отверстиями на
1 пог. см., достаточно одной мельнипы, то для получения тон-
кости помола в 90% нужно уже 2 мельницы такой же произво-
дительности. Зависимость, показанная на рис. 16, несколько ме-
няется для мельниц другого типа.
Рис 16 Производительность пыле-
угольной мельницы в зависимости
от тонкости помола и размалывае-
мости угля За единицу производи-
тельности принята производитель-
ность мельницы при размоле Пит-
сбургского угля до тонкости помола
прн которой 65%) угля проходит че-
рез сито с 80 отверстиями на см
f — размалываемость угля, 2 — тонкость
помола
Размам/воемост^ угля и люыюс/тъ
помола фракции, проходящей
через сито с &О отверстиями
но см. %
Приведенные цифры стоимости пылеприготовления на едини-
цу веса в пределах 25—30% — справедливы для средних усло-
вий. При небольшой производительности стоимость значи-
тельно выше. Опыт показал, что нецелесообразно размалывать
меньше 2 т угля в 1 час'.
Кокс
В США кокс непосредственно в промышленных печах редко
применяется, так как всегда и по сравнительно невысокой цене
можно достать жидкое и газообразное топливо. Косвенно же
используется большое количество кокса, так как он применяется
для производства очищенного генераторного, доменного и водя-
ного газов. В Европе кокс — обычное топливо для промышлен-
ных печей. 1 м? кокса весит 350—430 кГ. Действительный удель-
ный вес кокса 1,5—1,8 Псм1 * 3 4. Кажущийся удельный вес куска
кокса 0,8—1,0 Псм?.
1 Подробное описание методов приготовления угольной пыли из углей
СССР, ее свойств и качества читатель найдет в книге В П Ромадина «Пы-
лепрш отселение». Госэнергоиздат, 1953 (Ред)
4 В Тринкс Промышленные печи
50
Топливо и электрическая энергия
Влажность кокса (охлажденного) колеблется от 0,25 до 11%,
и в среднем составляет 8%. Содержание золы — от ib до 14%.
5.	ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЭНЕРГИЯ
Уголь, непосредственное использование которого для про-
мышленных печей снижается, находит все возрастающее косвен-
ное применение посредством сжигания в парогенераторах и пре-
вращения тепловой энергии пара в механическую и электричес-
кую. Электрическую энергию очень удобно передавать на боль-
шие расстояния. Ее можно непосредственно превращать в теп
ловую энергию, и это превращение легко регулируется.
Рис 17. Зависимость стоимости 1 квт-ч от коэффи-
циента использования при различной мощности. На-
лряжение — 25 кв, коэффициент мощности — ЮО’/о,
стоимость угля 70 центов за 1 мгкал
Расход электрической энергии измеряется в киловатт-часах.
Один киловатт-час эквивалентен 860 ккал. Продажная стоимость
киловатт-часа в США зависит ог ряда факторов, а именно: от
стоимости топлива франко-электростанция, стоимости сооруже-
ния электростанции, мощности и коэффициента полезного дей-
ствия первичных двигателей, величины потребления, расстояния
потребителя от генерирующей станции и от соотношения между
максимальным и средним потреблением электроэнергии. Очень
сложно вывести уравнение или построить группу кривых, кото-
рые правильно отражали бы влияние всех этих факторов. Одна-
Электрическая энергия	51
нако анализ семейства кривых, приведенных на рис. 17, позво-
ляет учесть влияние отдельных величин. Электрическая энергия
дешевле при высоком коэффициенте нагрузки. Поэтому реко-
мендуется пожертвовать скоростью разогрева печей, т. е. умень-
шить на это время потребление электроэнергии, что снижает
нагрузку трансформаторов, линий передачи и электрической
станции. Как правило, стоимость сверхнормативной электро-
энергии выше, чем стоимость рабочей силы в сверхурочное время.
По более низкой стоимости, чем та, которая принята при по-
строении кривых на рис. 17, электроэнергия покупается у давно
построенных гидростанций, так как в то время зарплата строи-
тельных рабочих была значительно ниже современной.
ГЛАВА II
УСТРОЙСТВА ДЛЯ СЖИГАНИЯ ТОПЛИВА
И НАГРЕВАТЕЛЬНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ
1.	ОБЩИЕ ЗАМЕЧАНИЯ ОБУСТРОЙСТВАХ ДЛЯ СЖИГАНИЯ ТОПЛИВА
В хорошо спроектированных печах устройства для сжигания
топлива (или нагревательные элементы) и печи (а часто и на-
греваемый материал) правильно скомпонованы друг с другом
и образуют единый агрегат, генерирующий и использующий
тепло. Обычно трудно уловить границу, на которой прекра-
щается тепловыделение; оно начинается в горелке и должно
закончиться в печи. Поэтому может показаться нелогичным
рассматривать устройства для сжигания топлива, или горелки,
отдельно. С другой стороны, получается гораздо более ясное
представление при таком раздельном изучении, если, однако,
учитывать взаимодействие между горелкой, печью и садкой.
В этой главе рассматриваются (и то не полно) только уст-
ройства для сжигания топлива и нагревательные элементы.
Вспомогательные установки, как-то: газогенераторы, ревер-
сивные клапаны, насосы, подогреватели нефти, пылеугольные
мельницы, трубопроводы, трансформаторы и др., в этой главе
не описываются, так как они не являются элементами про-
мышленных печей.
Независимо от того, какое топливо или какой источник энер-
гии используется для печи, должны быть хотя бы приближенно
выполнены следующие условия:
1)	конструкция печи должна обеспечивать возможность под-
держивать температуру в печи в заданных пределах регулиро-
вания даже при меняющемся теплопотреблении;
2)	распределение тепла в нагревательной камере должно
быть таким, чтобы обеспечивался правильный и равномерный
нагрев изделий;
3)	атмосфера в печи (окислительная, нейтральная, восста-
новительная) должна поддаваться регулированию;
4)	атмосфера не должна значительно меняться на различ-
ных участках пода;
Общие замечания об устройствах для сжигания топлива
53
5)	устройства для сжигания топлива не должны разрушать-
ся от нагрева при горении.
Хотя эти условия кажутся простыми, однако выполнить их
полностью очень трудно.
Если источником тепла служит топливо, то температура ча-
стицы продуктов сгорания в любом месте камеры сжигания или
нагревательной камеры является результирующей тепловыделе-
ния от горения и теплоотдачи излучением, конвекцией и тепло-
проводностью.
Существуют два предельных случая при взаимодействии эле-
ментарных количеств горючего и воздуха. В одном (случай А)
частицы топлива и воздуха предварительно полностью переме-
* шаны, и сгорание происходит практически мгновенно. Продукты
сгорания очень быстро достигают наивысшей температуры, на-
гревают до максимальной температуры печь вблизи места, от
куда поступают, оставляя ее относительно холодной у отводящих
дымоходов. В другом предельном случае (случай Б) топливо в
воздух движутся рядом и перемешиваются постепенно; в резуль-
тате горение происходит медленно вдоль всей печи, иногда про-
должается в боровах и дымовой трубе. В этом случае пламя на-
зывают инертным, ленивым.
В случае А распределение температуры в печи неравномерно,
если не применять рециркуляции (см. том I гл. I, II и VI) или
большого количества маленьких горелок, зато атмосфера в печи
однородна. В случае Б температура в печи весьма равномерна,
атмосфера же меняется. Ясно, например, что в случае Б в перед-
нем участке газового потока должно быть много свободного кис-
лорода. Между этими предельными случаями есть много проме-
жуточных. Некоторые из них хорошо удовлетворяют пунктам 1
и 4 вышеуказанных идеальных условий. Цель этой главы — рас-
смотреть устройства для сжигания топлива и выделения
тепла с точки зрения удовлетворения пяти перечисленным
условиям.
Прежде всего сделаем общее замечание. Вне зависимости от
того, получается ли теплота от сжигания топлива или в резуль-
тате преобразования электроэнергии, температура повышается
(до определенного предела) при увеличении тепловыделения и
падает при его уменьшении. Увеличением расхода топлива и
уменьшением расхода воздуха пои заданной температуре дости-
гается восстановительная атмосфера в печи. Наоборот, окисли-
тельная атмосфера создается при уменьшении расхода топлива
и увеличении расхода воздуха.
Кроме того, необходимо отметить следующее обстоятельство.
В наилучшей горелке не может быть выделено тепла больше,
чем его сотержится в топливе (или смеси воздуха с топливом).
54
Устройства для сжигания топлива и нагревательные элементы
2.	УСТРОЙСТВА ДЛЯ СЖИГАНИЯ ГАЗООБРАЗНОГО ТОПЛИВА
Общие замечания о газовых горелках
Горение газообразного топлива легко поддается контролю
и регулированию. При большем открытии вентиля расход топли-
ва увеличивается, при частичном закрытии вентиля подача топ-
лива снижается. Газ и воздух можно смешивать быстро или мед-
ленно в зависимости от конкретных требований в каждом отдель-
ном случае.
Этой легкостью регулирования, вероятно, объясняется, поче-
му потребовалось так много времени для создания хороших кон-
струкций промышленных газовых горелок, в то время как неф-
тяные форсунки освоены гораздо раньше.
Испытания показали, что при сжигании газообразного топ-
лива в промышленных печах нет необходимости рассматривать
физико-химичеокие константы равновесия реакций горения, так
как скорость этих реакций практически бесконечно велика. Дру-
гими словами, если температура, при которой происходят сое-
динения молекулы горючего и молекулы кислорода, выше тем-
пературы воспламенения, то реакция происходит мгновенно.
Из этого логически следует, что скорость сгорания тождественна
со скоростью смешения газа с воздухом. При тщательном пере-
мешивании газа и воздуха горение начинается немедленно, как
только температура смеси достигает температуры воспламене-
ния. Поэтому конструкция горелки характеризуется в первую
очередь конструкцией смесителя. Из этого следует, что для всех
горелок (за исключением горелок с полным предварительным
смешением газа с воздухом) конструкция камеры горения (а
также форма и температура садки) оказывает глубокое влия-
ние на процесс горения как в пространстве, так и во времени.
Если требуется исключительно большая скорость тепловы-
деления, то следует хорошо приготовленную смесь топлива с воз-
духом быстро нагреть до температуры воспламенения. Время,
в течение которого на оси струи газовоздушной смеси достигает-
ся такая температура, определяется скоростью распространения
пламени и толщиной струи. Из этого следует, что сгорание^уско-
ряется, если газ и воздух выходят из горелки тонкими струйками
или полосками.
Классификация устройств для сжигания газа
I. А. Газ и воздух смешиваются в печи, т. е. во время горения
(рис. 18).
Б. Газ и воздух смешиваются вне печи, т.’е. до начала
горения (рис. 19).
Устройства для сжигания газообразного топлива
55
В. Воздух частично 'Подмешивается к газу вне зоны горе-
ния, остальной — добавляется в печи (рис. 20). Для
этого устройства необходимо создать небольшое разре-
жение в печи
Рис. 18. Простая газовая горелка с
перемешиванием газа и воздуха
в печи
Рис. 19. Газовоздушкый смеси-
тель простейшей конструкции
II. А. Газ и воздух находятся под давлением выше атмосфер-
ного.
1. Давление создается газо- и возду-
ходувками.
2. Избыточному давлению [содейству-
ет тяга дымовой трубы.
а.	Газовый и воздушный вентили ре-
гулируются в отдельности.
б.	Газовый и воздушный вентили сбло-
кированы друг с другом.
Б. Газ или воздух находятся под дав-
лением. Среда, находящаяся под
давлением, инжектирует вторую сре-
ду или смесь обеих, превращая часть
скоростного напора в давление вну-
Рис. 20. Эскиз горел-
ки с частичным пе-
ремешиванием газа и
воздуха вне печи

три печи.
III. А. Горение создается одной большой горелкой.
Б. Горение создается несколькими небольшими горелками.
IV. Горелки с частичным крекированием газа.
В дальнейшем во избежание повторений будет рассмотрены
устройства для сжигания топлива только типа I, остальные бу-
дут рассматриваться по мере надобности в процессе этого опи-
сания.
56 Устройства для сжигания топлива и нагревательные элементы
Устройства для смешения газа и воздуха в печи
Смешивать газ и воздух внутри печи целесообразно при сжи-
гании неочищенного генераторного и доменного газов с нагре
тым воздухом. Хотя потребле-
ние генераторного газа в США
уменьшилось, описание устрой-
ств для смешения газа и воз-
духа внутри печи сохранено в
настоящем издании, так как
много экземпляров прежних
издании этой книги разошлось
в странах, где генераторный
газ все еще является самым
распространенным топливом
для промышленных печей.
При сжигании неочищенно-
го генераторного газа горелки
в печи часто отсутствуют, иног-
да их заменяют кирпичные ка-
Рис 22 Каналы горелочной го
ловки в регенерат иеной нагрева-
тельной печи Г аз подается ниже
воздуха
Рис. 21. Каналы горелочной
головки для воздуха И не-
очищенного генераторного
газа в регенеративной на-
гревательной печи
налы (горелочные головки). Это относится, например, и к реге-
неративным печам, в которых одни и те же головки служат по-
переменно то входными, то выходными каналами. Если каналы
малы, то окислы, пыль и шлак могут их быстро засорить В пе-
чах с рекуператорами каналы могут быть небольшими. Но эти
печи лучше проектировать с горелками. Горелочные головки ре-
генеративных нагревательных печей показаны на рис. 21, 22 и 23.
Для конструкции печей важное значение имеет устройство
горелочных головок. Если газ и воздух поступают параллельны-
Устройства для сжигания газообразного топлива
ми потоками с одинаковой скоростью, то сгорание происходит
главным образом вследствие их взаимной диффузии, которая
усиливается благодаря объемному расширению газов при горе-
нии. Угол проникновения (диффузии) можно принять примерно
3° для каждой стороны. Сгорание заканчивается, когда крайние
струи одного потока проникнут за пределы осевой линии сосед-
него потока.
Если один из потоков (газ или воздух) двигается с гораздо
большей скоростью, чем другой, или, если они встречаются
Рис. 23. Вид части печи для нагрева штрипсов
с преградой, то угол диффузии уже не будет равным 3 или 4°.
В таких случаях диффузия дополняется инжекцией (см. т. 1) и
турбулентным переносом, в результате чего процесс перемеши-
вания интенсифицируется.
Допустимая скорость воздуха и газа в каналах головок реге-
неративных печей рассмотрена в т. 1, гл. VI.
В том случае, если в печах расположено рядом много каналов
(рис. 23), а сами печи длинные, для равномерной раздачи газов
по этим каналам требуется соблюдать известное соотношение
между суммарной площадью поперечного сечения каналов и се-
чением коллектора, расположенного под ним ’.
Эти каналы обычно выкладывают несколько широ, чем тре-
буется по расчету. В процессе эксплуатации некоторые из них
частично перекрываются кирпичом с высоким содержанием гли-
1 J D Keller, Industrial Heating, Мат-ch, 1952
Конструкция коллекторов для равномерного распределения потока была
также рассмотрена Г П Иванцовым в Справочнике конструктора печей
1935. (Ред)
58 Устройства для сжигания топлива и нагревательные элементы
нозема или карборунда, пока не будет достигнуто правильное
распределение температуры по длине печи. Чтобы каналы были
доступны, над ними предусматриваются ложные окна.
Если вследствие окисления при нагреве возникают дефекты
в садке, то каналы для газа располагают ниже воздушных, для
того, чтобы нагреваемый материал омывался газом, а не воз-
духом, Если материал нагревается главным образом излучением,
то каналы обращают к своду, направляя на него пламя (рис. 23).
В нереверсивных печах количество воздушных каналов может
быть больше, а размер их меньше, чем в реверсивных .течах. Кон-
струкции печей с большим числом каналов для нагретого возду-
ха показаны на рис. 24 и 25.
Рис. 24. Методическая печь с томильной камерой, отапливаемой
сверху
На рис. 24 показана печь, в которой нагретый воздух подает-
ся через многочисленные отверстия, расположенные на большей
части свода. Воздушные струи перемешиваются с находящимся
под ними слоем газа. Это устройство позволяет поддерживать
практически равномерную температуру и восстановительную
или нейтральную атмосферу на всей длине сварочной камеры.
На рис. 25 показана горелочная головка у торца методической
печи со стороны выдачи. Газ подается ниже, чем воздчх, который
поступает в печь в виде многочисленных струек под прямым уг-
лом к газовому потоку. Назначение этой конструкции интен-
сивно смешать газ и воздух, не допуская слоистости. Скорость
воздуха в головке должна быть достаточной, чтобы пронизать
весь горизонтальный поток газа. Чем мельче отверстия для воз-
духа, тем больше должна быть его выходная скорость, чтобы он
мог пройти заданное расстояние по вертикали. Теория струи
была рассмотрена в т. I.
При смешении воздуха с газом в печи используют 'не только
генераторный или доменный газы. Когда представляется возмож-
Устройства для сжигания газообразного топлива
59
ность заменить их более выгодным топливом, то существующие
конструкции печей часто сохраняются. В этом случае и воздуш-
ные, и газовые регенераторы переключают на подогрев воздуха,
который подается через все каналы горелочной голоеки. Новый
Рис. 25. Торец методической печи со стороны выдачи
богатый газ ‘подводится в печь через большое количество трубок,
каждая из которых располагается над воздушным каналом.
Рис. 26. Печь с двумя зонами смешения газа с воздухом:
1 — воздушный канал; 2 — канал вторичного воздуха
В настоящее время в США действует большое количество таких
печей для нагрева штрипсов.
На рис. 26 показано внутрипечное смешение с двумя подво-
дами воздуха. Эта конструкция не целесообразна для печей, в
которых требуется развить высокую температуру. В таких печах
газ должен хорошо перемешиваться с первичным воздухом.
Конструкция, приведенная на рис. 27, подтверждает, что го-
релка с печью образует общий сожигательный агрегат.
60 Устройства для сжигания топлива и нагревательные элементы
В этой установке растянутое светящееся пламя стелется над
подом. Коксовый газ и часть воздуха подвозят з нижней части
вертикальной шахты; в ней происходит неполное сгорание и
крекинг. Окончательное догорание и направление пламени обус-
ловливается воздействием вторичного воздуха, который подается
над подом. Принцип этого устройства подобен (по лучше) кон.
струкции, показанной на рис. 26. Здесь воспламенение и частич-
ное горение происходят не над подом, а в отдельной топочной
камере.
Рис. 27. Сожигательное устройство для образо-
вания длинного светящегося пламени
Внешнее предварительное перемешивание газа и воздуха, на-
гретого до высокой температуры, сопряжено с трудностями, ко-
торые, однако, преодолеваются посредством смешивания газа
и воздуха внутри печи.
Рис. 28 иллюстрирует один из методов такого смешения. Воз-
дух, нагретый до высокой температуры, выходит из регенерато-
ров и направляется по каналу головки в печь. Газ же недалеко
от устья головки подается в нее по трубкам, расположенным с
обеих сторон головки. Размеры горелочных блоков рассчитыва-
ют так, чтобы крекирующийся газ не касался стенок кирпича.
В противном случае на стенках горелочных отверстий осаждал-
ся бы углерод, выделяющийся при крекинге. Конструкция, при-
веденная на рис. 28, общепринята для стеклоплавильных печей.
Если газовая и воздушная трубы (см. рис. 18) расположены
близко друг к другу, скорость горения можно регулировать из-
менением угла между ними. Наиболее быстрое сгорание проис-
ходит при встрече струй газа и воздуха под углом в 45°. При
параллельном же расположении струй газа и воздуха происхо-
дит медленное горение с длинным пламенем. Если угол встречи
газа с воздухом сделать регулируемым, то оператор печи может
Устройства для сжигания газообразного топлива
в процессе работы изменять характер пламени. В случае нали-
чия в газе углеводородов при регулировании угла встречи струй
газа и воздуха изменяется также и яркость пламени.
Яркость пламени, вызываемая накаливанием взвешенных в
нем частиц углерода, весьма желательна для печей некоторых
типов. Горелочная головка, изображенная на рис. 28, была мо-
дифицирована для работы с регулируемой яркостью пламени.
Рис. 28. Обычная горелочная головка стеклоплавиль-
ной печи с перемешиванием газа и воздуха внутри печи'
/ — газовые сопла, 2 — стекло
Эта конструкция, получившая название смесительно-карбюри-
рующей головки, показана на рис. 29. В ней богатый газ мед-
ленно поступает через боковые трубы А. Нагретый воздух под-
нимается по вертикальному каналу Б. На поверхности В—В—В
происходит частичное горение. В результате излучения от этой
поверхности разлагается протекающий ниже газ. Если весь тре-
буемый газ подается по трубам А, то пламя будет вялым, коп-
тящим и будет видно даже на выходе из дымовой трубы. По
грубам Г газ подается под высоким давлением. Когда весь газ
поступает через трубы Г, то наблюдается сине-фиолетовое све-
чение газов, нагретых до высокой температуры. Оператор печи
может получить любую длину и степень яркости пламени, из-
меняя соотношение количеств газов высокого и низкого давле-
ния, поступающих по трубам Г и А. Частички углерода, выде-
ляющиеся в результате крекинга, прилипают к стенкам горе-
лочного канала. Если он не выгорает при реверсировании ре-
62
Устройства для сжигания топлива и нагревательные элементы
генераторов, то происходит вытеснение окиси кремния из огне-
упорного кирпича по реакциям:
SiO2 + 2С = Si + 2СО и SiO2 + 2СО = Si + 2СО».
Свободный кремний сгорает в окись кремния, которая частич-
но поступает в печь.
Горелочные головки, показанные на рис. 27 и 29, составляют
часть печи. Однако на том же принципе построены и отдельные
Рис 29. Смесительно-карбюрирующая горелочная
головка стеклоплавильной печн:
Z — солло для газа высокого давления, 2 — сопло для газа
низкого давления; 3 — стекло, 4 — перевальный порог
промышленные горелки. Их называют пламенными или коптя-
щими горелками. В таких горелках газ перемешивается счастью
необходимого воздуха и крекируется во время горения в трубе.
Основной поток воздуха для горения проходит через кольцеоб-
разное пространство между трубой, в которой газ разлагается,
и окружающей ее наружной трубой. Смещение со вторичным ос-
новным потоком воздуха начинается в керамическом горелочном
блоке. Длина пути, в конце которого завершается смешение га-
за с воздухом в печи (или вне печи), зависит от диаметра и кон-
струкции горелки. Горелка подобного типа показана на рис. 30
Трудно определить соотношение количеств первичного и вторич-
ного воздуха, при котором яркость пламени и теплоотдача наи-
большие. Необходимо также поддерживать постоянство этого
Устройства для сжигания газообразного топлива
63
соотношения при 'изменении расходов газа и воздуха. В горелке,
показанной на рис, 31, учтены оба эти требования. При повора-
чивании гайки 2 газовое сопло 1 движется в продольном направ-
лении. При этом общая площадь прохода для воздуха вокруг
сопла 1 не изменяется. Цифрой <’ обозначено отверстие для за-
жигания. В горелочном блоке 4 имеется цилиндрический канал.
Следует заметить, что применение конусообразного канала было
бы лучше.
На таком принципе основана конструкция горелли, изобра-
женной на рис. 32. Особенностью этой конструкции является
шкала, расположенная внизу возле рычага настройки и показы-
вающая соотношение количеств первичного и вторичного возду-
ха. Верхней рукояткой регулируется соотношение количеств
газа и воздуха. Предусмотрено также отверстие для зажигания
и гляделка из тугоплавкого стекла для наблюдения за пламе-
нем.
Свечение пламени можно также получить при разложении
газа в горелочном блоке Для этого выходной конец газового
сопла выполняется с закраинкой, как показано на рис. 33. За-
краинка оказывает двойное влияние — создает устойчивый ко-
рень горящей струи и замедляет движение газа, благодаря
чему хватает времени для крекирования газа.
Из материалов, приведенных в этом разделе, следует, что
предпочтение должно быть отдано горелкам, допускающим ре-
гулирование яркости пламени. Однако коммерческие отчеты по-
казывают, что покупатели большей частью предпочитают горел-
ки, у которых пламя постоянной длины; они дешевле, а для дан-
ной печи и определенного вида топлива производственники научи-
лись получать необходимую длину пламени и при таких горелках.
При употреблении густопламенных горелок важно направлять
подальше от горячих стен горящий газ, который разлагается при
отсутствии воздуха (или при недостаточном его количестве). Ско-
рость струи газа у стенки мала и времени для его разложения
оказывается более чем достаточно. Кроме того, газ, медленно дви-
жущийся у горячей стены, нагревается до температуры выше тем-
пературы остального газа. Вследствие этих причин газ у стенок
разлагается гораздо быстрее, чем остальной, и на кладке отла-
гается кокс, который в конце концов засоряет каналы. Кривые
рис. 34 показывают зависимость крекинга газа от времени и тем-
пературы.
Устройства для сжигания с частичным смешением
Четко разграничить устройства с полным внутрипечным и ча-
стичным предварительным смешением газа с воздухом весьма за-
труднительно. Длиннопламенные горелки, например, работают с
Рис. 30. Схема горелки, до-
пускающей регулирование
светимости пламени
Рис. 31. Промышленная
горелка, допускающая
регулирование яркости
пламени:
1 — сопло: 2 — гайка; 3—от-
верстие для зажигания; 4 —
горелочный блок
Рис. 32. Горелка, допускающая регулирование яркости пламени, со
шкалой, показывающей соотношение количеств первичного и вторич-
ного воздуха
Рис. 33. Длиннопламенная горелка, в туннеле
которой газ разлагается
Рис. 34. Зависимость крекинга угле-
водородных газов от времени и тем-
пературы:
/—этан 1000°; 2—этан 810°; 3—бутан 700°;
4 — метан 1149°; 5 — бутан 600°; 6 — пропав
575°; 7 — метан 999°
66 Устройства для сжигания топлива и нагревательные элементы
небольшим предварительным перемешиванием. При частичном
предварительном перемешивании горение ускоряется.
^Самыми распространенными горелками с частичным предва-
рительным смешением являются горелки с кольцевыми соплами.
Рис 35. Горелка с чередующимися воздушными и газовыми кольце-
выми соплами
Газ и воздух подают в горелку по чередующимся концентриче-
ским кольцам или по таким же радиальным прорезям. Полное сго-
рание обеспечивается даже без горелочных кирпичей. Устройство
такой горелки показано на рис. 35. Горение при таких горелках
проходит несколько медленнее, чем в устройствах с полным пред-
варительным смешением. Поэтому при этих горелках предусма-
тривается большая камера сгорания. Пламя получается довольно
ярким.
Устройства для сжигания газообразного топлива
67
По сравнению с горелками предварительного смешения, ко-
торые будут рассматриваться ниже, горелки с кольцевыми сопла-
ми дают возможность получить более широкие пределы регулиро-
вания. Горелки, в которых смешение газа с воздухом происходит
непосредственно перед входом в сопло, получили название турбу-
лентных.
Среди турбулентных горелок некоторые дают почти полное
предварительное смешение, например горелка, показанная на
Рис. 37. Турбулентная горелка со встречным завихрением газа и воздуха:
/ — труба для подачи газа; 2 — труба для подачи воздуха; 3 — стенки печи
рис. 36, которая широко применяется на немецких металлургиче-
ских заводах. Воздух подается тангенциально в сферическую
смесительную камеру, завихряется там, увлекая за собой газ и
смешиваясь с ним. При небольшой скорости воздуха завихрение
и смешение почти отсутствуют или, во всяком случае, очень слабы.
Газовое сопло может перемещаться. Когда оно доходит до центра
сферического смесителя, то перемешивание завершается почти
полностью в керамическом горелочном блоке. Такая горелка ра-
ботает при сжигании коксового газа с воздухом, нагретым до 400°.
При меньшей температуре воздуха сопло отодвигается назад, гак
как горение происходит медленнее. Давление воздуха поддержи-
вается около 200 мм вод. ст. Эти горелки выполняют различных
размеров для сжигания от 0,17 до 3,4 м3 коксового газа в минуту.
В горелке, изображенной на рис. 37, газ и воздух завихряются
5*
68 Устройства для сжигания топлива и нагревательные элементы
в кольцеобразной смесительной камере в противоположных на-
правлениях. Перемешивание газа и воздуха здесь почти совер-
шенное при максимальном расходе, но при малых расходах пере-
мешивание слабое.
Простейший смеситель показан на рис. 38. Интенсивность сме-
шения в нем можно регулировать различными способами. Дли-
на I конуса смешения может меняться при данном диаметре воз-
Рис 38. Простейшая горелка с
предварительным смешением
душной трубы. При достаточно
большой длине получается хоро-
шее перемешивание. Перемеши-
вание в конусе, пространствен-
ный угол которого равен 20°, за-
вершается полностью, если весь
конус помещается внутри трубы.
Если скорость газа значительно
превышает скорость воздуха, то
перемешивание ускоряется. В
том случае, когда давление до-
статочно, газовую трубу снабжа-
ют наконечником или суживают.
Размер, число и расположение от-
верстий в наконечнике оказыва-
ют решающее влияние на степень
смешения. Если горелка скон-
струирована так, что газовую
трубу с наконечником можно вы-
нимать из воздушной, то, меняя наконечники, можно получить
различное пламя. При необходимости регулировать скорость пе-
ремешивания в процессе горения можно использовать описан-
ную горелку, несколько измененного вида, показанную на
рис. 39. В ней газ подается через центральную трубу, как в го-
релке на рис. 38, или через мелкие отверстия на окружности воз-
душной трубы, или по обоим направлениям одновременно.
Горелки, типа показанной на рис. 38, часто применяют для
широких печей. В данном случае весьма желательно наблюдать
за состоянием пламени у каждой горелки. Для этого служат гля-
делки на изгибе газовой или воздушной трубы. Устройство го-
релки, изображенной на рис. 40, позволяет наблюдать за пламе-
нем без гляделки. Однако такую конструкцию не следует реко-
мендовать для промышленных печей. Чтобы инжектировать вто-
ричный воздух при положительном давлении в печи, необходимо
создать высокую скорость газа и воздуха. Если отверстие в клад-
ке используется только для наблюдения, то через него будет за-
сасываться избыточный воздух или выбиваться пламя. Это про-
исходит в тех случаях, когда горелка неплотно пригнана к печи.
Устройства для сжигания газообразного топлива
6S
Такая установка допустима в агрегатах с небольшим разрежени-
ем, например в топках некоторых паровых котлов и в печах для
обжига керамики.
На рис. 41 показано устройство для сжигания, в котором газ и
воздух подаются под некоторым давлением. Недостающий воз-
дух для горения подсасывается вследствие разрежения в печи (с
помощью дымовой трубы). Принудительная подача воздуха все-
гда позволяет получить необходимую степень смешения, жела-
Воздух
скоростью перемешивания
Рис. 40. Простейшая горелка с пред-
варительным смешением для печей,
работающих с разрежением
тельное направление пламени и продвижение генераторного газа.
Соответствующее устройство изображено на рис. 42. Наличие
изоляции воздушной трубы свидетельствует о предварительном
нагреве воздуха.
Если газ и воздух поступают под недостаточным давлением,
то, подавая воздух высокого давления, можно сообщить требуе-
мую скорость воздуху, предназначенному для горения, а затем и
газу Такое устройство применяют обычно в печах с керамически-
ми рекуператорами, как показано на рис. 43. Воздух высокого
давления увлекает нагретый воздух, поступающий под атмосфер-
ным давлением из рекуператора, а затем общая воздушная струя
перемешивает газ и воздух, направляет пламя и помогает про-
движению генераторного газа.
В устройствах для сжигания топлива, показанных на рис. 42 и
43, длина пламени зависит от диаметра горелки, химического со-
става горючего газа и от формы горелочного керамического кана-
ла. Если эти устройства создают слишком короткое, концентриро-
ванное пламя (что иногда нежелательно), горение можно затор-
мозить различными способами. Один из них состоит в том, что
горелочный канал делают не круглым, а эллиптическим. Его дей-
70 Устройства для сжигания топлива и нагревательные элементы
ствие видно из рис. 44. Струи газа, протекающие у воздушной на-
садки (в точках /), быстро смешиваются с воздухом, в то время
как газ, идущий по краям эллипса, (например, в точках 2), пере-
мешивается медленнее и сгорает позже. Действие эллиптического
Рис 41. Горелка с предварительным смешением для генера-
торного газа
канала проявляется одинаково для газообразного топлива всех
видов.
Горелки полного смешения
При полном предварительном перемешивании газа с воздухом
достигается максимальное выделение тепла на единицу объема
камеры сгорания или, что то же самое, наименьший объем каме-
ры сгорания для заданного количества выделяемого тепла.
Как было указано выше, полное предварительное перемеши-
вание газообразного топлива и воздуха можно осуществить мно-
гими способами. Газ и воздух можно подвести к горелке по раз-
ным трубопроводам и смешать на некотором расстоянии перед
Рис. 42. Инжекция генераторного газа
нагретым воздухом
Рис. 43. Инжекция генераторного газа и
нагретого воздуха холодным сжатым воз-
духом
Рис. 44. Сечение
сопла длиннопламениой
горелки
72
Устройства для сжигания топлива и нагревательные элементы
горелкой, их можно смешать при помощи газодувки или вентиля
тора, можно также использовать один из реагентов горения для
инжекции другого. Сравнительные достоинства каждого из этих
методов излагаются в гл. «Регулирование печной атмосферы».
Некоторые горелки, описанные в предыдущем разделе, мож-
но выполнить так, что в них полное перемешивание будет завер-
шаться до горелочного туннеля (см. рис. 38). Если горизон-
тальный участок воздухопровода перед печью такой длины, что
конус перемешивания заполняет все поперечное сечение трубы
перед горелочным туннелем, то смешивание будет почти со-
вершенным, особенно если стенка печи достаточной толщины
На случай пониженного теплопотребления, когда при малом
расходе газа возникает опасность проскока пламени, устанав-
ливают дополнительные горелки меньших размеров.
В конструкциях всех устройств для сжигания топлива с пол-
ным перемешиванием газа и воздуха до входа в горелочный тун-
нель есть общие черты. Для предотвращения обратного удара
(проскока) пламени в горелку горящая смесь должна входить в
печное пространство со скоростью, большей скорости распро-
странения пламени. Чем больше скорость струи горючей смеси,
тем больше расстояние точки воспламенения от устья горелки,
если не предусмотрены средства для торможения всего или части
потока. Горение начинается в той точке струи, где ее скорость
равна скорости распространения пламени, при условии, что тем-
пература смеси газа и воздуха равна или выше температуры вос-
пламенения. Если эта точка расположена в устье горелки (пре-
дельный случай), пламя может проскочить в горелку.
Во избежание проскока пламени не следует уменьшать рас-
ход газа на горелку ниже предела, соответствующего этому слу-
чаю. Отношение максимального расхода газа к расходу, при ко-
тором происходит проскок, называется пределом регулирования
горелки. Сведения о скорости распространения пламени приве-
дены на стр. 86. Следует учесть, что величина предела регулиро-
вания зависит от двух обстоятельств: 1) чем больше скорость га-
зовоздушной смеси в устье горелки при максимальной произво-
дительности, тем больше предел регулирования или, другими
словами, тем меньше производительность, при которой печь мо-
жет работать без проскоков пламени; 2) при повышении темпе
ратуры скорость распространения пламени увеличивается, по-
этому место, в котором скорость сгруи наибольшая, должно под-
держиваться в холодном состоянии.
На рис. 45 и 46 показаны горелки, работающие с большой
скоростью выхода горючей смеси. В установке, изображенной на
рис. 45, скорость струи резко снижается при ударе о размель-
ченный огнеупорный кирпич, в котором и локализуется горение.
На рис. 46 движение смеси замедляется у выхода из туннеля, на-
правленного на свод. Горение локализуется на раскаленном своде.
Устройства для сжигания газообразного топлива
73
В настоящее время сжигание на дробленом огнеупоре или на
своде встречается редко. Вместо этого применяют накаляющиеся
добела туннели с запальниками. Такая горелка изображена на
рис. 58 (см. стр. 79). Если скорость смеси слишком велика, то
пламя выдувается из туннеля и перемещается в печь, оторвав-
шись от горелки. Запальник, или стабилизатор горения, предот-
вращает выдувание смеси. На рис. 47 показано перемещение
корня факела при различной интенсивности сжигания. При мак-
симальной интенсивности корень пламени будет в сечении 1.
Если расход смеси уменьшается, корень пламени перемещается
Рис. 45. Горелка для сжигания
газовоздушной смеси у поверхно-
сти дробленого огнеупора
Рис. 46. Сопло горелки, на-
правляющей газовоздушную
смесь на свод
через сечения II и III к границе IV. Дальнейшее снижение ско-
рости ведет к проскоку пламени. Для большой горелки требует-
ся очень толстая стенка печи, чтобы фронт горения распола-
гался под надлежащим углом и умещался в туннеле.
Этого можно избежать, устанавливая горелки соответствую-
щей конструкции, например показанной на рис. 48. Взрывчатая
смесь движется с большой скоростью из кольцевой щели, направ-
ляясь по стенкам цилиндрического туннеля, которые при зажига-
нии сразу раскаляются. Вследствие трения и завихрения скорость
кольцевой струи в туннеле снижается.
Горелки для взрывчатых смесей следует защищать от пере-
грева.
В туннельной горелке, изображенной на рис. 49, так же, как в
рассмотренной горелке (рис. 48), металлические части защищены
огнеупорным материалом. Керамические детали прочно связаны с
горелкой. Запальник находится перед фронтом горелки. В горел-
ках ранних конструкций (рис. 45 и 46) для охлаждения корпуса
применялись ребра, увеличивавшие поверхность теплоотдачи.
В последующих конструкциях, как например на рис. 50, для этой
Рис. 47. Положение фронта пламени
при различных скоростях струи го-
рючей смеси
Рис. 48. Горелка со стабилизатором горения для за-
щиты от проскока пламени
Рис. 49. Туннельная горел-
ка с защитой от перегрева
Устройства для сжигания газообразного топлива
75
цели используют теплоотвод по металлу сопла, которое на зна-
чительной длине не футеруется.
Рис. 50. Сопло горелки с массивным патруб-
ком и нишей в стене для улучшения тепло-
отвода
Как показано ниже, скорость распространения пламени по-
вышается при увеличении диаметра трубы со взрывчатой смесью
Рис. 51. Водоохлаждаемая игольчатая горелка с предохранитель-
ной сеткой от проскока пламени:
1 — водоохлаждаемая горелка; 2 — предохранительная сетка
Поэтому целесообразно разделить поток газовоздушной смеси
при входе в печь на мелкие струи, как показано на рис. 51. Горел-
ка (слева) называется игольчатой, потому что мелкие язычки пла-
76 J Устройства для сжигания топлива и нагревательные элементы
мени выглядят подобно иглам. В ней создана хорошая защита от
проскока пламени. Для этого она охлаждается водой и, кроме то-
го, в смесепроводе перед ней установлена предохранительная
сетка.
Рис. 52. Горелка поверхностного го-
рения с многоканальной керамиче-
ской насадкой
Рис. 53. Горелка поверхност-
ного горения с многоканальной
керамической насадкой
Рис. 54. Горелка с многоканальной ке-
рамической диафрагмой
керамической диафрагмы невелика.
Благодаря делению потока на мелкие струи уменьшается ве-
роятность проскока пламени даже при отсутствии водяного охла-
ждения. На рис. 52 и 53
показаны огнеупорные
блоки с отверстиями не-
больших размеров. Горел-
ки с такими блоками были
сконструированы первона-
чально в Германии. Хотя
горение начинается в тун-
нелях блока, его темпе-
ратура в узких каналах
значительно не поднима-
ется вследствие малой
теплопроводности огнеу-
пора и охлаждения посту-
пающей горючей смесью.
Конструкция, показан-
ная на рис. 54, менее бе-
зопасна, так как толщина
В горелках, изображенных
на рис. 52 и 53, получается короткое пламя — голубоватое в тун-
нелях и незаметное в печи.
Успешное применение таких керамических многоканальных
горелок привело к мысли, что пористый кирпич с выгорающими
добавками может быть даже лучше, чем перфорированные блоки,
и к тому же дешевле. Применение пористого кирпича могло бы
дать лучшие результаты еще и потому, что стены и свод печи
Устройства для сжигания газообразного топлива
77
можно было бы превратить в равномерно накаленный излучатель.
Однако опыты с пористым кирпичом не привели к желаемому ре-
зультату и заставили отказаться от этой идеи. Поры в кирпиче
неодинаковы по размерам. Некоторые из них связаны между со-
бой и образуют сквозной проход через всю толщу кирпича, другие
замкнуты. Поэтому одни части стен сильно раскаляются, другие
же остаются темными. К тому же затруднительно рассчитать дав-
ление, необходимое для движе-
ния взрывчатой смеси через
кирпичи.
Принцип сжигания газовоз-
душной смеси мелкими струя-
ми использован также в конст-
рукции горелки, изображенной
на рис. 55 и 56, которая нашла
широкое применение. Выход-
Рис. 56. Разрез горелки, показанной
на рис. 55
Рис. 55. Горелка с радиационной
чашей
ные отверстия в чашу горелки для горючей смеси кажутся на рис.
55 довольно широкими. Однако из рис. 56 видно, что это узкие
щели. Горение начинается почти мгновенно при выходе смеси из
щелей, вследствие чего температура продуктов сгорания прибли-
жается к теоретической температуре пламени. Когда эта горелка
работает с максимальной мощностью при высокой температуре в
печи, поверхность чаши достигает также весьма высокой темпе-
ратуры. В соответствии с этим чашу и сопло горелки изготовляют
из специального огнеупорного материала, который может выдер-
жать эту температуру, не подвергаясь размягчению, растрески-
ванию или разрушению.
Для горелок с небольшими или узкими отверстиями для го-
рючей смеси характерны два свойства, а именно — они обеспечи-
вают быстрое сгорание смеси и в них можно сжигать только чи-
стое топливо. Как известно, пламя распространяется во всех на-
78
Устройства для сжигания топлива и нагревательные элементы
правлениях, в том числе и от периферии к оси струи. Чем тонь
ше струя, тем меньше время ее выгорания. Как горючий газ, так
и воздух должны быть достаточно чистыми, чтобы не засорять
Рис. 57. Горелка для скоростного сжигания газа:
1— тройник для газа; 2— гайка сальника; 3 — набивка; 4 — насадка распылите-
ля; 5 —• сопло горелки; б — ребра; 7 — газовая трубка; 8 — головка распылите-
ля, 9 — горелочный кирпич
узких отверстий. Поэтому во многих случаях устанавливают ап-
паратуру для тонкой очистки газа.
Быстрое сгорание при температуре, весьма близкой к теорети-
ческой, наблюдается также в горелках совершенно другого типа.
Эта горелка, показанная на рис. 57, представляет собой комбина-
цию горелок частичного и полного смешения. Поэтому она не
вмещается в рамки нашей классификации. Топливо (газ или лег-
кие погоны нефти) смешивается с воздухом в конце сопла горел-
79
Устройства для сжигания газообразного топлива
ки. им|сь поступает в предтопочную камеру, откуда направ-
ляется® печь по мелким каналам, расположенным в два ряда по
окружности. Сторона предтопочной камеры, обращенная к печи,
раскаляется, в результате чего в камере начинается горение.
Рис. 58. Комбинированная инжекционная и тун-
нельная горелка
Рис. 59. Инжекционная горелка с запальником у выходного торца.
t — отверстия запальника, 2 — регулирующий газовый край; 3 — раструб смесителя;
4 — сходящаяся насадка
Число и размер отверстий рассчитать заранее не удается, они
определяются опытным путем. Эта горелка обладает значитель-
ным диапазоном регулирования. В любом случае пламя не мо-
жет проскочить дальше сопла. Сообщалось, что при использова-
нии этой горелки достигаются очень высокие тепловые напряже-
ния — до 7 • 106 ккал/м5 • час.
Упомянутый выше принцип подачи горючей смеси с высокой
скоростью и замедления ее движения в туннеле положен в осно-
ву конструкции горелки, показанной на рис. 58. При этом требуе-
мое количество воздуха инжектируется горючим газом. Горелки
80 Устройства для сжигания топлива и нагревательные злеме!/ ч
такого типа называют инжекционными, иногда скоростньц ». Они
детально рассматриваются на стр. 84—86.
Название «скоростная горелка» с большим правом примени-
мо к горелке типа, изображенного на рис. 59. В ней пламя удер-
живается в любом случае. Оно не отрывается, так как часть ] азо-
воздушной смеси ответвляется через мелкие отверстия в паз
у борта горелки, где медленно сгорает, создавая запальное копь-
цо. Что касается открытых (подобно атмосферным) горелок, то
из всего вышеизложенного ясно, что в печах для нагрева метал-
ла открытым пламенем они не применимы. Такие горелки при-
годны для некоторых печей в керамическом производстве, для
парогенераторов, для сжигания газа внутри радиационных труб
и для некоторых муфельных печей.
Горелки для генераторного газа
Горелки для очищенного генераторного газа мало отличают-
ся от горелок для богатых газов, за исключением соотношения
сечений для прохода воздуха и газа.
Очищенный генераторный газ подается по трубопроводам со
значительной скоростью, поскольку его можно беспрепятственно
пропускать через нагнетатели. Неочищенный генераторный газ
должен двигаться медленно в связи с тем, что потери напора не
должны превышать нескольких десятков миллиметров вод. ст
Это обусловлено специфическими особенностями водяных затво-
ров и уплотнений у газогенераторов, а также тем, что газодувки
выводились бы из строя вследствие наличия в газе смолы или пы-
ли. В горелках для неочищенного газа приходится пользоваться
компрессорным воздухом как для смешения, так и для подсоса
газа. Эти горелки должны быть самоочищающимися. Перечис-
ленные требования реализованы в конструкциях, приведенных на
рис. 42 и 43. На рис. 60 представлено продольное сечение горел-
ки, которая применяется в течение многих лет и до настоящего
времени. Основной подвод газа к ней регулируется вентилем, ко-
торый может быть установлен только в двух положениях: пол-
ностью открыто или наглухо закрыто. Так как выделяющаяся
смола при охлаждении застывает, то для управления вентилем
используют два маховичка. Верхний служит для открывания и
закрывания вентиля, нижний—только для того, чтобы сдвинуть
вентиль с гнезда.
При полном открытии газового вентиля подвод газа регулиру-
ется инжектирующим или дросселирующим действием сопла для
сжатого воздуха, показанного на рис. 60 на общем виде горелки, а
на рис. 61 отдельно в большом масштабе. Инжектирующее дейст-
вие сопла, через которое подается весь воздух, необходимый для
горения, регулируется поворотом рукоятки или сегментного венти-
Устройства для сжигания газообразного топлива
81
ля, находящегося в задней части сопла. Этим поворотом устанав-
ливают различные пропорции воздуха, проходящего через сопло
и мимо него, причем возможны любые соотношения. Воздух, по-
Рис 60. Горелка для неочищенного генераторного газа. Видны
два маховичка для открытия газового вентиля, когда он заби-
вается смолой
ступающий из сопла, подсасывает газ и увлекает его в печь, воз-
дух же, проходящий снаружи сопла, отклоняется фланцем сопла
в радиальном направлении и тормозит движение газа.
Так как назначение воздушного сопла — подвод к печи возду-
ха для горения и одновременный подсос необходимого количест-
ва газа, то нужен широкий диапазон регулирования как подачи
газа и воздуха, так и их соотношения. Такое двойное регулирова-
6 В Тринкс Промышленные печи
82
Устройства для сжигания топлива и нагревательные, элементы
ние осуществляется поворотным клапаном, а также дросселем в
воздушной линии. Смесь газа с воздухом проходит через огнеу-
порную насадку, которая подвергается действию излучения и-'
Рис 61 Сопло горелки для неочищенного генераторного газа с вентилем
для регулирования подсоса газа
Горячий газ
Рис 62 Горелка для неочищенного генераторного газа.
1 — горелочный блок, 2 — огнеупорная изоляция
печи. Все смолистые вещества в смеси полностью газифицируются
и сжигаются в насадке.
Размеры регулирующего клапана для заданного расхода газа
меняют в зависимости от наличия свободного места. Если места
достаточно, то ставят большие клапаны, и давление воздуха мо-
жет быть снижено до 130 мм вод. ст. Для большинства установок
оказывается достаточным давление ниже 700 мм вод. ст., в не-
которых же случаях оно должно быть доведено до 3500 мм вод. ст.
В эту горелку можно подавать воздух, нагретый до 370°.
Устройства для сжигания газообразного топлива
83
В горелке, изображенной на рис. 62, подача газа более удач-
но регулируется мотыльковым дроссельным клапаном. Инжекти-
рующие струи воздуха содействуют движению газа и хорошему
перемешиванию. Регулирующий клапан обдувается паром для
размягчения смолы и удаления пыли
Горелки для подогретого воздуха
Нагретый воздух подасюя в газовые горелки для повышения
температуры горения и для экономии топлива. В промышленных
печах для нагрева металла экономия топлива является в боль-
шинстве случаев основной целью подогрева воздуха.
Если нагретый воздух (предпочтительно при постоянной тем-
пературе) подается под значительным давлением к горелке, рас-
считанной на использование холодного воздуха, то сечения про-
ходов для воздуха должны быть увеличены. В том же случае,
когда подогретый воздух подходит к горелке под небольшим дав-
лением, например из регенераторов или керамических рекупе-
раторов, скорость воздуха настолько мала, что нельзя обеспе-
чить хорошею перемешивания, если не применить побудительных
средств. В этом случае нужно подавать под давлением горючий
газ, хотя при этом перемешивание обычно получается несовер-
шенным. Высокая температура воздуха ускоряет горение.
Излучающие газовые горелки
Некоторые газовые горелки в технике принято называть излу-
чающими. К ним относятся горелки, изображенные на рис. 52, 53,
55 и 56. Горелка, показанная на рис. 57, может быть отнесена к
этому типу только частично, главным образом потому, что самой
нагретой и наиболее раскаленной частью является не горелка, а
свод или стена печи, примыкающая к горелке. Название «излу-
чающая газовая горелка» создает впечатление, что наибольшая
часть генерируемого ею тепла передается внутрь печи и на сад-
ку излучением.
Ж- Д. Келлер при помощи специальных экспериментов опре-
делил, что теплоотдача излучением составляет только часть теп-
ла, генерируемого в горелке (или в непосредственной близости от
нее) *. Испытания показали, что доля излучения достигает мак-
симума при небольшом теплонапряжении горелочного объема и
равномерно падает при увеличении теплонапряжения. Было уста-
новлено. что для горелок, показанных на рис. 55 и 56, доля излу-
чения при среднем теплонапряжении составляла всего 10% ог
__1 Industrial Heating, 1949 и 1950 гг. также доклад 50-А-59, представлен-
ный на сессию Американского общества инженеров механиков (ASME), 1950.
6*
84
Устройства для сжигания топлива и нагревательные элементы
всего тепловыделения при горении или 11 % при понижении теп-
лотворности природного газа. Такое значение доли излучения
было определено при испытаниях на открытом воздухе. В нагре-
той печи эта доля снижается вследствие более высокой темпера-
туры лучевоспринимающих поверхностей. Температура чаши
горелки определяется в 1870°. При температуре печи 1200° доля
излучения снижается до
Г 1_, 1200 + 273 у]
L \ 1870-*- 273 / J
Продукты сгорания выходят из печи при температуре 1315° и
уносят с собой 60% тепла, выделяемого при горении (из расчета
на низшую теплотворность топлива). В этом случае доля тепла,
выделяемого в результате излучения из горелки, составляет
8,6-100 ,и й
---—— = 21,5% от общего количества тепла, поступающего в
печь. Здесь приведены грубые вычисления; в них, в частности,
пренебрегают излучением от газов в печи. Однако они достаточ-
ны для того, чтобы показать, что название «излучающие газовые
горелки» не следует понимать буквально.
Мощность газовых горелок
Мощность газовых горелок обычно выражается в кубических
метрах горючего газа в час. Сечения горелки должны быть доста-
точно велики, чтобы пропустить не только горючий газ, но и не-
обходимый воздух. Объем газа, протекающего в единицу време-
ни, равен площади проходного сечения горелки, помноженной на
скорость газа. В небольшой горелке развивается большая ско-
рость, но требуется высокое давление газа и воздуха. При низкой
скорости нужна крупная горелка, для которой давление может
быть небольшим. Между этими двумя предельными случаями ле-
жит область, внутри которой незначительные изменения в разме-
рах горелок не оказывают существенного влияния на их работу.
В пределах этой области предпочитают изготавливать горелки
для более высоких скоростей не только по вышеупомянутой при-
чине, но также и потому, что при больших скоростях придается
устойчивость направлению пламени и вызывается турбулентное
движение газов, которое в свою очередь содействует равномер-
ности распределения температуры в печи. В гл. IV будут выясне-
ны причины, по которым при низких скоростях уменьшается об-
разование окалины. Однако уменьшение образования окалины
является достаточно важной причиной для того, чтобы затра-
чивать дополнительные средства на изготовление крупных горе-
лок.
Устройства для сжигания газообразного топлива
85
Заводы-изготовители горелок располагают соответствующими
лабораториями, в которых испытываются все поступающие в про-
дажу горелки. Можно полагаться на правильность каталожных
данных о мощности горелок.
Это могло бы привести к мысли, что дальнейшее исследова-
ние мощности горелок излишне. Однако существуют вопросы, на
которые данные каталогов не отвечают: скорость газов в горел-
ле, при которой происходит проскок, т. е. втягивание пламени в
горелку, максимально достигаемое давление смеси и ряд других.
Хорошим критерием для сравнения горелок является скорость
смесг' у выхода из горелочного блока. Для средней величины теп-
jh ряжения эта скорость при холодном воздухе и холодном га-
3i [еблется от 12 до 21 м[сек. Фактическая скорость выше; по-
Bi чие скорости зависит от расстояния до места, в котором на-
ч; а гея горение. Скорость в струе не одинакова — по оси она
выше на периферии ниже. Среднюю скорость вычисляют по раз-
мерам горелки. На входе в горелочный блок фактические скоро-
сти о >ычно гораздо выше.
Для эксплуатационного персонала представляет интерес пре-
дел р тулирования газовых горелок, который является отношени-
ем м. ксимальной мощности к минимальной. При превышении
максимальной мощности пламя выдувается из горелочного блока.
При слишком малой скорости в горелках предварительного сме-
шения получается обратный удар пламени (проскок), в турбу-
лентных же горелках пламя медленно ползет обратно в сопло.
Втягг зание пламени в горелку происходит всегда, когда скорость
распр ктранения его превышает скорость движения горючей сме-
си на любом подверженном нагреванию участке. Скорость рас-
пространения пламени является функцией многих переменных.
Среди них: 1) химический состав горючего газа; 2) соотношение
количеств горючего газа и 'воздуха в смеси; 3) температура топ-
ливо! оздушной смеси; 4) размеры канала, по которому проте-
кает смесь; 5) температура этого канала.
Было опубликовано много экспериментальных данных о ско-
рости распространения пламени.
Ниже приведена скорость распространения пламени для неко-
торых газов, м[сек:
Генераторный	газ . .	. .	0,38
Метан...................0,35—0,61
Окись углерода ............ 0,43
Обогащенный водяной газ . 0,67—0,76
Водяной газ.............0,76—1,37
Коксовый газ................ 1,7
Водород .................... 2,7
При повышении температуры эти величины также увеличива-
ются. Скооость распространения пламени богатых газов возрас-
86
Устройства для сжигания топлива и нагревательные элементы
тает пропорционально квадрату абсолютной температуры. По-
этому нужно, чтобы канал, по которому протекает горючая смесь,
был холодным. Поскольку скорость движения газов у стенок наи-
меньшая, время пребывания этих газов достаточно для поглоще-
ния тепла от стенок.
В прошлом недостаточно учитывали влияние размера горе-
лочного канала на скорость распространения пламени. Горючая
смесь медленно горит в трубке диаметром 1/2"- Та же смесь взор-
вется, если попытаться ее сжигать в трубе диаметром 160 мм.
Скорость распространения пламени в результате ударной волны
превышает скорость звука. В книге «Теплотехнические расчеты
промышленных печей» Вернер Хейлигенштэдт опубликовал экс-
периментальные данные о скорости распространения пламени в
трубах разных диаметров при горении коксового газа.
Диаметр трубы, мм Скорость пламени, м/сек
25	6
50	10
75	12
Измерение скоростей затруднительно, особенно в горелке, на-
правленной в печь. Изготовители горелок обошли это затруднение
следующим образом. Для каждой горелки существует определен-
ное отношение между скоростью газа и падением давления в ней.
Это положение относится и к горелкам с предварительным сме-
шением и к турбулентным. Если- на испытательном стенде горел-
ка работает некоторое время с нормальной мощностью, то, по-
вышая давление и увеличивая расход газа и воздуха, достигают
давления, при котором пламя гаснет при испытании на открытом
воздухе или выносится из горелочного блока, если горелка на-
правлена в горящую печь. Наоборот, если напор перед горелкой
постепенно снижается, то при определенной величине в горелках
предварительного смешения получается проскок пламени, а в
турбулентных горение проникает в сопло.
Максимальная мощность горелок принимается меньше той,
при которой пламя выдувается, а нижним пределом считается
мощность выше той, при которой получается проскок пламени в
горелку. Последнюю величину не указывают в каталогах, так как
она изменяется в зависимости от температуры печи и от располо-
жения горелок.
Влияние величины горелки и характера топлива на давление
при проскоке пламени и при выдувании последнего показано в
табл. 9. Данные получены при испытаниях, проведенных объ-
единением «Surface Combustion Corporation». При испытании го-
релок другой конструкции, вероятно, были бы получены другие
результаты. Из табл. 9 следует, что все новые горелки перед по-
ступлением 'в продажу должны быть испытаны.
Устройства для сжигания газообразного топлива
87
Таблица 9*
Напор при проскоке пламени н выдувании пламени из горелки, мм вод. ст.
Нормальный расход тепла 1000 ккал/час	Проскок пламени		Выдувание пламени	
	искусственный газ	природный газ	искусственный газ	природный газ
11	25	5	351	25
33	64	15	633	150
73	113	25	703	203
103	140	25	845	760
• Н. Schramm, Steel Processing Март, апрель, 1647.
Давление смеси, при котором пламя выдувается, изменяется в
широких пределах в зависимости от конструкции горелки. Для
выдувания пламени из чаши горелки, показанной на рис. 55 и 56,
смесь должна подаваться под очень высоким давлением. Наивыс-
шее применяемое давление смеси меньше, чем давление, при ко-
тором происходит выдувание пламени. В турбулентных горелках
где смесь не подготавливается предварительно, давление смеси
определяется по раздельно замеряемым давлениям газа и воз-
духа.
Если газ и воздух (отдельно или в смеси) подают поршневым
или центробежным насосами, то можно получить любое давление
газовоздушной смеси. При инжекции (рис. 52 и 53) величина до-
стижимого давления смеси ограничена. Газовая струя сообщает
скорость воздуху. Кинетическая энергия смеси претерпевает
двукратное превращение — сначала в давление, а потом в кине-
тическую энергию потока в горелке. Не всегда практикуется двой-
ное превращение. Например в горелке, показанной на рис. 58, в
раструбе создается давление, достаточное только для того, чтобы
протолкнуть смесь в печь, преодолевая давление в последней.
Если несколько горелок обслуживаются одним инжектором, то
создается давление смеси, достаточное для преодоления сопротив-
ления в смесепроводах и на выходе из горелки. Такое устройство
схематически изображено на рис. 63. Необходимо кратко рас-
смотреть действие показанного на рис. 63 инжектора, хотя он и
не является частью печи. Основным уравнением инжекции являет-
ся уравнение количества движения: сумма произведения массы
одной движущейся среды на скорость этой среды и произведения
массы другой движущейся среды на ее скорость равна массе сме-
си, умноженной на скорость смеси. Здесь рассматривается масса,
протекающая в единицу времени. Это уравнение правильно, если
давления на выходе и входе равны. Так как скорость инжектируе-
мой среды при входе очень мала и ею можно принебречь, то урав-
88
Устройства для сжигания топлива и нагревательные элементы
нение можно выразить следующим образом: скорость газовоз-
душной смеси равна массе инжектирующей среды, умноженной
на скорость этой среды и деленной на массу газовоздушной смеси.
Рис. 63. Инжектор высокого давления (инжек-
тирующей средой является газ высокого дав-
ления):
1 — горелочный цемент, 2 — горелка; 3 — дробленый
огнеупорный кирпич, 4 — сборный коллектор, 5 — ин-
спиратор, 6 — корпус инжектора, 7 — регулирующая
воздушная шайба, а — сменный наконечник сопла,
Э — сопло, 10 — манометр; 11 — газовый вентиль
Если бы можно было скорость с без потерь превратить в на-
пор, то для смеси он составлял бы
h = —,
2gv
где v — удельный объем смеси.
Устройство для сжигания газообразного топлива
89
Хотя силы трения в этих уравнениях не учитываются, послед-
ние достаточно точны и позволяют сделать следующие заключе-
ния Богатый газ, например природный, для сжигания которого
требуется много воздуха на единицу объема газа, следует под-
водить к инжектору при более высоком давлении, чем требуется
для более бедного газа, например коксового. Чем беднее горю-
чий газ. тем легче получить смесь высокого давления.
Полные уравнения струйного инжекционного насоса довольно
сложны Они включают в себя также и коэффициенты трения, ко-
торые изменяются в зависимости от конструкции насоса и состоя-
ния его внутренней поверхности. Поэтому большинство заводов-
изготовителей инжекторов проводят в своих лабораториях испы-
тания и данные последних представляют в виде таблиц или но-
мограмм. На рис. 64 и 65 даны номограммы, выполненные Mid
Continent Metal Products C°. На рис. 64 наклонные линии пока-
зывают давления газа, необходимые для получения давлений
смеси (показанных по вертикалям), как функции теплотворно-
сти газа и мощности инжектора. Последняя переменная дается
на горизонтальной шкале сверху.
Рис. 64 подтверждает вывод: чем ниже теплотворность ин-
жектирующего газа, тем легче можно получить высокое давле-
ние смеси в инжекторе. Из этого же графика следует, что при
данном давлении газа более высокое давление смеси получает-
ся не в малых, а в больших инжекторах.
Данные рис. 64 являются результатом испытания инжектора
определенной конструкции. Инжекторы других конструкций мо-
гут отличаться размерами и состоянием их внутренней поверхно-
сти. Для них данные, приведенные на рис. 64, являются только
приблизительными. Все же эта номограмма полезна, так как она
наглядно показывает соотношения между отдельными перемен-
ными.
В номограмме, приведенной на рис. 65, даны некоторые сведе-
ния об основных размерах инжектора, необходимых при заданной
производительности. Давление газа изображается наклонными
линиями, а производительность в килокалориях в час — верти-
кальными линиями с горизонтальной шкалой вверху и внизу но-
мограммы. Для определения размеров инжектора находят точку
пересечения соответствующих линий. Следуя по горизонтали ог
этой точки к линии используемого газа, находят диаметры отвер-
стий газового сопла и на выходе инспиратора. Этих данных доста-
точно для выбора инжектора по каталогу. Еще раз напомним, что
для инжектора другой конструкции номограмму следует изменить
Пример. Инжектор производительностью в 90 000 ккал]час
должен быть выбран для природного газа, теплотворная способ-
ность которого равна 8900 ккал/м?, а удельный вес —0,658. Рас-
полагаемое давление газа равно 2 кГ/см2. На рис. 65 проследим
за ординатой 90000 ккал!час и наклонной линией, соответствую-
flol.teHue газ^аеЗуинои снеси, измеренное уЗьаидо инстрюторв ,мм&>^<из
Рис 65 Номограмма для расчета основных размеров инжек
тора высокого давления
92
Устройства для сжигания топлива и нагревательные элементы
щей давлению газа в 2 кГ1см2. От пересечения указанных пря-
мых следуем по горизонтали к линии, соответствующей заданно-
Рис. 66 Пропор-
ционирующий сме-
ситель Воздух,
протекающий че-
рез трубу Вентури,
засасывает газ че-
рез щель в горло-
вине трубы
му газу. Определяем диаметр отверстия га-
зового сопла — 2,5 мм и выходного отвер-
стия у инспиратора — 63,5 мм. По номо-
грамме на рис. 64 находим давление смеси
для данных условий — 79 мм вод. ст. Горе-
лочная головка должна быть спроектирова-
на соответственно этому давлению.
Если воздух для горения является инжек-
тирующей средой, а горючий газ — инжек-
тируемой, то инжектор называют пропорци-
онирующим смесителем. Вес протекающего
воздуха так велик по сравнению с весом
применяемых в промышленности богатых
газов, что в результате инжекции давление
в горловине трубы Вентури может пони-
зиться (образоваться разрежение). На
рис. 66 и 67 показаны пропорционирующие
смесители. Хотя они выглядят различным^,
но сконструированы на основе одного и то-
го же принципа.
В смесителе, показанном на рис. 66, газ
засасывается через щель в сужении (горло-
вине) трубы воздухом, протекающем через
трубу Вентури. Горючий газ проходит через
регулятор нулевого давления (рис. 67) и
подходит к смесителю под атмосферным да-
влением. Соотношение воздуха и газа регу-
лируется путем осевого перемещения вход-
ного конуса трубы внутри смесителя, по-
казанного на рис. 66, а в смесителе, пока-
занном на рис. 67, — коническим вентилем.
Расчет расхода в смесителе базируется
на располагаемом давлении воздуха, сохра-
нении количества движения и на том факте,
что в расходящемся участке трубы Вентури
происходит частичное восстановление давле-
ния.
Пропорционирующие смесители никогда
не предусматривают для отдельных горелок;
они подают смесь в коллектор, снабжающий
несколько горелок.
Успешная работа печей, оборудованных
пропорционирующими смесителями или инжекторами высокого
давления, обусловливается правильной конструкцией последних
Вход воздуха
Выход смея
Рис. 67. Пропорционирующий смеситель и регулятор
нулевого давления:
1 — тройник на всасе, 2 — воздушное сопло; 3 — труба Вентури;
4— отверстие для газа; 5 — выпрямляющая воздушная труба;
6 — регулятор соотношения газ — воздух, 7 — крышка регулирую-
щей системы; 8 — регулятор нулевого давления. 9 — мембраны,
10 — отверстие для атмосферного воздуха
94
Устройства для сжигания топлива и нагревательные элементы
и зависит от перепада давления между выходом из смесителя и
горелочной головкой.
Изгибы и тройники являются хорошими смесителями. Однако,
представляя собой местные сопротивления, они в большом числе
обусловливают значительное снижение производительности сме-
сителя.
Во избежание этого сопротивление коллектора, по которому
проходит смесь, не должно превышать 25% (лучше 20%) стати-
ческого давления на выходе из пропорционирующего смесителя.
Формулы и таблицы потерь на трение в трубопроводах приведены
во всех инженерных справочниках. Расчет коллектора с их при-
менением значительно упрощается, если пользоваться номограм-
мой рис. 68, с помощью которой можно получить достаточно точ-
"ные для практических целей результаты. Номограмма основана
на следующих данных. Практически при сжигании всех промыш-
ленных газов в правильном соотношении с воздухом на 1 нлг3 по-
следнего приходится приблизительно 900 ккал. Частное от деле-
ния производительности смесителя в ккал!час на 900 равно при-
близительно количеству воздуха (нж3/час), протекающего через
смеситель. На том же основании теплосодержание 1 лг3 газовоз-
душной смеси можно считать равным от 850 до 930 ккал. Следо-
вательно, не совершая серьезной ошибки, можно расход газовоз-
душной смеси приравнять определенному выше расходу воздуха,
тем более, что ошибка обычно компенсируется вследствие пре-
вышения температуры смеси над нормальной на 15°. На номо-
грамме рис. 68 в качестве ординаты дается падение давления в.
миллиметрах водяного столба на метр длины трубы. Используют
две .вертикальные шкалы. Одна из них — слева — должна ис-
пользоваться вместе с горизонтальной шкалой, на которой от-
ложено количество тепла в газовоздушной смеси, выраженное
в килокалориях (в час.
Правая шкала должна сочетаться с горизонтальной шка-
лой, на которой нанесен расход газа в 4t3/«ac. Если, напри-
 мер, в трубе диам- 4" расход газовоздушной смеси соответст-
вует 250000 ккал {час, то падение давления равняется 1,5 мм
вод. ст. на 1 м трубы.
В коллекторах большая часть падения давления приходится
на соединения (фитинги). Поэтому при расчетах они должны
быть учтены особо. Эта задача облегчается, если пользоваться
табл 10, в которой даны эквивалентные длины труб. Эквива-
лентной длиной трубы называется длина прямой трубы, на ко-
торой происходит такое же падение давления, как в фитинге
такого же диаметра. В приведенном выше примере сопротивле-
ние стандартного 4-дюймового колена равно 3,36 X 1,5 ~ 5 мм
вод. ст.
Рис 68 Номограмма для расчета потери давления на трение в коллекторах горелок и трубах
Таблица io
Эквивалентные длины прямой трубы для вентилей н фитингов того же диаметра, м
Диаметр трубы, дюймы	1/2	3/4	1	1 1/4	1 1/2	2	2 1/2	3	4	5	6	8	10
Открытая задвижка .	.	...	0,11	0,14	0,18	0,24	0,28	0,37	0,43	0,52	0,70	0,85	1,07	1,40	1,74
Колено большого радиуса или стандартный тройник на расходящемся потоке . . .	0,24	0,30	0,40	0,52	0,61	0,76	0,91	1,16	1,52	1,89	2,29	3,05	3,96
Колено среднею радиуса или тройник при уменьшении диаметра на 1/4 на рас- ходящемся потоке	 ....	0,40	0,55	0,70	0,95	1,10	1,43	1,65	2,07	2,77	3,66	4,27	5,49	6,71
Стандартное колено или тройник при умень- шении диаметра на 1/2 на расходящемся потоке	'		0,47	0,67	0,85	1,13	1,34	1,61	1,95	2,5	3,36	4,27	5,18	6,41	7,94
Тройник на встрече двух потоков		1,13	1,40	1,70	2,29	2,77	3,35	4,27	5,18	6,71	8,53	10,06	13,11	17,37
Проходной клапан в открытом положении	5,18	6,71	8,23	11,28	13,10	17,37	19,81	25,30	34,20	42,67	50,30	68,50	85,34
U-образное колено 		1,1	1,52	1,89	2,59	3,35	3,96	4,57	5,49	7,32	9,45	10,97	14,63	18,90
Тройник на встрече потоков при постелен- ном уменьшении диаметра на */2 ....	0,79	1,04	1,28	1,71	2,04	2,47	3,10	3,84	5,03	6,40	7,62	9,75	12,80
Переход, уменьшающий диаметр трубы, d т=1/2		0,18	0,24	0,30	0,40	0,46	0,55	0,70	0,88	1,16	1,46	1,71	2,29	3,05
Устройства для сжигания топлива и нагревательные элементы
Устройства для сжигания жидкого топлива
97
3. УСТРОЙСТВА ДЛЯ СЖИГАНИЯ жидкого ТОПЛИВА
Подготовка топлива для сжигания
Нефть или смолу редко сжигают в виде жидкости; обычно
горят нефтяные или смоляные пары, так как темепратура вос-
пламенения жидкого топлива гораздо выше температуры его
испарения *. Если попытаться сжигать жидкую нефть, то ее па-
ры будут сгорать на поверхности и настолько быстро, насколь-
ко они смогут соединиться с притекающим кислородом- Если
же получить нефтяной пар и смешать его с воздухом, то горе-
ние приобретает объемный характер.
Легкие масла (дистиллаты) можно сжигать в таком виде, в
каком они получаются. Мазут и смолу, особенно отогнанную,
необходимо до поступления к форсункам подогреть. Для этой
цели применяют паровой нагрев. Устройство для нагрева со-
стоит из змеевиков, расположенных в цистернах и в подземных
баках-хранилишах, насоса с подогревателем и паровой трубы,
соединенной с нефтепроводом на всем пути до печи. Это вспо-
могательное оборудование не является непосредственной
частью промышленной печи и здесь подробно не описывается.
Для того чтобы понять необходимость тонкого дробления
струи жидкого топлива и перемешивания его капель с воздухом,
надо иметь в виду следующее. Нефтяное топливо состоит из
многоатомных молекул. Они легко распадаются при нагрева-
нии. При этом к ним присоединяется углерод, смешанный с ча-
стично разложившимся остатком. Образуются также молекулы
с длинными цепями, содержащие много атомов углерода. Если
эта смесь соприкасается с твердыми поверхностями при недо-
статке воздуха для гидроксилирования (неполного сгорания в
СО и Н2О с некоторым количеством Н2 в остатке), то образует-
ся углеродистая опекающаяся масса, которая мешает движе-
нию газов в печи. Если эту массу периодически не удалять, то
она в конце концов может закупорить печь. Когда стенки печи
удалены от форсунки, не требуется совершенное распыливание
и перемешивание. Если же расстояние между форсункой и стен-
кой небольшое, тонкое распыливание и совершенное перемеши-
вание обязательны. Лучшей иллюстрацией этому служит двига-
тель дизель.
Кроме того, смола и тяжелое нефтяное топливо содержат
остатки, которые нельзя превратить в пар и быстро сжечь (см.
ниже раздел «Сожигательные устройства для пылеугольного
1 В дизелях распыливание настолько совершенно, воздух и топливо так
хорошо перемешаны, а температура и давление воздуха так высоки, что боль-
шая часть нефтетоплива сгорает в жидком состоянии.
7 В Тринкс Промышленные нечн
£8
Устройства для сжигания топлива и нагревательные элементы
топлива»). Процесс сжигания указанных видов топлива должен
быть организован так, чтобы эти остатки не касались стенок пе-
чи, так как на последних будет нарастать кокс. Тончайшим рас-
пиливанием топлива и полным перемешиванием его паров с
воздухом можно достичь быстрого сгорания, которое должно
заканчиваться до момента соприкосновения недогоревших про-
дуктов со стенками. Нагрев воздуха также увеличивает скорость
горения.
В соответствии с рассмотренными особенностями жидкого
топлива применяют три метода подготовки его к сжиганию: ис-
парение, распыливание, комбинирование испарения с распыли-
ванием.
Анализируя эти способы в отдельности, не следует забывать,
что самым важным элементом в нефтяных сожигательных ус-
тройствах является печь. Наибольшее значение имеют ее фор-
ма, площадь пода, объем и камера сгорания. При конструиро-
вании печи должны быть согласованы требования к нагреву
материала с условиями сжигания жидкого топлива.
Испарение.
Дистиллатные (легкие) масла могут испаряться, не расщеп-
ляясь. Эти масла получаются выпариванием. Дистилляцией на-
зывается испарение и последующая конденсация полученных
паров. Однако надо иметь в виду, что в процессе дистилляции
температура точно контролируется, тогда как в печи при испа-
рении перед горением контроль температуры невозможен. Все-
гда находится место, в котором в какой-то момент происходит
перегрев, крекирование и отложение сажи, в результате чего в
конечном счете закупориваются проходы. В таких случаях ра-
бота печи прерывается, пока не очистят загрязненные каналы.
По этим причинам испарение погонов нефти в промышлен-
ных печах осуществляется лишь спорадически. Правда, неко-
торые инженеры-печники без достаточных оснований приходят
к выводу, что они могут осуществить испарение дистиллата
нефти без крекирования. Рис. 69 является иллюстрацией к од-
ной из таких попыток. Подогретое топливо, расход которого
регулируется вентилем, течет по трубе и обогревается, как вид-
но из рис. 69, омывающим ее нагретым воздухом. При этом
предполагается, что при входе в горелочный блок топливо бу-
дет нагрето до температуры испарения. Имелось ввиду нагре-
вать его до температуры, лежащей в пределах 200—300°.
Струя горячего топлива, частично испарившегося, частично
закипающего, направляется по оси потока подогретого возду-
ха. Смесь движется через зажигающий туннель в рабочее про-
Устройства для сжигания жидкого топлива
99
странство печи, окруженное раскаленным огнеупором, где за-
вершается как испарение, так и сгорание.
Устройство для сжигания, показанное на рис. 69, простое,
но несовершенное. В начальный период, когда печь еще не про-
грелась, испарение не про-
исходит, печь дымит, на-
грев идет медленно и не-
эффективно. Случайный
перегрев в нефтепроводе
вызывает отложение сажй
и закупорку. Эта конст-
рукция больше не приме-
няется в американской
практике, но, возможно,
в будущем появится снова
в качестве «нового изобре-
тения».
На стр. 33—34 и на
рис. 11 показан и описан
испаритель для жидкого
топлива. Испаритель ис-
пользуется в основном
короткое время зимой, в
немногие очень холодные
Рис. 69. Горелка пл я легкого неф-
тетоплива, распиливаемого нагретым
воздухом:
1 — регулирующая шайба; 2 — раскаленный
огнеупор
дни, когда сокращается
или прерывается снабжение предприятия природным газом.
Когда испаритель не употребляется, его чистят.
Распиливание
Большинство применяемых в практике форсунок основано
на принципе распыливания, т. е. разбрызгивании в виде тумана
мельчайших частичек нефти или смолы. Повторяем, что распи-
ливание является лишь способом достижения быстрого испа-
рения и перемешивания топлива с воздухом, прежде чем части-
цы углерода смогут достигнуть стен печи. За распиливанием
следует испарение и перемешивание с воздухом и, наконец,
горение. Три стадии: 1) распиливание, 2) испарение и переме-
шивание и 3) горение сближаются друг с другом до такой сте-
пени, что между ними нельзя провести точной грани, но все же
они являются физической реальностью.
Слово «испарение» используется здесь за недостатком более
подходящего термина. Нефть или ее погоны любого сорта, по-
догретые до 450° или выше и не вступившие в контакт с кис-
лородом, расщепляются. Мазуты и другие остаточные продук-
ты крекируются при испарении. В процессе крекинга высво-
7*
100 Устройства для сжигания топлива и нагревательные элементы
бождаются частицы углерода (сажи). Они сильно раскаляются
и сообщают пламени нефти и смолы характерную яркость.
После того как жидкое топливо покидает сопло распылителя,
раздробляющего топливо на мельчайшие капельки, оно смеши-
вается с воздухом в горелочном блоке, откуда переходит в ка-
меру сгорания. Горелочный блок, нагреваясь за счет излучения
топочного пространства печи, нагревает жидкое топливо, значи-
тельная часть которого испаряется. Наконец, достигается та-
Рис. 70. Изменение скорости
в конусном туннеле:
/ — скорость струи после воспламе-
нения; 2 — скорость не воспламе-
нившейся струи; 3 — скорость
распространения пламени
кая температура, при которой пол-
ностью испаряется каждая капля
топлива или же его остатки разла-
гаются на углерод и водород. Го-
Рис. 71. Вихревые потоки в ци-
линдрическом туннеле
рение этих элементов завершает сгорание жидкого топлива. При
сжигании газообразного топлива отпадает вопрос о скорости сго-
рания, так как она фактически совпадает оо скоростью перемеши-
вания. Однако при сжигании жидкого топлива надо учитывать
два фактора, а именно: тонкость распиливания и степень испаре-
ния. При прочих равных условиях, чем мельче капли, тем быст-
рее их нагревание и частичное испарение; из этого следует, что
распыление сильно влияет на эффективность горения жидкого
топлива, особенно при ограниченном топочном пространстве. Чем
тяжелее топливо (или чем больше его вязкость), тем большее зна-
чение имеет качество его распыливания.
Для лучшего 'понимания физической стороны процесса горе-
ния приведен рис. 70. В верхней его части схематично пред-
ставлены форсунка и горелочный блок, в нижней же части по-
казана диаграмма скоростей. Как видно из этой диаграммы,
при продвижении частичек топлива слева направо скорость рас-
пространения пламени (благодаря улучшению смешивания и
более высокой температуре) возрастает, в то время как ско-
Устройства для сжигания жидкого топлива
101
рость струи топливновоздушной смеси падает (соответственно
обычно расширяется форсуночный туннель). Горение начинает-
ся в точке пересечения этих двух скоростей, т. е. в точке, где
скорость распространения пламени равна скорости топливно-
воздушной смеси. Не обязательно точно знать скорость распро-
странения пламени; расширение форсуночного туннеля компен-
сирует все изменения и обеспечивает устойчивость фронта пла-
мени. По этой и по другим причинам конический форсуночный
туннель употребляется гораздо чаще, чем цилиндрический
(рис. 71). В цилиндрическом форсуночном туннеле образуются
вихревые потоки, под действием которых в холодной печи сме-
шиваются холодные продукты сгорания с топливновоздушной
смесью и вызывается мерцание пламени или даже его затуха-
ние. По этой причине в этом туннеле нет определенного места,
где начинается горение. Применение цилиндрического туннеля
вызывает также затруднения при розжиге. При сильно подогре-
том воздухе и при тончайшем распыливании форсуночный тун-
нель не требуется. Эти положения подтверждаются работой
дизеля. Для очень тяжелого нефтетоплива, например нефтетоп-
лива № 6 (мазут), можно рекомендовать форсуночный туннель,
состоящий из конуса с большим углом раскрытия и цилиндриче-
ской секции. Такой блок показан на рис. 72-
Иногда на конце форсуночного туннеля размещается огне-
упорный козырек «ли так называемый «разбойник», рис. 73.
Он способствует лучшему перемешиванию и горению. Было
признано, что этот козырек полезен в том случае, когда либо
нефть, либо воздух, либо то и другое подаются толчками (пуль-
сируют), что ведет к затуханию пламени. Этот козырек также
полезен и тогда, когда распыливание и смешивание слабы. Ко-
зырек отклоняет пламя от садки и направляет его вдоль свода.
Это важно для низких печей с плохо смешивающими форсунка-
ми. Отверстие над козырьком делают по горизонтали широким.
Огнеупорные блоки — «разбойники», подобные показанному
на рис. 74, являются общепринятыми для рабочего пространст-
ва печей с нижним обогревом. Эти блоки способствуют равно-
мерному распределению и зажиганию газов. Они разделяют
пламя и создают в наиболее нагретой части печи однородную
температуру. Они также поддерживают свод. Расположение
«разбойников» определяют опытным путем.
При распыливании жидкого топлива производится механи-
ческая работа для преодоления сил сцепления или молекуляр-
ного притяжения в жидкости. Хотя величина этой работы неиз-
вестна, она, несомненно, зависит от вязкости мазута и смолы и
давления их паров. При температуре испарения силы сцепления
равны нулю. Из этого следует, что жидкое топливо следует по-
догревать настолько, насколько это позволяет безопасность и
Рис 72. Форсуночный туннель с конической и ци-
линдрической секциями
Рис. 73. Форсуночный туннель с поч
жигающим огнеупорным козырьком
Рис 74. План расположе-
ния огнеупорного блока ла
пути пламени
Устройства для сжигания жидкого топлива
103
правильная работа форсунок. Неочищенную смолу нагревают
до 70—75°. При большей температуре происходит внезапное
воспламенение наиболее летучих составляющих смолы, и (пла-
мя мерцает. Отогнанную смолу нагревают до 120°, тяжелые
нефти — до 80° или выше, если это позволяют свойства нефти,
т. е. если не происходит слишком большого отложения сажи
Для более легких топлив достаточны более низкие температу-
ры; топлива плотностью от 36 до 40° по Бомэ (№ 1 и 2) могут
хорошо распиливаться при комнатной температуре. Если тем-
пература топлива слишком высока, то легкие составляющие
нефти мгновенно превращаются в пар у выхода из форсунки,
где давление снижено, в результате чего происходит мерцание
пламени.
Классификация методов распиливания.
Распыливание осуществляется двумя способами:
1) механическое распыливание, при котором жидкость
подается под давлением и прогоняется через небольшое отвер-
стие;
2) воздушное или паровое распыливание, при котором ско-
рость сообщается жидкости (нефти или смоле) струей воздуха
или пара с высокой скоростью.
Во многих распылителях используют оба метода. Результат
их одинаков, а именно: большая разница между скоростями
топлива и окружающего воздуха или газа. При первом способе
высокая скорость у нефти, при втором — у воздуха или пара.
Вследствие большой разницы в скоростях капли жидкости рас-
тягиваются так сильно, что поверхностное натяжение вызыва-
ет их дробление на еще меньшие частицы. Таким образом, бла-
годаря высокому давлению нефти и большой скорости воздуха
или пара достигается хорошее распыливание.
При механическом распыливании жидкого топлива, осущест-
вляемого под действием его давления, затрачивается некоторая
работа; при распыливании топлива паром или воздухом работа
совершается за счет использования кинетической энергии газо-
образной среды (воздуха или пара). Интересно сравнить затра-
ту энергии в обоих случаях. Хотя мы не знаем абсолютной ве-
личины работы, необходимой для преодоления сил сцепления,
можно получить сравнительные данные на том основании, что
одинаковая степень распыливании получается при одинаковой
разности скоростей нефти и воздуха (или других газов).
Современные конструкции дизелей таковы, что для сгора-
ния топлива в минимальном объеме рабочего пространства от-
водится предельно короткое время; вследствие этого конструк-
торы вынуждены принимать давление топлива более 700 кГ[см2,
104 Устройства для сжигания топлива и нагревательные элементы
в промышленных же печах это давление редко превышает
10 кПсм2. Проведем примерный расчет распыливании. Прини-
маем давление топлива 8 кГ/см2. Для распыливании 1 сж3 топ-
лива требуется работа, равная 8 кГ/сж2-1 сж3 = 8 кГсм, а для
1 ж3 — 8 кГм.
Скорость нефтяных капель w находим из уравнения w =
= 4,37]/"h м/сек., где h — высота нефтяного столба, который ока-
зывает давление, равное 8 кГ/см2. Так как 10 м водяного стол-
ба создают давление 1 кГ/см2, то высота нефтяного столба, кото-
8 • 10
рый оказывает давление в 8 кГ/см2, будет равна =
= 89 м, где 0,9 — отношение средних удельных весов нефти и
воды. Скорость нефтяных капель будет равна 4,371/89 =
= 41,2 м/сек.
Тонкость эжекторного распыливании окажется такой же, ес-
ли воздух или пар сообщают нефти скорость в 41,2 м/сек. Одна-
ко при этом имеется существенное различие. При механическом
распыливании каждая капелька нефти разделяется вследствие
сопротивления газа, который находится в покое или медленно
движется. При эжекторном же распыливании не 'обязательно
каждая частица воздуха или пара встречается с каплей нефти и
используется для распыливания. Давление б, необходимое для
придания воздуху скорости 41,2 м/сек,—невысокое. Оно рав-
ю2 •»	(41 2)2 . 1 290
няется 6 = —L = -——-----!--- =112 мм вод. ст. Это дав-
2 g 2-9,81
ление так низко, что для распыливания должен быть использо-
ван весь необходимый для горения воздух.Так как для сжига-
ния одного объема нефти требуется приблизительно 10 000 объ-
емов воздуха, то работа по распыливанию 1 см3 нефти равна
10000-10 в-112 = 1,12 кГм, что представляет собой расчетный
минимум.
Если нефть распыливается сжатым воздухом или паром, то
необходимо затратить не менее 7з кГ воздуха на распиливание
1 кГ топлива. Так как 1 см3 нефти весит 0,9 Г, то вес сжатого
воздуха, необходимого для распыливания 1 см3 нефти, будет
равен 0,3 Г. Минимум работы, которую должен затратить сжа-
тый воздух на распиливание, составит p0v0 In—, где — аб-
Ро
солютное давление воздуха, v0 — удельный объем воздуха при
давлении р0 и 1п —----натуральный логарифм отношения ко-
Ро
нечного и начального абсолютных давлений воздуха. При ис-
пользовании (воздуха давлением р = 6,0 ати это отношение со-
р 6,0 + 1,03	_ о _
ставляет — =-------1----- = 6,8. Тогда работа для распыления
Ро	1,03
Устройства для сжигания жидкого топлива
105
1 см3 нефти равна 0,3 • 10-3 - 1 — 10330-2,31 1g 6,8 = 4,6 кГм.
С учетом потерь в компрессоре эта работа превышает 5 кГм.
Совершенно очевидно, что в случае механического распыли-
вания расходуется много меньше энергии, если в расчет прини-
мать только распыливание. Однако это преимущество механи-
ческого распиливания не так велико, как кажется на основании
приведенных данных о потреблении энергии. Постоянная подача
к форсункам равномерно нагретого мазута обеспечивается
перекачиванием от двух- до пятикратного объема распиливае-
мого топлива; энергия расходуется еще и на работу регулирую-
Рис. 75. Распыли-
тель с простым
выходным отвер-
стием в плоекэй
диафрагме
Рис. 76. Центробежный распылитель
для создания конусообразной струи
щего клапана, возвращающего топливо в напорный бак. Кро-
ме того, для перемешивания топлива и воздуха, необходимого
для горения, также затрачивается энергия. Эти вопросы будут
еще рассмотрены в дальнейшем.
Механическое распыливание. Механическое рас-
пыливание осуществляется различными способами.
1.	При движении капли топлива с большой скоростью через
воздух, находящийся в относительном покое, получается эф-
фект, равносильный быстрому движению воздуха возле капли.
Благодаря трению воздуха о каплю маленькие частицы топли-
ва отрываются от нее, растягиваются и расщепляются на две
или три еше меньшие частички. В результате происходит рас-
пыливание или образование нефтяного тумана.
2.	Если тонкая струя течет через диафрагму с расширяю-
щимся коническим отверстием и острыми кромками, то частицы
/ (рис. 75) при выходе сохранят свою тангенциальную ско-
рость, в результате чего происходит некоторое распыливание.
3.	Нагретая нефть, находящаяся под давлением, не испа-
ряется, пока внешнее давление выше давления нефтяного пара.
При выходе из форсунки внешнее давление резко падает.
106 Устройства для сжигания топлива и нагревательные элементы
Капля как бы бурно закипает и взрывается. Это ведет к чрез-
вычайно интенсивному распыливанию.
4.	Топливу перед выходом из сопла можно придать враща-
тельное или вихревое движение (например, с помощью винто-
вой нарезки, показанной на рис. 76). Тогда каждая' частица
при выходе из форсунки сохраняет тангенциальную составляю-
щую скорости. В результате топливо вытекает в виде конусо-
образной струи, каждая капля которой разрывается на части,
поскольку направления тангенциальных составляющих скоро-
сти частиц, образующих каждую каплю, различны.
Механическое распыливание предпочитают в том случае,
когда расход топлива относительно постоянен, как например, в
судовых паровых котлах. В применении к промышленным пе-
чам механическое распыливание имеет ряд недостатков. Рас-
ход топлива при этом методе распыливании регулируют путем
изменения давления топлива перед соплом, так как изменять
диаметр сопла или заменять одно сопло другим во время рабо-
ты печи нельзя. При снижении давления на 50% расход топли-
ва уменьшается на 70% и значительно ухудшается качество
раопыливания. При полном прекращении подачи топлива вслед-
ствие излучения из печи происходит коксование топлива;’ носик
форсунки, в котором происходит это коксование, закупоривает-
ся, и форсунка выводится из строя.
Второй недостаток, имеющий, правда, значение только для
небольших форсунок, — это малая величина сопла. При давле-
нии в 14 ати через сопло с отверстием диам. 1 мм протекает
'90 кГ нефти в час ’. Через отверстие диам. 0,5 мм пройдет в
час при том же давлении только 22,5 кГ. Мазут и смола со-
держат мельчайшие твердые частицы кокса, песка или шлама.
Поэтому при уменьшении диаметра сопла возможность его за-
сорения возрастает. Даже в погонах нефти содержатся твер-
дые частицы, например кусочки набивочного материала уплот-
нений нефтенасосов. Поэтому нужно особенно осмотрительно
выбирать нефтеочистители и фильтры. Форсунки с механиче-
ским распыливанием при высоком давлении нефти успешно
применяют лишь на немногих крупных нагревательных печах.
Хорошее распыливание при сниженном расходе достигается в
том случае, когда сохраняется энергичное завихрение топлива
даже при почти полном выключении форсунок. При этом боль-
шая часть потока нефти не проходит через сопло, а возвращает-
ся к насосу. Эскиз распылителя такого типа показан на рис. 77.
Он может работать при значительных изменениях расхода, так
1 Количество нефти, протекающее через сопло, при должном ее нагреве
можно с достаточной точностью вычислить по обычным формулам элемен-
тарной гидравлики, так как вязкость нагретой нефти невелика и не может
заметно повлиять на результат вычисления.
Устройства для сжигания жидкого топлива
107
Patpea по А-А
Рис 77. Распылитель для
широкого диапазона дав-
лении:
1 — тангенциальные щели; 2 —
камера завихрения; 3 — наконеч-
ник форсунки; 4 - сопло; 5 — го-
ловка наконечника: 6 — втул-
ка наконечника
как центробежная сила завихривающегося топлива обусловли-
вает хорошее распыливание даже при его неполном расходе.
При использовании таких распылителей в крупных промыш-
ленных печах должны быть предусмотрены средства для тща-
тельной продувки распылителей при остановке печи,
Распыливание воздухом
или паром. Распыливание паром
или сжатым воздухом основано на
двух явлениях: а) на расширении рас-
пыливающего газа при падении дав-
ления и б) на сдвиге, расслаивании и
отрыве частиц жидкости газом, кото-
рый движется с большой скоростью у
ее поверхности. Существуют две систе-
мы распиливания: 1) газом высокого
давления; 2) газом низкого давления.
В первой применяется воздух или .пар
под давлением от 4 до 9 кГ/см2, во
второй — воздух под давлением до
0,14 кГ1см2.
Сравнивая относительные достоин-
ства пара и воздуха как распиливаю-
щих агентов, следует прежде всего ука-
зать, что пар стоит дешевле только в
том случае, если он используется также
для других целей или получается в
котле-утилизагоре. При распыливании
паром вследствие реакции С+Н2О =
= СО + Н2 получается менее светя-
щееся пламя, чем при распыливании
воздухом. В последнем случае пламя
горячее и короче, так как воздух под-
держивает горение, в то время как
пар является балластом.
Паровой распылитель показан на рис. 78. Топливо из трубы 2
и воздух или пар из канала 1 смешиваются в трубе 3, где нефть
превращается в эмульсию. Соотношение между количеством
топлива и распыливающего агента регулируют вентилями 5 и 6.
В трубе 3 давление на 0,1—0,2 ати выше атмосферного. При вы-
ходе из сопла 4 происходит, вторичное рапыливание. Такой рас-
пылитель можно легко изготовить из стандартных труб и фитин-
гов, что является преимуществом при изготовлении на неспециа-
лизированном производстве, хотя эти форсунки и недостаточно
экономичны, потребляя много пара или воздуха. Распыливание та-
ким распылителем часто бывает несовершенным, так как капли то-
плива оседают на стенке трубы 3 и выдуваются через нижний край
Рис. 78. Простой распылитель высокого давления
Рис. 79. Простой 'распылитель с петлей для лучшего пере-
мешивания
Рис 80. Паровая форсунка эмульсионного типа:
1 — гайка для регулирования подачи воздуха или па-
ра; 2 — мазутное сопло; 3 — наконечник
Устройства для сжигания жидкого топлива
109
сопла 4. Сопло часто сплющивают, чтобы получить плоский
факел.
Перемешивание топлива и пара улучшается, если в смесите-
ле 3 поместить сопротивление или при устройстве витка, как по-
казано на рис. 79. Центробежная сила отбрасывает нефть
кверху, и каплеобразование уменьшается.
Такой распылитель усовершенствованной конструкции изо-
бражен на рис. 80. Расход пара в нем меняется от 0,18 кГ на
I л нефти при номинальной производительности до 0,8 кГ при
нагрузке, равной 15%. Такие распылители часто применяют
для регенеративных и рекуперативных печей. Давление пара
Рис 81 Распылитель высокого давления с многосопельным нако-
нечником типа Вентури
и нефти в этих распылителях должно поддерживаться посто-
янным, лучше всего с помощью чувствительных регуляторов.
Колебания давления одной из двух сред заметно меняют харак-
тер и длину пламени.
Как уже указывалось, весьма важно, чтобы вся распыли-
вающая среда вошла в тесный контакт с топливом. На рис. 81
показана ко-нструкция распылителя, в котором эта задача ре-
шена хорошо. Несколько трубок Вентури располагают по ок-
ружности сопла. Топливо входит сбоку в горловину каждой
трубки Вентури, воздух же с высокой скоростью движется
вдоль горловины. В последней давление распыливающей среды
снижается, оставаясь, однако, все еще значительно выше атмо-
сферного. Поэтому топливо должно подаваться в распылитель
под давлением. Последнее следует поддерживать для легких
нефтей в пределах от 0,35 до 1,75 ати, а для тяжелых — от 1,75 до
2,5 ати. В том случае, когда в качестве распыливающей среды
применяют пар, он должен быть либо перегретым, либо сухим
насыщенным. Горячая вода не распыливает.
Область применения распылителя, показанного на рис. 81,
та же, что и для распылителей, приведенных на рис. 78, 79 и 80
Эти распылители обычно употребляют не для промышленных
печей. Распиливание паром применяется главным образом на
больших предприятиях, где пар используют и для других целей.
ПО Устройства для сжигания топлива и нагревательные элементы
Пар целесообразно употреблять там, где сжигаются мазут и
смола, так как пар — наилучшее средство для их нагрева. На
небольших предприятиях, где используют легкое нефтетопли-
во, в качестве распиливающей среды применяют сжатый воз-
дух. При максимальной производительности и при давлении
воздуха 5 ати для распыливании 1 л топлива необходимо около
1,1 м3 воздуха. При снижении же производительности воздуха
нужно гораздо больше. Это состазляет около 10% общего коли-
чества небходимого для горения воздуха.
Нефтяные форсунки
До сих пор мы подробно не останавливались на описании
или анализе нефтяных форсунок, а ограничивались лишь рас-
пылителями. Эти распылители часто называют форсунками,
так как они помещаются в потоке подогретого воздуха. Канал
подогретого воздуха вместе с распылителем образуют форсун-
ку. В так называемых форсунках низкого давления процесс
протекает иначе. Там весь необходимый для горения воздух
проходит через форсунку.
Название «форсунка низкого давления» достаточно опреде-
ленно. Оно относится к форсункам, работающим под давлением
от 0,02 до 0,14 ати. При этом получается такой диапазон скоро-
стей, что требуются различные методы распыливания. При
давлении 0,02 ати скорость воздуха составляет около 55 м/сек,
при давлении же 0,14 ати—150 м/сек (при 20°). При скорости
воздуха 55 м/сек необходимо сечение почти'в три раза боль-
шее, чем при скорости 150 м/сек, вследствие чего затрудняется
перемешивание топлива с воздухом. Это ведет к различию в
конструкции форсунок. При давлении 0,14 ати распыливание
обычно выполняется в.два приема, в то время как при давлении
0,02 ати необходимо распиливать в три приема.
Совершенная нефтяная форсунка служит для выполнения
трех функций: 1) распыливания топлива; 2) перемешивания
нефтяной пыли (тумана) с воздухом; 3) пропорционирования
топлива с воздухом.
В распылителях высокого давления решена только первая
задача, т. е. распыливание. В большинстве форсунок низкого
давления, кроме того, перемешивается распыленное топливо с
воздухом, но в очень немногих форсунках поддерживается по-
стоянное соотношение топлива и воздуха. Пропорционирование
расходов топлива и воздуха подробно рассматривается в
гл. IV.
В форсунках низкого давления, как, впрочем, и во всех рас-
пылителях, важно поддерживать постоянную скорость распы-
ливающего воздуха при всех расходах вплоть до выключения.
Устройства для сжигания жидкого топлива
111
С згой целью при снижении расхода топлива необходимо одно-
временно суживать сечение воздушного прохода. Чтобы удов-
летворить это требование, приходится усложнять конструк-
цию форсунок, особенно при распиливании в три приема.
Некоторое количество электроэнергии можно сэкономить,
<*сли использовать меньше сжатого воздуха, чем нужно для
>еяия, подсасывая остальной. Для промышленных печей этот
этоб нельзя рекомендовать, так как для поддержания над-
жащего соотношения
,шлива и воздуха при
..том способе требуется
ручное управление за-
слонками или задвиж-
ками, которое никогда
не бывает точным. По-
скольку в некоторых
кечах подсос воздуха
допускается, здесь по-
мещается рис. 82, на
котором показана за-
висимость количества
воздуха, необходимого
Рис. 82. Зависимость количества воздуха,
необходимого для распиливания, от его
для распиливания, от
давления этого возду-
ха. Кривая 2 соответ-
ствует средним прак-
тическим данным. Кри-
давления
/ — теоретическое минимальное количество,
2— практически полеченные значения
вая 1 соответствует предельным значениям, которых можно*
достигнуть при хорошей конструкции, когда весь распыливаю-
ыий воздух смешивается с топливом.
Покажем несколько форсунок, с помощью которых дости-
гается достаточное распыливание и полное перемешивание, хотя
эти форсунки, возможно, и не самые лучшие из существующих.
Д.дгие конструкции, основанные на тех же принципах, но ис-
полненные несколько иначе, могут быть столь же хороши (или
плохи).
При давлении воздуха, равном 0.14 ати, и правильной кон-
стт/кции форсунки можно ограничиваться однократным рас-
пы иванием, особенно при использовании легкого нефтетопли-
ва. ЛАазуты не могут быть такими жидкотекучими, как легкое
нефтетопливо, даже при достаточно высоком подогпеве. Поэ-
тому их часто подают к распылителю под давлением около
5 тти. Выше показано, что при увеличении давления жидкого
топлива распыливание улучшается. На рис. 83 приведена кон-
струкция, дающая хорошие результаты при однократном рас-
пы швании при давлении воздуха в 0,1 ати и давлении мазута
J12
Устройства для сжигания топлива и нагревательные элементы
5,3 ати. Одновременно на рисунке показаны различные сопла,
позволяющие изменять длину пламени. Форсунки этого типа ре-
комендуются для печей, работающих с мало меняющейся про-
изводительностью.
Большинство форсунок, работающих при давлении воздуха
0,1 ати, сконструированы для распыливания и перемешивания
в две стадии. Конструкция, известная под названием «распы-
Рис. 83. Форсунки низкого давления со сменными наконечниками для
изменения длины и формы пламени:
/—наконечник для получения длинного пламени; 2— наконечник для получения
короткого пламени
литель встречного дутья», приведена на рис. 84. Если не поль-
зоваться регулирующей заслонкой перед форсункой, то расход
первичного воздуха будет постоянным. Подача вторичного рас-
пиливающего воздуха регулируется вручную при помощи руко-
ятки, показанной слева.
Как правило, форсунки низкого давления рассчитаны на
работу с трехкратным распыливанием.
Автоматически регулировать расход трех струй воздуха при
постоянной их скорости достаточно трудно. Нижеследующие
примеры подтверждают это положение. В конструкции, изо-
браженной на рис. 85, топливо течет медленно или бьет струей
(в зависимости от расхода) из радиальных отверстий 2, входя
в завихривающийся воздух, который поступает тангенциально
через отверстия /. Эта топливновоздушная смесь встречает
Устройства для сжигания жидкого топлива
113
Рис. 84. Распылитель встречного дутья
Рис. 85. Распылитель с тройным распылением:
— отверстие для воздуха; 2 — радиальные отверстия для топлива; 3 — верхний штуцер;
канал; 5 — кольцевая щель для прохода вторичного воздуха; 6 — то же, для третич-
йоге или подогретого аоздуха; 7 —патрубок; 3—нижний штуцер; 9 — оукоятка; 10 — ма-
аутопровод; 11 — каналы для мазутв; 12 — канал первичного воздуха; 13 — регулятор
длины пламени
8 В. Тринкс. Промышленные печи
114 Устройства иля сжигания топлива и нагревательные элементы
на своем пути большее количество воздуха, направляющегося
через кольцевую щель 5, ширина которой регулируется патруб-
ком 7. Патрубок 7 приводится в движение с помощью рукоят-
ки 9, перемещающейся по кулачку с зарубками Первичный и
вторичный воздух, поступающий через верхний штуцер 3, про-
ходит по каналам 1 и 4. Третичный же воздух, вступающий в
форсунку через нижний штуцер 8, проникает в топливовоз-
душную смесь через щель 6. Ширина последней постоянна и
подача третичного воздуха может регулироваться только вен-
тилем на линии, примыкающей к штуцеру 8, через которую
можно пропускать и подогретый воздух. Подача первичного
воздуха также не регулируется.
С помощью описанных форсунок скорость воздуха и задан-
ное соотношение расходов воздуха и топлива при изменении
расхода последнего поддерживают далеко не постоянными. Эс-
киз форсунки, с помощью которой эти оба условия выполня-
ются, дан на рис. 86. При повороте рычага, служащего для
увеличения расхода топлива, одновременно отодвигается па-
трубок, окружающий топливное сопло. При этом расширяются
проходы как для первичного, так и для вторичного воздуха.
Устройства для изменения расхода топлива и размера прохо-
дов для воздуха связаны кулачком (показанным пунктиром
недалеко от центра форсунки) такой формы, что при условии
постоянства давления воздуха и давления и температуры топ-
лива будет поддерживаться также постоянное соотношение рас-
ходов топлива и воздуха. Хотя эту форсунку относят к форсун-
кам низкого давления, в действительности она не соответствует
в точности этому типу. Она сконструирована для давления воз-
духа от 0,07 до 0,10 ати и давления топлива от 1,75 до 2.5 ати.
Эту форсунку можно применять для сжигания как нефти, так
и газа. При работе с газом последний проходит через нижний
регулирующий вентиль и поступает в горелочный туннель по
наружному конусу, направляющему газ в струю воздуха. Изве-
стен ряд модификаций топливного сопла.
Производительность нефтяных форсунок.
Часто требуется определить, хотя бы приближенно, произ-
водительность имеющейся форсунки или запроектировать но-
вую заданной производительности. Метод такого расчета по-
кажем на конкретном примере. Форсунка должна сжигать
37,9 л нефти в час при давлении нефти от 2,8 до 3,5 ати и дав
лении воздуха 0,0527 ати. Определим диаметры подводящего
воздухопровода, воздушного и нефтяного сопел.
На рис. 87 схематически изображена взятая для расчета
форсунка простейшей конструкции. Она далеко не из лучших
Рис 86, Форсунка, в которой поддерживают постоянную скорость распи-
ливающего воздуха и постоянное соотношение расходов мазута и воздуха
И6 Устройства для сжигания топлива и нагревательные элементы
применяющихся в практике и выбрана только для упрощения
расчета. Однако и к более сложным форсункам предлагаемый
метод расчета вполне применим. Допустим для начала (в даль-
нейшем эта предпосылка будет отброшена), что 70% необходи-
мого для горения воздуха проходит чере» форсунку, а 30% под-
сасывается вокруг форсунки. В основу расчета положим задан-
ное давление воздуха — 0,0527 ат. Теоретически необходимое
количество воздуха равно
37,9-0,809-14-0,824 с по
—-----------------= 5,92 мл мин
60
Рис. 87. Схема простой форсунки
низкого давления
(здесь 0,809 — удельный вес
нефти, кГ/л; 14 —расход воз-
духа при горении, кГ!кГ нефти;
0,824 — удельный объем возду-
ха, м?!к.Г).
К форсунке необходимо
подать 70% воздуха под давле-
нием, т. е. 5,92 • 0,70 =
= 4,14 м3]мин.
Скорость воздуха с, соот-
ветствующая падению давле-
ния в 0.0527 ат, при нормаль-
ной температуре равна
с = |/ 2gApy = jZ 19,62 - 0,0527-10000-0,824 = 92,4 м/сек.
В соплах, обычно применяемых в форсунках, воздушная
струя слегка суживается, что мы учитываем, вводя коэффици-
ент расхода 0,85. Тогда получаем уравнение
0,85Л, • 92,4 — —,
60
где Л] — сечение воздушного сопла.
Решая это уравнение относительно Ль получим Л1 =
= 883 лип2, откуда диаметр сопла = 33,5 мм.
Вязкость топлива, достаточно подогретого для распыливания,
настолько мала, что не оказывает заметного влияния на исте-
чение из сопла. Примем все же, что вследствие вязкости поток
нефти будет тормозиться на 10% по сравнению с потоком иде-
альной жидкости. Тогда сечение отверстия нефтяного сопла
найдем из уравнения	_______________
—-37-9— = А • 0,90 - 0,62 - 1/ А15 10000-19,62
3600 • 1000	И	809
Устройства для сжигания жидкого топлива
117
где 0,62 — коэффициент расхода;
А? — сечение отверстия.
Решая уравнение относительно А2, получаем А2 = 0,678 мм2,
откуда диаметр отверстия D2 = 0,93 мм.
Далее, примем суммарное падение давления на сопротивле-
ние при повороте и на изменение скоростного напора при вхо-
де в форсунку равным 0,0022 ати. Оба эти сопротивления при-
близительно одинаковы, каждое из них равно 0,0011 ати.
Соответствующая скорость будет равна
с = ]/19,62-0,0011-10000-0,78 = 13 м/сек,
где 0,78 м?]кГ— удельный объем воздуха при температуре 17е
и давлении 0.0527 ати.
Сечение воздухопровода А4 определяется из уравнения
0,78-4,14
0,824 - 60- 13
—3
= 5,02-10 л/2,
откуда D4 — 80 мм.
Если взять трубу диам. 3", то потери давления получатся
немного больше, а именно 0,0026 ати вместо 0,0022 ати.
Чтобы пропустить весь воздух через форсунку, ее линейные
размеры должны быть в|/Л^2= 1,19 раза больше тех, которые
определены в приведенном расчете. В этом случае D1=33,5X
XI, 19=40 мм, a D4=80- 1,19 = 95 мм.
Расчет ясно показывает, что размеры форсунки определяют-
ся величиной отверстий для прохода воздуха, а не топлива. Га-
баритные размеры форсунки зависят от диаметра D4. При же-
лании удвоить количество топлива, протекающего через эту
форсунку, надо только сменить нефтяное сопло, обеспечив удво-
енную площадь сечения отверстия в нем. Однако при этом не
удается существенно увеличить сечение проходов для воздуха,
не заменив весь корпус форсунки. Для того чтобы подать двой-
ное количество воздуха через прежнее отверстие диам. 34 мм,
необходимо давление воздуха довести до 0,21 ати. Такое дав-
ление чрезмерно, скорости при этом получатся слишком боль-
шими, пламя будет отрываться от форсунки.
При подогреве воздуха до 200° диаметр воздушного сопла
рассмотренной форсунки пришлось бы довести до 41 мм, если
расход топлива (37,9 л!час) и давление воздуха (0,0527’ ати)
оставить неизменными. Одновременно следует учитывать харак-
теристику вентиляторов, так как, начиная с определенного расхо-
да, при увеличении подачи их напор уменьшается. В нашем же
примере вентилятор должен был бы увеличивать подачу возду-
ха, повышая напор. Потребовался бы не только увеличенный
i 18 Устройства для сжигания топлива и нагревательные элементы
корпус форсунки, .но и более мощный вентилятор. Поскольку
габариты нефтяной форсунки определяются не расходом топли-
ва, а расходом воздуха, в форсунке данных размеров нельзя
успешно сжигать топлива больше того количества, которое соот-
ветствует расходу воздуха, который может пропустить форсунка
при давлении, на которое она рассчитана.
Можно заметить, что через воздушное сопло /It форсунки
должны проходить не только воздух, но и частично испарившая-
ся нефть. Однако, учитывая, чго расстояние от нефтяного сопла
до выхода из форсунки очень мало, приходим к выводу, что ко-
личество испарившейся нефти на этом участке будет весьма не-
значительным и может не приниматься во внимание.
Неполадки в работе нефтяных форсунок
Одной из наиболее неприятных особенностей форсунок для
жидкого топлива является коксование в них топлива и связан-
ная с этим закупорка форсунок.
Это обстоятельство в значитель-
ной мере объясняется тем, что
сопла форсунок все время облу-
чаются из камеры сгорания. По
этой причине в промышленных
печах не применяют форсунки с
механическими распылителями.
При использовании подогретого
Рис. 88. Форсунка, работаю- воздуха форсунка получает до-
шая с нагретым воздухом 'полнительное тепло от воздуш-
ной трубы, окружающей топлив-
ное сопло. Для того чтобы свести к минимуму неприятности, свя-
зяанные с коксообразованием, применяют разные методы. Удли-
няют форсуночный туннель и насколько возможно суживают его
сечение перед соплом. Форсунки низкого давления, через кото-
рые подается большая часть или весь воздух, необходимый для
распиливания, хорошо защищены этим постоянным потоком хо-
лодного воздуха. Наибольшей опасности закупорки подвержены
форсунки с механическим распиливанием, работающие на подо-
гретом воздухе, особенно при низких расходах. В форсунках это-
го типа нефтяную трубку 1 (рис. 88) окружают изолирующим
кожухом 2, через который проходит атмосферный воздух или не-
большое количество сжатого воздуха. Этот воздух вытекает у
наконечника форсунки и защищает ее от коксования. Форсунка,
через которую подается и горячий и холодный воздух, показана на
рис. 85. В этой форсунке нефтяное сопло настолько отодвинуто от
входа в печь, что в нем коксование уже невозможно.
Устройства для сжигания жидкого топлива
119
Наибольшая опасность от коксования возникает при выклю-
чении форсунки, так как в это время она нагревается лучеиспу-
сканием из горячей печи. Чтобы избежать этого, применяют ряд
мероприятий. В одних случаях предусматривают воздушную ли-
нию для продувки топливного сопла. В других устанавливают
дренажный вентилек для спуска топлива из форсунки. Наиболее
целесообразно применять оба эти способа одновременно Если
главный запорный вентиль в закрытом состоянии недостаточно
плотен, это обнаруживается с помощью дренажного вентиля.
Форсунки, направленные вертикально вниз, самоочищающиеся.
Установленные на своде, они дают весьма равномерный нагрев.
Однако такая установка встречается редко вследствие трудности
наблюдения и обслуживания.
Много неполадок с форсунками возникает по вине вспомога-
тельного оборудования. Причиной могут явиться нагреватели
в напорных баках, насосы, фильтры, длинные участки необогре-
ваемых мазутопроводов. Неполадки могут произойти в случае
применения влажного пара для распыливания. Правила розжи-
га форсунок освещаются в гл. VII.
Комбинированные форсунки для нефти и газа
Во многих районах США стоимость природного газа в пере-’
счете на одну калорию дешевле, чем стоимость жидкого топлива.
К тому же природный газ не содержит серы и расход его значи-
тельно легче регулируется, чем расход жидкого топлива. Одна-
ко в холодные дни газ частично или даже полностью отводится
бытовым потребителям. В такие дни для мелких и средних пе-
чей иногда используют в качестве топлива бутан, пропан и газо-
вый бензин. Для крупных же печей чаше всего в качестве ре-
зервного топлива используют легкие погоны нефти.
В прежнее время газовые горелки в холодные дни снимали
и заменяли форсунками. Переход от газа к нефти и обратно об-
ходился довольно дорого. Это обстоятельство стимулировало
разработку комбинированных горелок, в которых переход от од-
ного вида топлива к другому совершался бы быстро, одним пере-
ключением вентилей. Возможно много комбинаций форсунок
с горелками, на практике же создано несколько конструкций,
а широко используют две. В наиболее дешевых горелках сжи-
гается одновременно только одно топливо: газообразное или
жидкое; в более дорогих горелках можно сжигать одновременно
оба топлива. Преимущество второй конструкции заключается
в том, что в те дни, когда подача газа не прерывается, а только
сокращается, можно сразу сжигать и газ, и жидкое топливо.
Для большинства комбинированных горелок давление рас-
пиливающего воздуха колеблется от 0,07 до 0,14 ати, давление
120 Устройства для сжигания топлива и нагревательные элементы
жидкого топлива — от 1,05 до 1,4 ати. Комбинированные горел-
ки не выпускают для нагретого воздуха. На рис. 89 показана ши-
роко распространенная комбинированная горелка. Из чертежа
видно, что распиливание здесь не такое тщательное, как у хоро-
ших нефтяных форсунок. Однако это не имеет значения, по-
скольку нефть сжигается всего в течение нескольких дней. Сле-
дует отметить, что в этих горелках сжигают не мазут, а погоны
нефти. Рисунок настолько ясен, что не требует дополнительных
пояснений.
Рис. 89 Комбинированная форсунка для газа и жидкого топлива
/ — выхлопной аварийный штуцер, 2 — штуцер для подвода газа. 3—клапан жидкого
топлива, 4 — пробки отверстий для прочистки виутреиних каналов, 5 — штуцер для подачи
воздуха для горения, 6 — кирпич, 7 — канал подводящий газ 8 — трубка для подвода
жидкого топлива, 9 — форсунка, 10 — отверстие для подвода распиливающего воздуха,
Л —гляделка, 12— горелочная плита, 13 — отверстие для наконечника запальника
В комбинированной горелке, изображенной на рис. 86, хоро-
шее распыливаюшее устройство и надежная конструкция для пе-
ремешивания воздуха с топливом — как с жидким, так и с газо-
образным. В этой горелке при всех расходах поддерживается
заданное соотношение воздуха с одним или обоими видами топ-
лива.
4. УСТРОЙСТВА для сжигания УГЛЯ и кокса
Применение угля для промышленных печей со времени пер-
вого издания этой книги значительно сократилось, несмотря на
то что уголь по-прежнему остался наиболее распространенным
и дешевым топливом.
В 1920 г. в США во многих промышленных печах еще сжи-
гали уголь. В настоящее время уголь является только аварий-
ным топливом, применяемым тогда, когда в распоряжении пред-
приятия нет более удобного газообразного или жидкого топлива
Если мы здесь все же рассматриваем устройства для сжигания
угля и кокса, то это делается, во-первых, потому что изменения
Устройства для сжигания угля и кокса
121
в экономике могут повести к увеличению потребления угля и, во-
вторых, потому что во многих других странах более удобные ви-
ды топлива, которыми в США заменяют уголь, не так легко до-
ступны Например, на крайнем востоке Канады нет нефти и при-
родного газа, но много каменного угля. Можно также упомя-
нуть что и в США некоторые печи огнеупорных заводов отап-
ливают углем. Следует отметить, что пока эти печи не разогре-
ются, они очень дымят.
Уголь можно сжигать, во-первых, в виде кусков на ручной
колосниковой решетке или на решетке с механической загрузкой
и перемещением и, во-вторых, в виде пыли.
В дальнейшем изложении уделяется внимание главным обра-
зом газовому углю, нашедшему наиболее широкое применение.
Рис. 90 представляет только исторический интерес и показывает,
какие топки не следует применять. Для поддержания горения
угля здесь создается небольшое разрежение (тяга) В результа-
те получается подсос воздуха в нагревательную камеру и силь-
ное окисление садки. Хорошо известным, но совершенно недо-
статочным способом борьбы с окалинообразованием служит
подгребание золы у топочных дверец вне печи и угля или
кокса внутри в надежде на то, что кислород воздуха соединит-
ся с углем, а не с садкой печи Если колосниковая решетка недо-
статочно велика, а производительность печи высока, то свод над
решеткой и над топочным порогом быстро выгорает. Разреже-
ния в печи можно избежать, если колосниковую решетку распо-
лагать значительно ниже пода печи. Наилучшим местом для
нее является фундамент. Такое расположение решетки преду-
сматривалось в печи Сименса старой конструкции с наклонной
ступенчатой колосниковой решеткой и ямой под ней, наполнен-
ной водой. Это устройство гораздо лучше изображенного на
рис. 90. Однако у такой печи очень неудобно одновременно наб-
людать за загрузкой топлива и за камерой горения, находя-
щимися на разных уровнях.
Следующим этапом в развитии устройств для сжигания угля
на колосниковой решетке является полугазовая топка, которая
применяется и в настоящее время Она показана на рис. 91. Па-
ровоздушная смесь вдувается в закрытый зольник, а вторичный
воздух подается сразу за топочным порогом. Благодаря тому,
что зольник находится под положительным давлением, печь мо-
жет работать не только без разрежения, но в ней можно даже
поддерживать небольшое избыточное давление, вследствие чего
устраняется подсос холодного воздуха. При прохождении пара
вместе с воздухом сквозь слой топлива понижается температура
последнего и предотвращается шлакование золы. По существу
топка становится газогенератором, поэтому такой метод сжига-
ния и называется полугазовым. Благодаря подводу вторичного
122 Устройства для сжигания топлива и нагревательные элементы
воздуха за топочным порогом горение и тепловыделение распро-
страняются по подине. Как правило, паровой вентилятор, или
Рис. 90. Топка печи с колосниковой решеткой и
разрежением над подиной
инжектор, вдувает паровоздушную смесь в зольник, а воздуш-
ный вентилятор подает вторичный воздух.
Рис. 91. Печь, отапливаемая углем, с паровым инжектором для подачи
воздуха в закрытый зольник и с подводом сухого вторичного воздуха:
а —разрез; б - вид со стороны инжектора, 1— каналы вторичного воздуха для за
вершения процесса горения, 2 — топочное окно; 3 — заслонка зольника
Пар под колосниковую решетку можно подавать и другим
способом. В зольник впускается отработавший пар от паровой
машины или молота, а воздух, как первичный, так и вторичный.
Устройства для сжигания угля и кокса
12
подается одним и тем же вентилятором. В этом случае для не-
прерывной подачи пара нужно располагать постоянным его ис-
точником Там же, где нет пара, можно установить водяные
коробки в стенах топки под колосниковой решеткой. Однако они
быстро покрываются накипью и поэтому их не следует рекомен-
довать.
В крупных печах, отапливаемых каменным углем, часто не-
обходимо для более равномерного распределения тепла устра-
ивать не одну большую, а несколько топочных камер меньше-
го размера, расположенных вдоль всей печи на определенном
расстоянии друг ог друга. Если большая печь отапливается од-
ной обширной топкой, то при низкой производительности в ней
трудно поддерживать равномерный слой топлива, вследствие
чего вдоль печи неизбежна большая разность температур.
Механические топки для промышленных печей
Работа колосниковой решетки с ручной загрузкой зависитог
квалификации и внимания кочегара. Он может либо сортиро-
вать уголь перед загрузкой, отбрасывая мелочь, регулярно пода
вать, шуровать и разравнивать уголь на решетке и поддержи-
вать слой топлива нужной толщины, либо забрасывать топ-
ливо большими порциями через значительные промежутки вре
мени, допускать накапливание золы и шлака и т. п.
Кроме того, в печах с ручной загрузкой топлива холодный
воздух при открывании топочных дверец врывается в топку,
хотя этого можно избежать при правильном управлении шибе
рами. Ручная загрузка в горячую печь представляет собой тя-
желый изнурительный труд. Эти недостатки отсутствуют в меха-
нических топках, представляющих интерес еще и потому, что в
них можно использовать мелкий уголь. Тем не менее в США
в настоящее время установлено очень мало механических топок
для промышленных печей. Те немногие, которые работают,
представляют собой хорошо известные однорешетчатые топки
с нижней подачей топлива при помощи винтового шнека (сто-
кера), как изображено на рис. 92. На этом рисунке видны все
детали, за исключением шуровочных неподвижных плит с обеих
сторон топки. Они показаны дополнительно на рис. 93. На нем
изображены боковые шуровочные плиты и вывалившийся на них
из стокера уголь
Воздух, продуваемый через слой топлива, нужно насыщать
паром, иначе над топкой прогорит свод, а на садке будет быст
ро расти окалина.
Правильно эксплуатируемая механическая топка экономич-
нее ручной. Часто, однако, ошибочно полагают, что успешно об-
Рис 92 Стокер с нижней подачей и шнековым питанием
/ — угольный бункер, 2 — реторта, 3 — шнек, 4 — электродвигатель, 5 —дутьевой венти
лятор, 6 — неподвижные колосниковые плиты. 7 — решетки
Устройства для сжигания угля и кокса
125
служивать такую топку может неквалифицированный и низко-
оплачиваемый рабочий, так как последний будто бы только дол-
жен смотреть за наполнением бункера. При этом забывают что,
если даже подача угля (винтовым питателем) и воздуха (со-
ответствующим открытием регулирующего вентиля) находятся
сначала в правильном соотношении, то последнее может со вре-
менем нарушиться вследствие шлакования или изменения со-
держания золы в угле. Если нельзя допустить любую атмосферу
в печи и требуется непрерывное поддержание постоянства со-
отношения топливо—воздух, кочегар должен уметь восстано-
вить равновесие или это должен делать периодически приходя-
щий инженер. Во многих печах для обжига огнеупоров такое
строгое постоянство не требуется Вот почему механическими
топками в последние годы оборудуют печи для производства
огнеупоров.
Производительность колосниковых решеток и механических
топок
В печах, отапливаемых углем, площадь колосниковой ре-
шетки составляет от 18 до 30% площади пода. Меньшая цифра
относится к печам, в которых сжигают крупный малозольный
газовый уголь.
Необходимую площадь решетки можно подсчитать по коли-
честву топлива, которое можно сжечь или газифицировать на
ней в единицу времени. Однако эта площадь зависит не только
от количества, но и от качества угля, от величины его кусков,
содержания и состава летучих, количества и состава золы, от
конструкции решетки и от величины разрежения или давления
в печи Для нагревательных печей следует учитывать еще до-
полнительные обстоятельства, а именно: защиту кладки и сто-
кера. Вполне возможно, например, на одном квадратном метре
площади решетки при разрежении 25 мм вод. ст. сжечь 360 кГ
хорошего газового угля в час Однако при такой форсировке
вследствие высокой температуры в слое топлива свод печи над
решеткой и топочным порогом выгорел бы в несколько дней.
Поэтому в США даже в высокотемпературных печах редко пре-
вышается норма в 120 кГ/м2 час, а в отжигательных печах
в среднем сжигают угля от 40 до 60 кГ)м2  час. Конечно, и от-
жигательные печи могут работать с большим напряжением ре-
шетки. Однако при этом площадь решетки получилась бы
слишком малой по сравнению с площадью пода, оказалось бы
трудно или невозможно поддерживать равномерную температу-
ру на всей площади пода. Даже при таких низких нагрузках,
как 40 кГ/м2 час, приходится прибегать к особым мерам для
126 Устройства для сжигания топлива и нагревательные элементы
обеспечения относительно равномерной температуры на поди-
не. На рис. 94 показана печь, у которой ширина решетки мень-
ше ширины пода. Равномерность температуры на поду дости-
гается постепенным расширением топочной камеры кверху и
особой формой верхнего края топочного порога.
Работа многих решеток с ручной загрузкой, на которых ежи
гается крупнокусковой уголь, с низким напряжением на решетке
сопровождается даже некоторыми положительными моментами:
горючие газы и избыточный воздух медленно и без завихрений
параллельными слоями подымаются в топочной камере. Только
Рис. 94 Топка с постепенно расширяющейся топочной камерой. Форма
верхнего края топочного порога должна обеспечить равномерное рас
пределение газов:
1 -верхний край порога; 2— дымоход: 3 —под
за топочным порогом в нагревательной камере газы и воздух
перемешиваются, благодаря чему развивается растянутый про-
цесс горения и равномерно прогревается вся камера.
Разрежение (тяга) является важным фактором, определяю-
щим напряжение колосниковой решетки. Для каждого инжене-
ра-печника очень желательно было бы знать простое соотноше-
ние между тягой или потерей давления в слое топлива и напря-
жением решетки. К сожалению, такого соотношения не сущест-
вует, так как оно зависит еще от многих величин: размеров ку-
сков угля и его спекаемости. толщины слоя топлива и его засо-
рения золой и шлаками. Поэтому в таблицах, в которых приво-
дится это соотношение, сообщаются лишь грубо приближен-
ные сведения. Все же они дают о нем некоторое представление.
В табл. 11 приведены эти сведения. Пользоваться таблицей на-
до, учитывая сделанную выше оговорку.
Разрежения в этой таблице взяты на основании замеров на
колосниковых решетках для паровых котлов. Промышленные
печи обычно отапливаются лучшим углем более крупных фрак-
Устройства для сжигания угля и кокса
127
Таблица И
Потребное разрежение нал слоем угля при различном напряжении
колосниковой решетки, мм вод. ст.
Сорт угля	Потребное разрежение в мм вод. ст. при напряжении колосниковой решетки, кГ/ма час						
	73	98	122	147	171	195	220
Газовый уголь из Пенсиль- вании 		3,04	4,С6	5,1	6,86	8,65	10,65	13,2
То же, из Иллинойса . . .	3,8	5,1	6.35	8,4	10,65	13,2	16,5
Тощий уголь		3,8	5,1	7,1	9,4	12,2	15,2	20,3
ций и с меньшим содержанием золы. Поэтому разрежение в топ-
ках печей надо принимать равным */з или •/« указанного в таб-
лице. Учитывая это обстоятельство и пользуясь уравнением гид-
ростатического давления газов в функции температуры (приве-
денном вт. I*), можно вычислить разность уровней пода и ре-
шетки. Например, чтобы сжечь на 1 ж2 площади решетки
73 кГ)час газового угля из Пенсильвании, требуется разреже-
ние над слоем топлива 0.25 • 3,04 ~ 0.8 мм вод. ст. Предполо-
жим, что температура газов над решеткой равна 1100°. Тогда
высота пода над решеткой И определится из следующего урав-
нения:
0,8 = 273-1,29 f—---------—
\ 293	1373 /
Отсюда Н = 0,85 м.
Полученное значение согласуется с практическими данны-
ми. При сжигании более дешевого угля высота Н увеличивает-
ся до 3,4—3,6 м.
При подсчете производительности стокеров напряжение ре-
шетки относят к горизонтальному зеркалу горения. Это напря-
жение равно количеству сожженного угля, деленному на пло-
\	' 1	‘ 2	/	\ Ti 1 2 /
ГДе г/8 — разрежение над слоем топлива, ми вод. ст;
о — высота пода над решеткой, м;
273°К [нормальная (0°) температура по абсолютной шкале];
И абсолютная температура холодного воздуха;
Г2—абсолютная температура горячего газа;
Vi объемный вес холодного воздуха;
Тг —объемный вес горячего газа. В нашем случае (определение высоты
пода над решеткой) у1 = у2 = 1,29.
128 Устройства для сжигания топлива и нагревательные элементы
шадь горизонтального сечения реторты, плюс площадь боковых
колосников. Определенное таким способом напряжение колеб-
лется между 29 и 156 кГ/м2-час. Последнюю величину не сле-
дует применять, так как при такой форсировке чрезмерно уве-
личиваются шлакование и расходы на ремонт выгораюших де-
талей топки.
Соотношение между удельной производительностью топки
и давлением воздуха в поддувале следующее. Данные относят-
ся к топке, изображенной на рис. 92 и 93.
Напряжение решетки (считая пло-
щадь реторты плюс боковые ко-
лосники), кГ]м2час...... 24,4	48,8 73,2 97,6 122 147
Давление в поддувале, мм вод.ст. 6,4 19	32	45	57	70
Поскольку в механические топки воздух (дутье) можно по-
давать под давлением, допустимо повысить сопротивление слоя
и использовать более дешевое топливо.
5. УСТРОЙСТВА ДЛЯ СЖИГАНИЯ ПЫЛЕУГОЛЬНОГО ТОПЛИВА
Ввиду того, что при сжигании угольной пыли свойства этого
топлива, питательные устройства, горелки и печь тесно связаны
и взаимодействуют, необходимо знать характерные особенности
каждого из этих элементов. Поэтому ниже они рассматривают-
ся раздельно.
Факторы, влияющие на горение угольной пыли
Применение угольной пыли вместо угля, горящего на колос-
никовой решетке, позволяет использовать ряд преимуществ,
свойственных газу и жидкому топливу. Эти преимущества сле-
дующие: дешевая доставка топлива к печи; горение над подом,
что позволяет поддерживать равномерную температуру на по-
динах больших размеров; небольшой избыток воздуха, обуслов-
ливающий снижение потерь с окалиной, улучшение регулирова-
ния горения и ускоренный разогрев печи.
Для применения угольной пыли требуются две группы обо-
рудования: угольные мельницы и транспортирующие устройст-
ва, с одной стороны, питатели и смесители пыли с воздухом,
с другой. Мельницы и транспорт пыли имеют исключительно
важное значение для успешного применения пылеугольного
топлива, однако описание их не входит в рамки настоящей кни-
ги. Заметим только, что крупные печи оборудуют индивидуаль-
ными мельницами, для группы же небольших печей сооружают
центральную пылеприготовительную установку, от которой по
Устройства для сжигания пылеугольного топлива
129
кольцевой системе труб к печам подается пылевоздушная смесь.
Зола, содержащаяся в угольной пыли, истирает трубы, особен-
но в изгибах и ответвлениях. Изнашивание труб может быть
уменьшено путем увеличения радиусов изгиба, а также приме-
нения для колен и ответвлений более прочного металла.
Размер частиц после размола и их влажность оказывают су-
щественное влияние на процесс горения и отложение золы. По-
этому эти факторы необходимо рассмотреть подробнее.
Большая часть угольной пыли получается из каменного уг-
ля, богатого летучими. В процессе сгорания такой пыли следует
различать четыре этапа. Первый — нагревание и подсушка пы-
ли, второй — выделение летучих и переход углерода в кокс, тре-
тий— сгорание газов и четвертый — сгорание частиц кокса.
В действительности эти процессы протекают в значительной ме-
ре одновременно, так как температура по радиусу пылинки не-
прерывно изменяется.
Нагревание пыли, газообразование и воспламенение газов
возможны лишь в нагретой топочной или, точнее, в зажига-
тельной камере. В холодной печи с несколькими горелками, осо-
бенно при высоком содержании летучих в угле, достаточно для
начала горения подержать зажженные промасленные концы
в течение 4—6 мин. на пути пылевоздушной смеси. Во многих
случаях для воспламенения нужен костер из дров, факел газа
или жидкого топлива. Когда печь разогрета, при сгорании вы-
деляющихся из угля газов поддерживается высокая температу-
ра, необходимая для быстрого воспламенения пыли. В то время
как процесс воспламенения и горения летучих составляющих
благодаря диффузии газов протекает быстро, воспламенение и
сгорание частичек кокса происходит сравнительно медленно.
Как только смесь воздуха и угольных частичек поступает в на-
гретое топочное пространство, она воспринимает тепло излуче-
ния топки. Это тепло быстро поглощается угольными частица-
ми. Чем меньше воздуха смешано с угольной пылью, тем мень-
ше тепла отнимается от нагретых угольных частиц и тем скорее
они воспламеняются. Поэтому для быстрейшего воспламенения
пыли в охлажденной печи целесообразно вдувать с ней только
часть необходимого для горения воздуха; остальную часть воз-
духа можно добавить в печь уже после воспламенения. Иссле-
дование показало, что с угольной пылью следует вдувать около
40% воздуха, необходимого для горения.
Прежде чем температура угольных частиц поднимется до
температуры воспламенения, затрачивается тепло еще на испа-
рение содержащейся в угле влаги и на выделение абсорбиро-
ванных газов.
Скорость сгорания углерода зависит от того, как быстро
9 В Тринкс. Промышленные печи
130 Устройства для сжигания топлива и нагревательные элементы
притекает к нему кислород. Во время горения каждая пылинка
кокса окружена атмосферой азота и углекислоты, сквозь кото-
рую кислород может проникнуть только путем диффузии или
при вихреобразовании. Один объем кокса требует для сгорания
около 14 000 объемов воздуха при атмосферном давлении. Сле-
довательно, диаметр объема воздуха вокруг частицы должен
быть в 24 раза больше диаметра самой частицы. При темпера-
туре работающей печи это
Рис. 95 Соотношение объемов
топливо — воздух для молекулы
СИ, и угольной частицы
соотношение диаметров возрастает
до 1 :35. Кислород из наружного
слоя должен проникнуть к центру
того шара или куба, где «0 взве-
шенном состоянии находится пы-
линка кокса. Очевидно, это про-
никновение тем легче, чем мень-
ше размеры воздушной оболочки,
окружающей частицу, размеры
которой в свою очередь должны
приближаться к размерам моле-
кулы. Однако практически такие
условия совершенно невозможно
выполнить. Если большая часть
угольной пыли проходит через
сито с 1400 отверстиями на 1 см2,
то средний размер угольной частицы примерно равен 0,05 мм.
Тогда диаметр газовой сферы будет равным 35 X 0,05 = 1,75 мм.
Эта величина более чем в миллион раз превышает диаметр мо-
лекул газов, входящих в состав воздуха !. Что это значит в срав-
нении с условиями горения других видов топлива, видно из гра-
фиков Крайзингера, приведенных им в материалах ASME (Аме-
риканское общество инженеров-механиков) в 1931 г. Одна из
его иллюстраций, где сравнивается твердое и газообразное то-
пливо, приведена на рис. 95.
Отсюда следует, что, несмотря на внешнее сходство газового
и пылеугольного пламени, процесс горения угольной пыли под-
чиняется законам горения твердого топлива, а не газов. В про-
цессе газообразования каждая частица угольной пыли набухает
и становится полой сферой, что, однако, не влияет на закон ее
горения.
Исследования времени, необходимого для сжигания уголь-
ной пыли, проводились многими экспериментаторами. На
рис. 96 показана приближенная зависимость времени сгорания
от диаметра угольной частицы. Если обобщить результаты раз-
личных исследований, то получится не прямая линия, а полоса
вследствие различий в составе угля, содержании в нем лету-
1 У автора написано «молекул воздуха»
Устройства для сжигания пылеугольного топлива
131
Первоначальный диаметр угольной
частицы, мм
Рис. 96. Время сгорания угольных ча
стиц (средние данные ряда испыта-
ний)
чих, в количестве и составе золы и в методах подачи воздуха
для горения. Трудно установить тот момент, когда горение пол-
ностью завершается. Из рис. 96 видно, что время горения ча-
стицы диам. 0,06 лии равно 0,4 сек. Чтобы предотвратить оседа-
ние пыли, смесь угольной пыли и первичного воздуха должна
двигаться со скоростью не ме
ния частица должна пройти
путь 12,2 • 0,4 = 4,9 м.
Если вторичный воздух
подается с меньшей скоро-
стью, то движение частицы
замедляется и длина пламе-
ни уменьшается. Длину фа-
кела можно уменьшить, если
сообщить продуктам сгора-
ния турбулентное движение.
Это подтверждается турбу-
лентным горением пыли в
гопках паровых котлов. В то
время как в этих топках зо-
ла попадает на холодные
водяные трубы, в промыш-
ленных печах она оседает
на боковых стенах печи и
своде. Если обычно свод пе-
чи стоит без ремонта около
8 мес., то при турбулентном
горении пыли и содержании
в золе железных окислов свод
меньший срок. Для уменьшения пути, проходимого горящей ча-
стицей, предлагалось также применить ультразвук, распростра-
няя его со значительной амплитудой в атмосфере печи. Вибрации
должны были вызвать относительное движение между газами и
частицами угольной пыли и ускорить горение. Однако в крупных
печах длина факела при этом уменьшилась бы, что нежелатель-
но, а для небольших печей применение генераторов ультразвука
слишком дорого.
При использовании пылеугольного топлива для малых печей
необходимо учитывать два противоречивых обстоятельства: для
успешного применения недорогого (грубого) помола требуются
длинные и дорогие топочные камеры, небольшие же и дешевые
топки нуждаются в дорогом (равномерном и тонком) помоле.
При использовании грубо размолотого угля, во-первых, повре-
ждается кладка стен малых печей, во-вторых, этот уголь в топ-
ке полностью не сгорает и частицы уносятся через газоход или
проходят через щели под топочными дверцами. На процесс го-
9*
выдерживает без ремонта гораздо
132 Устройства для сжигания топлива и нагревательные элементы
рения угольной пыли влияет много переменных. Например, пе-
реход от одного сорта угля к другому, мало от него отличаю-
щемуся, может нарушить нормальный производственный про-
цесс и причинить различные затруднения и неприятности, пока
не будет освоен метод сжигания угля нового сорта. Это не зна-
чит, что только немногие угли пригодны для сжигания в виде
пыли. Наоборот, диапазон таких углей весьма широк. В пыле-
видном состоянии можно сжигать гораздо больше различных
углей, чем в кусках на решетке. Это значит только, что способ
удаления шлака и длительность кампании печи зависят от сор-
та угля.
Другая особенность угольной пыли, которую нужно учиты-
вать при проектировании и эксплуатации сожигательных
устройств,—это ее способность поглощать влагу. Гигроскопич-
ность угольной пыли резко меняется в зависимости от химиче-
ского состава угля. Некоторые соли, содержащиеся в угле,
весьма гигроскопичны, другие — в гораздо меньшей степени.
Как правило, совершенно сухая угольная пыль течет почти как
вода — гораздо лучше, чем сухой морской песок. Насыщенная
влагой угольная пыль похожа на влажную столовую поварен-
ную соль.
Следует применять сухую пыль, так как влажная (особен-
но из некоторых сортов угля) прилипает к стенкам бункеров,
пылепроводов и питателей и образует сводики, нарушающие
равномерность подачи. Пыль большинства углей, сжигаемую
непосредственно после размола (без промежуточного хранения
в бункерах), не требуется сушить, так как она не успевает на-
сытиться .влагой из атмосферы и, находясь в движении, не сле-
живается.
Питатели угольной пыли
При конструировании питателей следует помнить, что удель-
ный вес только что смолотой пыли меняется от 0,56 до 0,72, в то
время как удельный вес угля составляет около 1,2. Разница
обусловливается увеличением пористости слоя при переходе от
кускового угля к пыли. Если пыль уплотняется или слеживает-
ся .при вибрации, ее удельный вес может увеличиться до 0,8—0,9.
Первое требование, предъявляемое к устройствам для сжи-
гания угольной пыли, — равномерно подавать .пыль в топк^.
позволяя надежно регулировать расход. Второе требование —
перемешивать пыль с воздухом с тем, чтобы достигался нужный
характер горения.
Эти функции можно объединить под общим выражением-—
регулирование горения. Однако во многих случаях подача пы-
Устройства для сжигания пылеугольного топлива
133
ли к печи и смешивание ее с воздухом выполняются отдельны-
ми механизмами. Поэтому целесообразно рассмотреть их также
раздельно, хотя имеются и такие устройства, в которых эти оба
процесса совмещены.
Часто утверждают, что сухая угольная пыль почти так же
текуча, как вода. Тем не менее при равномерном питании уголь-
ной пылью из бункера (с регулированием расхода) возникает ряд
затруднений. При постоянном уровне пыли в бункере скорость
вытекания ее из какого-нибудь сопла зависит от сухости пы-
ли, содержания в ней воздуха и от тонкости ее помола. Все эти
факторы в свою очередь зависят от влажности воздуха, износа
мельничного оборудования и неизбежной неравномерности дви-
жения пыли через бункер. Угольная пыль, проходящая через
отверстие самотеком, движется неравномерно, толчками. По-
этому ее нужно подавать механическим транспортом или эжек-
тировать быстро движущимися газами.
В обоих случаях подача пыли основана на ее поступлении
самотеком в питатель, пределы регулирования подачи которого
должны отвечать условиям работы печи. Конструкция питателя
должна быть такова, чтобы при его остановке прекращалась
подача пыли.
Большинство механических питателей основано на примене-
нии барабана или шнека. Кое-где пользуются и другими подаю-
щими элементами, но широкого применения они не получили.
Учитывая неполадки при использовании барабанных питателей,
большинство конструкторов обратилось к шнекам. Они были
тщательно разработаны, и много различных конструкций полу-
чило широкое распространение. На рис. 97 приведена одна из
новых конструкций, на примере которой можно разобрать ра-
боту этих питателей.
Угольная пыль подается сверху через короб, снабженный
качающейся мешалкой (короб в плане не показан), и падает
в другой короб, в котором помещен сдвоенный свинт. Отсюда
пыль попадает в камеру, где она встречается с первичным воз-
духом, который и подает пыль к горелке. Питатель необходимо
испытать на плотность, чтобы даже самая сухая пыль не попа-
дала в горелку при остановке.
Если питатель предназначен для печи с сильно меняющейся
производительностью, то скорость вращения шнека должна так-
же регулироваться в широких пределах. Для крупных печей
можно предусмотреть два или три питателя, из которых один
или два при малой производительности останавливаются.
Питатели обычно располагают под бункерами угольной пы-
ли, где доступ к ним затруднен. Рекомендуется устанавливать
к питателям электродвигатели с переменным числом оборотов и
134 Устройства для сжигания топлива и нагревательные элементы
помещать щитки управления ими в тех местах, откуда опера-
тору видно пламя.
В некоторых эжекционных питателях угольная пыль захва-
тывается и транспортируется струей воздуха, текущего с боль-
шой скоростью. Такие питатели работают неравномерно и по-
этому не привились в промышленности.
При другом способе питания применяют индивидуальную
мельницу с вентилятором для каждой печи. При регулировании
Рис. 97. Сдвоенный шнековый питатель для пылевидного угля
мельницы одновременно регулируется и подача угольной пыли
к горелке. В этом случае пыль транспортируется воздухом,
в котором она находится во взвешенном состоянии. В настоя-
щее время этот способ применяется только для больших печей.
Небольшие мельницы недостаточно совершенны. Они не могут
давать пыль с равномерной тонкостью помола при умеренной
стоимости установки, небольшом расходе электроэнергии и до-
пустимой стоимости ремонта. Другое затруднение, которое еще
не преодолено на всех индивидуальных установках, — это ухуд-
шение тонкости помола с течением времени. Мельница хороша,
пока она новая; изнашиваясь, она начинает выдавать грубы»
частички угля.
Пылеугольные горелки
В идеальной пылеугольной горелке для обеспечения быстро-
го воспламенения пыль должна смешиваться с минимально до-
пустимым количеством первичного воздуха. Вторичный же воз-
дух должен подаваться таким образом, чтобы он смешивался
Устройства для сжигания пылеугольного топлива
135
с угольной пылью, когда ее температура уже подымется до
температуры воспламенения. Достичь этого не легко. Практи-
чески такой идеальной схемой часто пренебрегают, например
при устройстве горелок для длинных методических печей с тол-
кателями. В этом случае горелка представляет собой по суще-
ству трубу. По ней подают угольную пыль, смешанную со всем
воздухом, необходимым для горения. Такая горелка показана
Рис. 98. Пылеугольная горелка, создающая плос-
кий факел
на рис. 98. Воспламенение пыли происходит медленно. Однако
для длинной методической (непрерывно работающей) печи это
скорее достоинство, чем недостаток.
Имеющие сколько-нибудь серьезное промышленное значе-
ние металлонагревательные печи, отапливаемые угольной пылью,
в Америке с 1945 г. не строятся. Развитие таких печей просле-
дим в других странах. Подробная информация об этих печах
в Германии приводится Десселем1. Интересна комбинирован-
ная горелка для угольной пыли и очищенного коксового газа
(рис. 99). Другая комбинированная горелка, описанная в ста-
тье Десселя, сконструирована следующим образом. Горючий
газ проходит по центральной трубе, по второй концентрической
трубе направляется пылевоздушная смесь, а по наружному
кольцу идет вторичный воздух. Газовое пламя содействует за-
жиганию смеси. Горелка, изображенная на рис. 99, рекомен-
* Stahl und Eisen, 18/1 1951.
136 Устройства для сжигания топлива и нагревательные элементы
дуется в качестве боковых горелок, имеющих серьезное значе-
ние для методических печей.
Рис. 100. Пылеугольная горелка с по-
дачей вторичного воздуха ниже пы-
леугольно-воздушной смеси
Рис 101. Топочная камера с горел-
кой, показанной на рис 98 (размеры
в плайе даны по осевому пунктиру)
В относительно коротких печах периодического действия или
методических печах хорошие результаты показали горелки.
Устройства для сжигания пылеугольного топлива
137
изображенные на рис. 100. Вторичный
пылеугольно-воздушной смеси. Скорость
роваться здесь изменением угла встречи
воздушной смеси и вторичного воздуха.
воздух подается ниже
горения может регули-
двух потоков — пыле-
Рис. 102 Линии равных скоростей (м/сек) про-
дуктов сгорания в топочной камере, изображен-
ной на рис. 101
На рис. 101 показана топочная камера с горелкой, изобра-
женной на рис. 98.
Доказательством того, что простая горелка, показанная на
рис. 98, хорошо подходит для длинной методической печи, слу-
жат кривые на рис. 102 и 103. Они иллюстрируют результаты
испытаний, выполненных Н. Швидессеном *. На рис. 101 изобра-
1 Archiv fur Eisenhiittenwesen, XII, 1931.
Расстояние от оси горелки, м
Рис. 103. Линии равного выгорания (%) твер-
дого углерода, сжигаемого в топочной камере,
изображенной на рис. 101

Рис. 104. Печь для нагрева заготовок, отапливаемая угольной
пылью
Устройства для сжигания пылеугольного топлива
139
жена топочная камера, в которой проводили испытания. Печь
с боковой выдачей. Уклон в левом торце печи служит для уда-
ления расплавленного шлака. Расстояние от торцовой стены до
окна выдачи (3, 4 м) показано для сравнения с расстояниями,
принятыми при испытаниях (рис. 102 и 103). На рис. 102 дано рас-
пределение скорости газов в почти горизонтальной плоскости
пламени. Измерения проводились в горячей печи. На рис. 103
изображены линии одинакового выгорания твердого углерода.
Наивысшая температура — около 1500° — достигается через
0,22 сек. с момента попадания пыли в печь. 95% твердого угле-
рода сгорает за 0,5 сек. В процессе испытаний были обнару-
жены недогоревшие частички кокса, которые попали в шлак.
Рис. 105. Печь для нагрева заготовок, отапливаемая угольной пылью
Длинные топочные камеры, показанные на рис. 101, харак-
терны для всех методических печей, отапливаемых угольной
пылью. Это видно также из рис. 104 и 105. Предполагают, что
тяжелые частички угольной пыли упадут на подину, не достиг-
нув садки, и останутся только легкие, которые пролетят через
печь, не оседая на нагреваемый материал.
В заключение можно сказать, что описанные трубчатые го-
релки, через которые проходит угольная пыль вместе со всем
потребным для горения воздухом, пригодны для длинных пе-
чей с длинными камерами горения. Если необходимо быстрое
воспламенение, тогда через горелки вместе с топливом надо
дать только 25—35% воздуха в качестве первичного и одновре-
менно транспортирующего пыль. Остальной необходимый для
горения воздух должен подводиться в топку через другие ка-
налы.
Вторичный воздух можно подогревать, первичный же воздух
должен быть холодным, иначе угольная пыль будет налипать
на стенки пылепроводов.
140 Устройства для сжигания топлива и нагревательные элементы
Производительность пылеугольных горелок
Скорость пылевоздушной смеси в горелках определяет как
верхний, так и нижний пределы их производительности. Если
эта скорость слишком велика, угольная пыль проходит в печь
слишком далеко, не воспламеняясь. При недостаточной же ско-
рости возникает, во-первых, опасность обратного удара пламе-
ни, во-вторых, пыль откладывается в подводящих трубопрово-
Рис. 106. Печь с пылеугольными горелками, на-
правленными навстречу друг другу
дах и в самой горелке. Однако эти отложения саморегулируют-
ся. Пыль откладывается, пока отверстие не уменьшится на-
столько, что вследствие увеличения скорости воздуха отложе-
ния прекратятся.
Опыт показал, что скорость пылевоздушной смеси не долж-
на быть меньше 10—11 м/сек при минимальной нагрузке. При
средних эксплуатационных условиях скорость, разумеется, дол-
жна быть больше — порядка 30 м/сек.
Если вторичный воздух не подогревается, то при малой на-
грузке его частично подают в трубопровод пылевоздушной сме-
си. Благодаря этому даже при минимальной нагрузке скорость
смеси оказывается достаточно высокой, чем предотвращаются
как обратный удар пламени, так и отложения пыли. Этого нель-
зя осуществить в трубчатых горелках, описанных выше. При
резко меняющейся нагрузке максимальная скорость в этих го-
Электрические нагревательные элементы
Ш
релках должна доходить до 45 м/сек. При высокой скорости
требуются длинные топочные камеры.
В небольших печах целесообразно поддерживать возможно
более короткое пламя, чтобы оно не соприкасалось со стенка-
ми до завершения горения. В некоторой степени эта опасность
может быть преодолена установкой двух горелок навстречу
друг другу, как показано на рис. 106. Однако и здесь несгорев-
шие частицы пыли все же ударяются о противоположные стены
и шлакуют их, так как невероятно, чтобы каждая пылинка
встречала другую, летящую с противоположной стороны. Сле-
дует также помнить, что в малых печах при загрузке холодной
садки пламя может легко погаснуть.
6. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ НАГРЕВАТЕЛЬНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ
(СОПРОТИВЛЕНИЯ)
Методы электрического нагрева
Каждый проводник, по которому протекает электрический
ток, нагревается последним. Количество тепла, выделяющегося
в единицу времени в единице объема, зависит от плотности то-
ка и от удельного сопротивления проводника, который мы в
дальнейшем будем называть сопротивлением или нагреватель-
ным элементом. Температура нагрева элемента определяется
интенсивностью генерирования тепла и его теплоотдачи. Уста-
навливая соответствующее соотношение между ними, можно
менять температуру нагрева печи в широких пределах. Электри-
чский нагрев в промышленных печах можно осуществить сле-
дующими способами:
1)	нагреваемый материал сам служит сопротивлением;
2)	специальные нагревательные элементы передают тепло
садке путем излучения и конвекции. В этом случае нагреватель-
ные элементы могут находиться в нагревательной камере или
отделяться от нее муфельной стенкой;
3)	материал нагревается индукционными токами.
Нагревательные элементы могут быть металлическими или
неметаллическими. Металлические нагревательные элементы
бывают литые, катаные или тянутые.
Нагреваемый материал сам служит сопротивлением
В некоторых производственных процессах в развитии этого
метода достигли высокой степени совершенства. Сперва им поль-
зовались в простых машинах для нагрева заклепок, в дальней-
шем его применили для нагрева болтов перед расплющиванием
головки и для нагрева продолговатых стержней перед ковкой.
Этот метод основан на том же принципе, который уже давно
142 Устройства для сжигания топлива и нагревательные элементы
использовал Томсон для электрической сварки. Нагреваемый
материал включается в цепь низкого напряжения понижающего
трансформатора. Время нагрева изделия( из стали или друго-
го металла) зависит от его размеров и электрического сопро-
тивления, а также от электрических и магнитных характери-
Рис.
107. Электрический нагреватель
заклепок
стик нагревателя. Простая
форма сечения благоприят-
ствует равномерному нагреву.
Заклепки диам. 12 мм нагре-
ваются примерно за 20 сек.,
диам. от 19 до 25 мм—мень-
ше 1 мин.; для нагрева боль-
ших заклепок требуется соот-
ветственно больше времени.
На рис. 107 изображен пяти-
электродный нагреватель для
заклепок. Последние в за-
висимости от длины вкладыва-
ют в соответствующую секцию
ступенчатой камеры в верхней
части аппарата. Когда педаль
под этой секцией опускается.
через заклепку проходит ток,
и она нагревается.
При нагреве стержней боль
ших
тем
НИИ
размеров возникает ряд трудностей. Чем длиннее стержень,
больше в нем падение напряжения. При значительном сече-
стержня возникают неполадки с контактами. Площадь се-
чения стержня возрастает пропорционально квадрату диаметра,
длина его окружности пропорциональна диаметру. Чтобы обес-
печить необходимую величину поверхности контактов, их надо
сделать длинными, но тогда нарушается равномерность нагре-
ва. Состояние контактной поверхности (например, толшина
окалины после прокатки стержней) часто неизвестно. Вслед-
ствие этого прямой нагрев стержней ограничивается их сече-
нием — до 64 мм2 и температурой до 1200°. Температура на оси
такого стержня примерно на 30° выше температуры наружной
его поверхности, так как нагрев стрежня сечением 64 мм2 длит-
ся около 5 мин., а в это время с поверхности идет теплоотдача
излучением. Отсюда, чем тоньше стержни, тем меньше удель-
ный расход электроэнергии. Для нагрева 100 кГ стержней сече-
нием 38 мм2 до температуры 1200° требуется 35 квт-ч, а для на-
грева 100 кГ стержней сечением 64 мм2 нужно на 40% больше
электроэнергии.
Несмотря на большой расход электроэнергии, описанный ме-
тод прямого нагрева находит применение, так как он весьма
Электрические нагревательные элементы
143
удобен и требует мало времени. При нагреве стержней значи-
тельной длины и большого диаметра потребление электроэнер-
гии настолько возрастает, что становится нецелесообразным
пользоваться одной фазой. Вдоль стержня устанавливаются
тогда дополнительные контакты, для того чтобы равномерно ис-
пользовать все три фазы.
На рис. 108 показа-
на машина для прямого
нагрева. Нагреваемый
стержень устанавлива-
ется на открытом месте
(не в печи). Нагрев
стержня диам. 25 мм
длится меньше 1 мин.
В этом случае исполь-
зовать экономично печь,
в которую надо закла-
дывать стержень, нель-
зя, поскольку невоз-
можно обеспечить быс-
трую замену нагретых
стержней холодными.
При нагреве круп-
ных стержней время на-
грева значительно боль-
ше времени установки и
Рис. 108. Электрический нагреватель для
стержней длиной 183 см. Машина управляется
при помощи фотоэлемента
съема стержня. В этом случае больше
подойдет навесной кожух, благодаря которому уменьшаются по-
тери тепла и происходит более равномерный нагрев.
Нельзя достаточно эффективно применить прямой нагрев.
если площадь поперечного сечения нагреваемого стержня ме-
няется по длине. Утолщенные места будут нагреваться медлен-
нее тонких. Температуру нагрева утолщенных мест можно по-
вышать, добавляя индукционный нагрев. При нагреве же закле-
пок некоторая температурная неравномерность желательна,
так как головка должна быть холоднее стержня. Применение
прямого нагрева наиболее выгодно при массовом производстве,
когда в течение месяцев или даже лет нагреваются одинаковые
изделия.
Неметаллические сопротивления
В настоящее время карборунд является единственным
неметаллическим материалом, который применяется в промыш-
ленности США для изготовления нагревательных элементов. Он
выдерживает более высокие температуры, чем металлические
нагревательные элементы. В Америке элементы из карборунда
известны под названием глобаров. Эти сопротивления стандар-
144 Устройства для сжигания топлива и нагревательные элементы
тизированы по диаметру (от 8 до 45 мм) и длине (от 100 до
1700 мм). Для каждого элемента его характеристика и реко-
Рис. 109. Нагреватель из карборунда,
установленный вертикально.
/ — нагревательный элемент. 2— кронштейн,
поддерживающий элемент
Примечание- глубина паза должна
быть от 12 до 19 мм
мендуемая толщина стен пе-
чи указываются в таблицах,
составляемых изготовителя-
ми.
Для установки нагрева-
тельных элементов из карбо-
рунда необходимо знать их
свойства. При нагреве этих
элементов выше темпера-
туры красного каления vr-
лерод в них постепенно сго-
рает в углекислоту (в ис-
ключительных случаях в
окись углерода), а кремний
превращается в кремнезем
(окись кремния). Эти реак-
ции протекают очень медлен-
но. Они ускоряются, когда
нагрев доходит до ярко-
белого каления. Отсюда —
ряд следствий. Во-первых,
сопротивления из карборун-
да не следует помещать
слишком близко к стен-
ке печи, особенно в высоко-
температурных печах. Теп-
лоотдача участков сопротив-
лений, расположенных близ-
ко к стене, затруднена. Они
становятся горячее и потому
быстрее окисляются. Опыт
показывает, что расстояние
от оси нагревательного эле-
мента до степы печи не дол-
жно быть меньше двух диа-
метров элемента, если толь-
ко это расстояние по каким-
либо причинам не лимитиро-
вано. Такое размещение эле-
ментов показано на рис. 109,
где изображен элемент в
вертикальном положении. На рис. ПО элемент помещен горизон-
тально. Во-вторых, элементы не следует устанавливать слишком
близко друг к другу. Минимальное расстояние между осями двух
сп
Тринкс Промышленные печи
Рис. ПО. Нагреватель из карборунда, установленный горизонтально:
1 — стальной кожух; 2 — воздушный промежуток; 3 —изоляционная плита для нагревательных элементов;
4 — концевой зажим; 5 — гибкий подвод тока; 6 —распределительная коробка; 7 — полосовой зажим. 8 — кабельный
наконечник; 9 — электрический кабель; 10 — нагревательный элемент
146 Устройства для сжигания топлива и нагревательные элементы
элементов должно быть равно двум диаметрам элемента. При
тесном расположении и сильном излучении от стены печи элемен-
ты со стороны стены перегреваются. Если садка неподвижна, как
например в камерных печах периодического действия, макси-
мально допустимое расстояние между осями элементов должно
быть в 1,4 раза больше расстояния между осевой линией нагре-
вательного элемента и поверхностью нагреваемой садки.
Рис 111. Рекомендуемая поверхностная мощность
глобарэв в функции температуры:
/ — воздух нормальной влажности; 2 — водород, разложив
шийся аммиак и друхие газы, содержащие водород
Третьим следствием окисления элментов является повыше-
ние их электрического сопротивления в зависимости от длитель-
ности работы. Чтобы поддерживать теплоотдачу элемента по-
стоянной, можно использовать один из следующих аппаратов:
1) многоступенчатый трансформатор; 2) индукционный регуля-
тор (потенциал-регулятор); 3) магнитный усилитель; 4) рео-
стат, установленный во внешней цепи. Наибольшее применение
получил многоступенчатый трансформатор.
Сопротивление карборундового стержня диам. 25 мм, длиной
накаляющейся части 300 мм при температуре 1070° равно
0,62 ома.
Срок службы элементов из карборунда зависит от ряда фак-
торов: от температуры и расположения элементов в печи и от
частоты отключений. При температуре печи около 1260° в зави-
симости от этих факторов срок службы сопротивлений колеб-
лется от 2000 до 10 000 час. Поверхностная мощность элемента
в ваттах на квадратный сантиметр тоже влияет на срок его
службы. Зависимость между рекомендуемой поверхностной
мощностью элемента и температурой печи приведена на
рис 111. Причина указанного на графике снижения поверхност-
Электрические нагревательные элементы.
147
ной мощности в атмосфере печи, содержащей водород, недоста-
точно ясна. Водород разрушает защитный слой кремнезема, но
в то же время он предохраняет кремний и углерод от окисления.
Влияние частых отключений элементов связано с расширением
кремнезема. При температуре около 538° кремнезем, обра-
зующийся на поверхности карборунда, претерпевает значи-
тельные изменения объема. Благодаря этому раскрываются по-
ры в материале нагревательных элементов и увеличивается
возможность проникновения туда кислорода.
Глобары остаются жесткими при самой высокой температуре
в печи. Они хорошо работают как в вертикальном, так и в го-
ризонтальном положении.
Части нагревательных элементов, которые помещаются внут-
ри стен, свода или пода, должны быть либо большего поперечно-
го сечения, либо выполняться из материала с высокой проводи-
мостью. В настоящее время предпочитается второй метод. Ча-
сти элементов, расположенные в стене, изготавливают из карбо-
рунда с избытком свободного кремния. Проводимость этого ма-
териала настолько высока, что местного разогрева любой стены
не происходит.
Можно дать два практических указания. Глобары следует
заменять, когда их сопротивление удвоится. Карборунд является
керамическим материалом, он чувствителен к ударам. Поэтому
печи с глобарами, находящиеся вблизи паровых или механиче-
ских молотов, следует устанавливать (как это указывалось в т.1)
на пружинных амортизаторах.
Нагревательные элементы из стекла. Рас-
плавленное стекло в качестве сопротивления для электрических
печей впервые было использовано в Италии 1. В районах, где
топливо дорого, а электроэнергия дешева, использование стек-
лянных нагревательных элементов выгодно даже при нагреве
слитков. Применение стекла для нагрева слитков показано
на рис. 112. С каждой стороны ниже слитка в стеклянную
массу вставляют по три угольных электрода (для трехфазного
тока). Холодное стекло является изолятором. Для того чтобы
пошел электрический ток, электроды должны находиться в рас-
плавленном стекле. Для разогрева стеклянной массы исполь-
зуют газовое или нефтяное добавочное отопление. Разумеется,
нужно также позаботиться о подаче и удалении слитка.
При температуре 1315° на каждый квадратный метр стек-
лянной ванны требуется мощность, приблизительно равная
160 кет. При непрерывной работе и нагреве слитков до 1260”
расходуется энергии от 310 до 320 квт-ч!т. Конструкция стеклян-
1 Использование стеклянных сопротивлений было описано в журнале
< Iron Age», 15/VI 1950, р. 95—98.
10*
148 Устройства для сжигания топлива и нагревательные элементы
ной ванны для нагрева различных изделий зависит от типа пе-
чи (периодического или непрерывного действия) и от формы на-
греваемых изделий. Указанная в примечании к стр. 147 статья
содержит подробные данные о применении стеклянных сопро-
Рис. 112. Печь, в которой стекло служит электрическим
нагревательным элементом
/ — механизм подъема заслонки, 2 — электрический нагреватель нз
расплавленного стекла, 3 — сальник, охлаждаемый водой, 4 — уюль
иые электроды
тивлений. Самой дорогой частью этой установки является вспо-
могательное электрическое оборудование.
Металлические нагревательные элементы
Металлические нагреватели могут быть классифицирова-
ны в зависимости от химического состава, способа изготовления
(литые, катаные или тянутые) и способа их защиты (открытые
или в защитной оболочке).
Химический состав. В окислительной атмосфере
при температуре ниже 425° для нагревателей можно использо-
вать нелегированное железо или мягкую сталь. В защитной ат-
мосфере или в вакууме эти материалы выдерживают более вы-
сокую температуру и их применение ограничивается только той
температурой, при которой уже начинается ползучесть (крип)
металла.
Для температур от 550 до 800° в окислительной атмосфере
пригодны сплавы железа с никелем и хромом. Чем выше темпе-
ратура, тем меньше должно быть в сплаве содержание железа.
Это не относится к нейтральным или восстановительным атмос-
ферам. В восстановительной атмосфере при температуре до
1065° может длительно работать сплав, состоящий из 35% нике-
ля, 20% хрома и 45% железа. В воздухе или в другой окисли-
тельной атмосфере при такой же высокой температуре наиболее
Электрические нагревательные элементы
149
употребительный материал для нагревателей — сплав из 80%
никеля и 20% хрома. Этот материал, не содержащий железа,
широко известен под названием нихром.
Сопротивление окислению этого сплава значительно повы-
шается при добавлении присадок бериллия, кальция, кремния,
титана, циркония, церия и других. В 1954 г. эти присадки еще не
были стандартизованы. Детально этот вопрос рассмотрен в жур-
налах: «Zeitschnft fur Metallkunde», II, 1949, S. 73 и «Metal
Progress», XII, 1949, p. 866.
В некоторых защитных атмосферах, а также при температу-
рах от 900 до 1000° в нихроме образуется так называемая
«зеленая гниль», которая разрушает нагревательные элементы
в течение нескольких месяцев. При тех же условиях хорошо себя
зарекомендовал сплав, состоящий из 35% никеля, 18% хрома и
не менее 1,25% кремния( остальное составляет железо). Дли-
тельно работает нихром при температуре выше 1040°.
Более высоким температурам в окислительной атмосфере
надежно противостоит сплав шведского происхождения — кан-
тал. В него входят от 3,5 до 6% алюминия, от 19 до 25% хрома,
от 0,5 до 3%, кобальта; остальное составляет главным обпазом
железо. При максимальных значениях содержания алюминия,
хрома и кобальта такой сплав может выдержать в воздухе или в
другой окислительной атмосфере температуру до 1350°. К сожа-
лению, этот сплав разъедается многими защитными атмосфера-
ми, которые разрушают его плотное защитное покрытие из оки-
си алюминия. Вначале сплав достаточно пластичен, его можно
гнуть и скручивать. Однако с течением времени он становится
хрупким, его сопротивление ползучести также снижается. Ши-
рокое применение защитных атмосфер значительно уменьшило
область использования кантала.
Способ изготовления. Металлические нагреватели
изготовляют литыми, катаными или тянутыми. Литые нагревате-
ли изображены на рис ИЗ и 114. Их поперечное сечение должно
быть большим, тогда оно при отливке незначительно изменяется
от усадочных раковин и пузырей. При большом сечении местные
окисления не имеют существенного значения, благодаря чему
предупреждаются и местные перегревы. Однако при большой
толщине нагревательного элемента нельзя пользоваться обыч-
ным напряжением и требуется установка трансформатора. Лет
25 назад литые нагреватели широко употреблялись, так как не
было проволоки и лент с необходимыми свойствами, не было
также удовлетворительного способа их подвески.
Проволока представляет собой тянутое изделие. Лента лю-
бой ширины может быть прокатана. Для снижения затрат сна-
150 Устройства для сжигания топлива и нагревательные элементы
чала прокатывают широкую полосу, которую затем разрезают
на ленты заданной ширины.
Рис. 113. Литые решетчатые нагревательные элементы,
смонтированные на боковой стене печи
Рис 114. Деталь
питого нагрева-
тельного элемента,
показанного на
рис. 113
ные элементы не
Вопрос о применении для изготовления нагревательных эле-
ментов проволоки или ленты решен, по-видимому, в пользу лен-
ты. Расположение ленточных нагревателей на
стене ясно из рис. 115, где показаны две лен-
точные группы. Сдвоенные наборы лент уста-
навливают в крупных печах, так как макси-
мальная длина висящей петли ограничивается
сопротивлением крипу. Как эго ни странно, но
сплав Al-Cr-Co-Fe, который выдерживает более
высокую температуру, чем нихром, характери-
зуется меньшим сопротивлением крипу. По-
скольку же именно этот сплав применяется при
температурах 1200° и выше, то ленты не подве-
шивают, а укладывают витками на огнеупор-
ные полки, как показано на рис. 116. Располо-
женные на керамических полках нагреватель-
могут свободно излучать тепло во все стороны.
Поэтому там, где излучение затруднено, температура нагрева-
тельного элемента будет значительно выше, чем в печи. Несмотря
на это, элементы хорошо работают при температуре печи по
крайней мере до 1260°. Так как элементы из сплава Al-Cr-Co-Fe
могут применяться только в окислительной атмосфере, они кон-
Электрические нагревательные элементы
151
курируют в области нагрева металла с пламенными печами, осо-
бенно в тех районах, где электроэнергия дешева, а топливо доро-
го. Они конкурируют и с нагревателями из стекла.
Рис 115 Монтаж ленточного нагревательного эле
мента с опорными выступами и защитными шиш
ками
Изготовители элементов из сплава Al-Cr-Co-Fe сообщают
следующие данные о потребной мощности:
Температура печи, °C ...	. 1100	1150 1200 1250 1300
Мощность, кепг/м2 стены .... 20—30 19—29 18—27 16—27 13—18
Меньшие значения относятся к средним условиям работы.
Большая мощность необходима при быстром нагреве. При этом
снижается срок службы элементов.
Рис. 116. Крепление ленточных
нагревательных элементов
Рис. 117. Молиб-
деновый нагрева-
тель в газонепро-
ницаемом кожухе
Электрические нагревательные элементы
153
Способ защиты. Изолированные нагрева-
тельные элементы. Металлы, выдерживающие в различ-
ных атмосферах температуру выше 1260°, слишком дороги для
промышленного использования, если такие металлы вообще су-
ществуют. Платина, например, в атмосфере, содержащей окись
углерода, становится хрупкой. Молибден остается прочным при
очень высоких температурах, но быстро окисляется при нагреве
выше темно-красного каления. Окись испаряется, обнажая чи-
стый металл, который подвергается дальнейшему окислению.
В лабораторных печах молибден применяется в защитной ат-
мосфере. В течение многих лет молибден покрывали окисью бе-
риллия, на который в свою очередь накладывали силиманит.
Современные молибденовые нагреватели описаны в журнале
«Powder Metallurgy Bulletin», № 1, IV, 1951. Один из таких на-
гревателей показан на рис. 117. В газонепроницаемой керамиче-
ской трубке 1 размещается спираль 2 из молибденовой проволо-
ки. Обратный провод проходит в керамической трубке 3. Оба
конца проволоки присоединяют к металлическим наконечникам
4 и 5. Цифрой 6 обозначен стеклянный спай, цифрой 7 — стек-
лянное кольцо. Ток подводится к снабженной резьбой муфте 8 и
колпачку 9 с резьбой. Стойкость вертикального нагревательного
элемента зависит от целости тонкой газонепроницаемой керами-
ческой трубки. Продолжительность службы элемента 8000 час.
при температуре 1300°. При повышении температуры до 1500°
срок службы элемента падает до 800 час.
Монтаж металлических нагревателей
Установка изолированных нагревателей и элементов из спла-
ва Al-Cr-Co-Fe для высокотемпературных печей описана выше.
Нагревательные элементы из нихрома и из сплава Al-Cr-Co-Fe,
которые должны работать при температуре ниже 1000°, могут
монтироваться в форме зигзагов или спиралей. Монтаж зигза-
гов из лент на стене уже был показан на рис. 115. Спирали из
проволоки почти не применяют, поскольку излучение от некото-
рых частей спирали затруднено, вследствие чего снижается до-
пустимая поверхностная мощность и увеличивается стоимость
установки. В установке, показанной на рис. 115, ленты поддер-
живаются керамическими изоляторами (опорами). Хотя кера-
мические опоры сами по себе дешевы, они удорожают печь в це-
лом, так как в местах соприкосновения ленты с опорой излуче-
ние затруднено, и допустимую поверхностную мощность ленты
приходится уменьшать. В современных установках опоры изго-
товляют из жаропрочного металла, который отводит тепло от
прилегающих позерхностей 'нагревателя. Металлические опо-
154 Устройства для сжигания топлива и нагревательные элементы
ры используют также для лент, располагаемых под сводом, что
ясно видно на рис. 118. Трубка в центре — это тёрмопара. Верх-
ние концы подвесок проходят через отверстия в своде и затем
снова заводятся в печь.
Крепление под сводом, показанное на рис. 119, в настоящее
время применяется довольно редко. Использование этого уст-
ройства позволяет при перегорании лент в одной из рам заме-
Рис. 118. Подвеска ленточных нагревателей под
сводом
нять дефектную раму новой, вдвигая ее под свод. Постепенный
отказ от конструкции, изображенной на рис. 119, вызван рядом
причин. Изготовляемые в настоящее время ленты однородны по
составу и одинаковы по толщине. Температуру этих лент теперь
научились правильно определять с учетом отвода тепла через ме-
таллические опоры.
Подвод тепла под садку осуществляется различными спо-
собами. Если из нее не падают вниз металлические частицы и
окалина, под подом монтируют неизолированные ленты, как
это изображено на рис. 120. Нагревательный элемент 1 может
свободно излучать тепло, расширяться и сжиматься. Огнеупор-
ные изоляторы 2 служат для поддержки и фиксирования нагре-
вательных элементов в определенном положении (с металличе-
скими прокладками могли бы быть затруднения). Располагая
нагревательные элементы, как показано «a участке 3, можно
концентрировать тепловыделение. В камерных печах ленты по-
крывают плитой из легированной стали, оставляя необходимый
Рис. 119. Ленточный нагреватель с зуб-
чатыми огнеупорными опорами и рамой
из жароупорного сплава
Рис. 120. Монтаж сопротивлений под подом
печи:
1 — нагревательный элемент; 2— огнеупорные изоля-
торы; 3—участок сконцентрированного тепловыде-
ления
156 Устройства для сжигания топлива и нагревательные элементы
зазор между плитой и лентами. Нагреватели не устанавливают
под движущимися подами. Вместо этого боковые стены опус-
кают ниже пода и покрывают лентами.
Теплоотдача металлических нагревателей
Мощность, потребляемая нагревательными элементами, вы-
полненными из сплава Al-Cr-Co-Fe, приведена на стр. 151.
Продолжительность работы правильно смонтированных метал-
лических элементов зависит от температуры, при которой они
работают, материала, из которого они изготовлены, а также
от состава окружающих газов.
Степень изменения каждого из этих факторов настолько вели-
ка, что стандартизация здесь невозможна. Изготовители элек-
трических печей при помощи лабораторных и промышленных ис-
пытаний устанавливают свои собственные нормативы, которые
не обязательно согласуются с опытом других изготовителей. Так
называемые защитные атмосферы защищают также и .нагрева-
тельные элементы, и в таких атмосферах можно применять ме-
пее дорогие нагреватели. Для всех элементов справедливо сле-
дующее положение: при небольшом повышении температуры
ленты значительно увеличивается ее теплоотдача. Поэтому при
заданной производительности нагревательной печи (например, в
килограммах в час) чем выше температура нагревательной лен-
ты, тем меньше по размерам и более дешевой может быть сама
печь. Однако при этом продолжительность работы ленты сокра-
щается. Таким образом, возникает обычная проблема, что
предпочесть — малые капиталовложения или низкие эксплуата-
ционные расходы.
Показатель, который применим к нагревателям всех типов
из разных материалов, это — удельная поверхностная мощность,
которая обычно выражается в ваттах на квадратный сантиметр
поверхности элемента.
Для практических целей выбирают стандартные расстояния
между проволоками или лентами кратными диаметру проволоки
или ширине ленты. Если расстояние не соответствует стандарт-
ному, изменяется и поверхностная мощность нагревателей.
В качестве примера рассмотрим поверхностную мощность на-
гревательного элемента из нихрома. Рис. 121 дает ясное пред-
ставление о соотношении величин. Ординаты кривых соответст-
вуют удельной поверхностной мощности, на оси абсцисс отложена
температура печи, которая всегда несколько выше конечной тем-
пературы садки. Кривые Д Т не имеют самостоятельного значе-
ния, за исключением их точек пересечения с кривой А. Они по-
казывают, насколько температура нагревательного элемента мо-
Электрические нагревательные элементы
157
жет превышать температуру печи. Кривой А можно пользовать-
ся в случае дешевой печи с окислительной атмосферой. Для
увеличения продолжительности работы элементов в окислитель-
ной атмосфере рекомендуется принимать удельную поверхност-
ную мощность, разную 80% указанной на кривой А. Если же
элемент нагревается в совершенно инертной атмосфере, то впол-
не допустима без опасности пережога мощность, на 50% превы-
шающая указанную на
кривой А. В неокисли-
тельной атмосфере реша-
ющим фактором является
сопротивление ползучести.
Данные о поверхност-
ной мощности, получае-
мые по кривым рис. 121,
относятся к элементам,
которые могут свободно
отдавать свое тепло садке.
В действительности между
элементами в той или
иной мере происходит ра-
диационный теплообмен,
интенсивность которого
Рис. 121. Поверхностная нагрузка и пре-
вышение температуры нихромовых на-
гревательных элементов над темпера-
турой печи
зависит от плотности их размещения.
Поэтому данные, полученные по графику рис. 121, надо ум-
ножить на поправочный коэффициент, значения которого при-
ведены на рис. 122. Очевидно, нецелесообразно располагать эле-
менты слишком тесно, хотя при этом печь становится меньше, но
стоимость нагревателей и креплений возрастает.
Когда найдена удельная поверхностная мощность, можно оп-
ределить поперечное сечение элементов. Должны быть заданы
теплоотдача элементов (методы расчета приведены в т. I), а
также располагаемое напряжение электрической сети. Если при
соответствующем расположении элементов напряжение слиш-
ком высоко или если при этом 'напряжении сечение элементов
получается слишком малым, необходимо ставить понижающий
транформатор.
Расчет нагревателей (их сечения и длины) можно выполнять
различным образом. На основании изложенного в предыдущем
параграфе можно найти общую мощность. Если известно напря-
жение, принята удельная поверхностная мощность и известна
электрическая проводимость материала нагревателя, то можно
рассчитать сечение последнего, а после этого и его длину.
На практике применяют другой метод. Расчет значительно
упрощается, если интервал между лентами принять равным их
ширине. В этом случае существует определенное постоянное со-
158 Устройства для сжигания топлива и нагревательные элементы
отношение между поверхностной мощностью W, выраженной в
ваттах на квадратный сантиметр, и мощностью Q (в киловаттах
на квадратный метр), приходящейся на 1 м2 стены. Это соот-
ношение легко определить следующим образом. Пусть ширина
ленты и расстояние между соседними лентами равно а. На I м
длины стены разместится ~ лент, а на 1 м2 стены будет при-
ходиться 2-а — =2 м2 поверхности лент (учитываются обе
№
§
i
S 0.2
g
Рис. 1/2. Значения поправочного коэффициента в
зависимости от расположения нагревательных эле-
ментов
стороны ленты). Поверхностная мощность этих лент на 1 м2
стены будет составлять
Q = 2-104 W вт = 20 W кет.
Так, поверхностная мощность ленты в 3 вт/см2 эквивалентна
мощности 60 кет, приходящейся на 1 м2 стены. Надо отметить,
что в электропечах не всегда интервал между лентами равен ши-
рине ленты. В некоторых печах применяют для лепты шириной
19, 25 и 38 мм один и тот же постоянный интервал — 38 мм.
Ширину, толщину и длину ленты надо, если возможно, выби-
рать такими, чтобы получить требуемую мощность, не прибегая
к трансформатору. Расчет выполняют следующим образом.
1.	Руководствуясь необходимыми температурой и атмосферой
в печи, выбрав материал элемента и зная продолжительность его
работы, находят удельную поверхностную мощность в ваттах на
квадратный сантиметр. Это, пожалуй, наиболее важная часть
расчета. Приводят затем поверхностную мощность элемента к.
Электрические нагревательные элементы
159
мощности, приходящейся на 1 м2 поверхности стены в киловат-
тах.
2	Из практики известно, что для размещения нагревательных
элементов можно использовать только три четверти всей поверх-
ности стены. Остальная площадь уходит на размещение термо-
пар, опор под ленты, на углы и пр.
Активная поверхность стены, на которой
расположены нагревательные элементы
(равна всей поверхности, умноженной на 1775) м'
Рис 123. График для определения размеров ленточ-
ных нагревателей (цифры у прямых обозначают
ширину и толщину ленты в мм)
3.	Полученные данные позволяют вычислить общую потреб-
ную мощность для рассматриваемой печи. Если полученное
тепловыделение окажется недостаточным, нужно предусмотреть
большую поверхность стен печи.
4.	Находят суммарное сопротивление
V2
R = --------ом,
1 000 W
где V — подведенное напряжение, в,
W — мощность, кет.
5.	Из ранее приведенных таблиц и номограмм находят раз-
мер ленты с нужным сопротивлением. Для того чтобы самому
составить таблицу, инженер должен знать сопротивление 1 м
•пент различных размеров при заданной температуре печи. Эти
данные можно получить у изготовителей нагревательных лент.
На рис. 123 приведены такие данные — зависимость между по-
160 Устройства для сжигания топлива и нагревательные элементы
верхностью стен печи, покрытых нагревательными лентами, со-
противлением этих лент, подсчитанным, как указано в пункте 4
расчета, и размером лент. Как правило, следует работать с за-
пасом ленты на случай изменения поверхности стены печи, ин-
тервала между лентами или удельной поверхностной мощности.
Если такого запаса нет, надо использовать отдельный кусок лен-
ты, т. е. такой кусок, который не участвует в регулярной работе.
Ленты производят разной ширины и толщины. Для промышлен-
ных печей нежелательно применять ленту толщиной менее 1,6 лич.
В каталогах на ленты и справочниках приводятся сведения о
сопротивляемости крипу и о стоимости лент в зависимости от
химического состава, ширины и толщины.
Электрический нагрев свинцовых ванн
Проводимость свинца настолько высока, что внутренний на-
грев ванны электродами исключается. При электрическом нагре-
ве свинцовой ванны последняя должна быть окружена нагрева-
тельными элементами, которые монтируют на внешней поверхно-
сти стен печи. Установка и расчет этих элементов не отличаются
от установок и расчета других печей, за исключением того, что
нельзя располагать нагреватели вблизи дна ванны, так как
свинцовые ванны со временем прогорают обычно у дна.
Изделия, которые опускаются в расплавленный свинец, малы
и нагреваются почти мгновенно. Часовая потребность свинцовой
ванны в тепле складывается из количества тепла, необходимого
на нагрев одного изделия, умноженного на число изделий в час;
количества тепла, поглощаемого погружаемыми в ванну вместе
с изделиями контейнерами и инструментами; количества тепла,
излучаемого от ванны, и потерь через стены печи. К счастью,
температура свинцовых ванн, как правило, невысока (обычно
между 175 и 730°). Разумеется, температура нагревателей выше,
поскольку происходят потери в окружающую среду на пути от
нагревателей к стенкам ванны и перепад температуры в самих
стенках. Ванна сходна с муфельной печью.
Свинцовые ванны могут нагреваться и при помощи индукции,
но этот метод не имеет преимущества перед нагревом с помощью
нагревательных элементов.
Электрический нагрев соляных ванн
Соляные ванны могут нагреваться как изнутри, так и сна-
ружи. Отходящими газами соляные ванны нагреваются до тем-
пературы 870°, при внешнем же электрическом обогреве при по-
мощи нагревательных элементов температура ванны обычно
Электрические нагревательные элементы
161
ограничивается 540—565°, что является нижним пределом тем-
пературы этих печей. Расчет нагревательных элементов здесь
такой же, как и для свинцовых ванн.
Подавляющее большинство электрических соляных ванн в
настоящее время нагревается погруженными в раствор элек-
тродами. Этот способ обогрева целесообразен, потому что
электрическая проводимость соли значительно ниже, чем про-
водимость металла электродов. При внутреннем нагреве ван-
на должна выполняться из керамического материала, который
Рис. 124. Соляная ванна, электроды
которой расположены в противопо-
ложных стенах:
I — монолит; 2 — огнеупорный кирпич;
3 — соль; 4 — водоохлаждаемый электрод
служит свыше 8 лет. При этом температуру соли можно повы-
сить до 1300°.
Электроды можно располагать далеко друг от друга по обо-
им концам ванны или почти рядом. При большем расстоянии
требуется и более высокое напряжение. Далеко расположенные
электроды, входящие в ванны сверху, применяют редко. В со-
роковых годах были очень популярны соляные ванны с пол-
ностью погруженными электродами, которые подводились с
обеих сторон ванны (рис. 124), но теперь такие устройства ред-
ки. На рис. 125 изображена обычно применяемая установка с
близко расположенными электродами. При таком устройстве
переменный ток1 создает значительные электродинамические
усилия, вызывающие циркуляцию расплавленной соли, доста-
точную для отвода последней от электродов. Благодаря этому
получается двойная выгода. Циркуляция соли обусловливает
более равномерную температуру в ванне и предотвращает пе-
регрев соли вблизи электродов. Схема циркуляции, возникаю-
щей при близко расположенных электродах, показана на
рис. 126. Л4атериал электродов выбирается в соответствии
с химическим составом и температурой соли.
При расчете расхода тепла (и электроэнергии) для соляной
1 Для соляных ванн нельзя использовать постоянный ток во избежание
электролиза соли.
И В Тринкс. Промышленные речи
Рис 125 Соляная ванна с подвешенными верхними
электродами
1 — ввод однофазного тока, 2 — контрольный пирометр,
3 — контактор, 4 — трансформатор, 5 — электроды, 6 — термо-
пара
Рис 126 Циркуляция в соляной ванне с внутренним
нагревом
/ _ стена пени, 2 — поверхность соляной ванны
Электрические нагревательные элементы
163
Температура соляной
ванны °C
Рис 127 Потери тепла в со
ляиых ваннах на излучение
ванны печи потери тепла .в окружающую среду являются неоп-
ределенной величиной, так как неизвестно вре,мя, в течение
которого ванна излучает в эту среду.
По данным компании Гольден (рис. 127), в открытой ванне
теряется путем излучения большая часть тепла. Некоторые рас-
считывают эти потери, как излучение
абсолютно черного тела (см. спра-
вочники или т. I). Потери ванны
излучением часто превышают сум-
му всех остальных потерь, почему и
предусматриваются всевозможные
меры для их снижения. В ваннах,
где происходит науглероживание,
потери на излучение можно умень-
шить, если покрыть поверхность
ванны дробленым углем. Некоторые
ванны оборудуют навесными или
откатными крышками. Последние
показаны на рис. 128.
В некоторых случаях установка
крышки на ванну с подвешенной в
ней садкой представляет для обслу-
живающего персонала известные за-
труднения.
Приходится допускать довольно
большое излучение с поверхности
ванны. Как и все электрические пе-
чи, соляные ванны теряют тепло так-
же через электроды, внешние концы
которых часто охлаждают водой.
Расход тепла, определенный по
расчету, увеличивается путем умно-
жения на дополнительный коэффициент запаса на случай особо
тяжелой садки (для расплавления добавочной соли, для началь-
ного разогрева ванны) и на случай других непредвиденных обсто-
ятельств
Чтобы подвести в ванну необходимое количество электро-
энергии, надо знать по крайней мере 5 величин, касающихся
размеров и расположения электродов, а именно:
1)	проводимость соляной ванны, которая мало меняется в
зависимости от химического состава соли и значительно — при
изменении ее температуры;
2)	расстояние между электродами, которое обычно может
регулироваться;
3)	площадь поперечного сечения электродов;
4)	глубину погружения электродов;
11*
164 Устройства для сжигания топлива и нагревательные элементы
5) напряжение, приложенное к электронам
Ввиду большого числа переменных оптимальные техниче
ские условия лучше устанавливать опытным, а не расчетным
путем 1
Электроды обычно устанавливают парами Если требуется
больше одной пары электродов, то отдельные пары устанавли
Рис 128 Передвижная крышка соляной ванны
/ — изолированная крышка на роликах для снижения
потерь на излучение 2 — закрыты» электрод для снн
жения потерт на излучение 3 — обожженный кирпич
4 — электрод из сплава 5 — изоляция 6 — керамический
кожух ванны 7 — утрамбованным огнеупорный матери
ал 8 — съемная фронтальная плита облегчающая пе
ремещеиие ваниы 9 — воздушный зазор для расшире
ния ванны
вают на значительном расстоянии друг от друга, чтобы не сни
жать электродинамический эффект (циркуляцию) каждой па
ры Если одна пара электродов потребляет слишком много
энергии от одной фазы, то устанавливают несколько (большей
частью три) пар электродов Зазор между электродами одной
пары колеблется от 25 до 75 мм При меньшем расстоянии мо
жет произойти перегрев, при большем ухудшается циркуляция
Напряжение между электродами должно быть низким, а имен
но от 5 до 20 в. Ток, протекающий через электроды, меняется
1 Попытка расчетного решения вопроса дана в книгеV Paschkis «Indu-
strial Electric Furnaces» vol II Interscience Publishers
Электрические нагревательные элементы
165
от 1000 до 8000 а Практически мощность, приходящаяся на
пару электродов в действующих установках, колеблется в пре-
делах от 5 до 80 квт Поперечное сечение электродов делается
квадратным или прямоугольным, так как противолежащие пло-
ские поверхности по сравнению с кривыми дают лучшую кон
центрацию магнитного потока
Опыт показал, что расстояние между нижним концом элек
трода и дном ванны должно быть не менее 100 и не более
425 мм Глубину догружения электродов нецелесообразно де
лать меньше 250 мм, иначе не будет обеспечена эффективно
Рис 129 Соляная ванна, нагреваемая радиацион
ной трубой
направленная циркуляция Наибольшая глубина погружения
единичного электрода составляет 1500 мм В ванне большой
глубины две или три пары электродов соединяют по вертикали
Холодная соль не проводит электричества Поэтому сосуды
с холодной солью — смерзшейся или гранулированной —
должны быть первоначально прогреты Нагрев часто осуществ-
ляется обмоткой, обтекаемой током Как правило, не допус
кают застывания ванны ночью или в конце недели Для пред-
отвращения замерзания ванну подсоединяют на время простоя
к отдельному ответвлению от трансформатора с пониженным
напряжением, которое выбирают таким образом, чтобы по-
требление электроэнергии при этом было равно примерно !/з
эксплуатационного Нельзя считать эту электроэнергию пол-
ностью потерянной, так как разогретую ванну можно быстрее
включить в работу, благодаря чему снижаются простои
Соляные ванны могут нагреваться при помощи располо-
женных внутри ванны радиационных труб, как показано на
рис 129 Надо соблюдать осторожность при нагреве этих ванн
166 Устройства для сжигания топлива и нагревательные элементы
после замерзания соли, так как наибольшая часть тепла пере-
дается соли, находящейся на дне ванны. При нагревании эта
соль стремится расшириться, в то время как верхние слои
находятся еще в твердом состоянии. Радиационными трубами
можно нагреть соль в ванне приблизительно до 870°.
Оборудование для индукционного нагрева
Основным элементом установки для индукционного нагрева
является проволочная катушка, по которой протекает перемен-
<№,875
Рис. 131. Способ фиксирования на
греваемого стержня в индукционной
обмотке:
/ — стержень; 2 — силиманит; 3 — водо
охлаждаемая катушка; 4 — поддерживаю
щие стержни
Рис. 130. Огнеупор-
ная футеровка индук-
ционной обмотки:
/— внутренняя часть пе-
чи; 2—сплющенные мед
ные трубы, наполненные
водой. 3 — силиманит
ный электрический ток (индуктор). Переменный ток индуци-
рует вихревые токи в любом металле, который располагается
внутри индуктора или близко вокруг него. Частота тока меня-
ется от 60 до 15000 периодов в секунду. Для специальных це-
лей применяется еще большая частота.
В металлической садке тепло генерируется индукционными
токами независимо от химического состава неметаллического
материала в зазоре между индуктором и садкой. При нагреве
небольших стержней (до 62 мм в диаметре) обычно использу-
ют естественные воздушные промежутки, поскольку время на-
грева так мало, что в них по сравнению с потерями в водоох-
лаждаемом индукторе теряется лишь незначительное количест-
во тепла. Время нагрева более крупных стержней (диам. 75 мм
и выше) достаточно велико, поэтому применяют тепловую изо-
Электрические нагревательные элементы
167
ляцию. Изоляция выполняется следующим образом. Огнеупор-
ный материал, обычно силиманит, утрамбовывается или за-
прессовывается снаружи радиально. При этом он заполняет
пространство между витками катушки, как показано на рис. 130.
Огнеупорный материал выполняет несколько задач. Он обра-
зует стену печи, которая сохраняет тепло садки, разделяет вит-
ки индуктора между собой и защищает его от окалины, кото-
рая отскакивает от садки.
Следующим необходимым элементом установки для индук-
ционного нагрева является устройство для фиксирования садки
в центре индуктора в правильном положении по оси или по дли-
не. Эксцентрично расположенная садка в местах, где зазор со-
ставляет наименьшую величину, перегревается. Если слиток
нагревается в горизонтальном положении, он поддерживается
по окружности коротким лотком или отдельными длинными
стержнями, как показано на рис. 131. Опоры, имеющие форму
большой дуги, перегреваются или даже плавятся.
Индуктор выполняют из плоских медных трубок, по которым
циркулирует вода. В наполненной водой сплющенной трубке
плотность тока не снижается, поскольку при высокой частоте
ток проходит главным образом по внешним слоям трубки
(вследствие скин-эффекта). При низкой частоте также приме-
няется водяное охлаждение, так как в этом случае пользуются
большими токами для быстрого нагрева, который является од-
ним из преимуществ индукционного нагрева. Круглые заготов-
ки нагревают в круглых индукторах, квадратные — в почти
квадратных. Вообще форма индукторов соответствует сечению
нагреваемых изделий. Переменный магнитный поток, проходя-
щий через воздух, не нагревает металл.
Время нагрева садки в индукторе, находящемся под напря-
жением, можно контролировать по температуре садки, но, как
правило, для этого служит реле времени. В случае аварийной
остановки оборудования все заготовки вынимают из индукцион-
ных нагревателей, охлаждают до комнатной температуры и
после этого их можно снова подвергать нагреву. Если заготов-
ки перед загрузкой будут в горячем состоянии, то при нагреве
в течение заданного времени они могут расплавиться.
Существует различие между индукционным нагревом маг-
нитных и немагнитных материалов. Однако этот вопрос не от-
носится к теме книги о печах.
Для индукционного нагрева требуется дополнительное до-
рогое оборудование. В пределах частот, необходимых для про-
мышленных печей, токи высокой частоты генерируются преоб-
разователями частоты. Последние представляют собой мотор-
генераторы с небольшим числом полюсов на двигателе и
большим — на генераторе. При использовании для Нндукцион-
168 Устройства для сжигания топлива и нагревательные элементы
ного нагрева тока частотой 60 пер/сек значительно снижается
коэффициент мощности, если не установлены конденсаторы.
Капитальные затраты при строительстве установок индук-
ционного нагрева, по данным крупных предприятий США на
1953 г. (West Репп Power Company and General Engineering
Company), следующие:
1) для высокочастотных установок с мотор-генераторным
преобразователем частоты — от 150 до 200 долл, за установлен-
ный киловатт;
2) для установок переменного тока с частотой 60 пер/сек от
30 до 50 долл, за установленный киловатт.
Сюда входит стоимость преобразователя частоты для
1-й группы и конденсаторов для 2-й группы, а также стоимость
комму(ационной аппаратуры, индукторов и основного оборудо-
вания. необходимого для загрузки и выгрузки садки.
При нагреве стержней из магнитной стали, поперечное сече-
ние которых составляет от 30 до 150 мм2, можно получить боль-
шую экономию, применяя токи двух частот: низкой — для на-
грева середины стержня и высокой (с использованием скин-
эффекта) — для нагрева наружной части. Стоимость установки
для двухчастотного нагрева колеблется от 60 до 100 долл, за
установленный киловатт.
Индукционный нагрев весьма удобен при массовой продук-
ции. Он не удобен и обходится дороже других способов, если
нагреваемые стержни разных размеров. Например, при од-
новременном нагреве заготовок сечением 75, 150 и 22b мм2 и
длиной от 120 до 450 мм возникают следующие затруднения,
для каждого сечения требуется отдельный индуктор с приспо-
соблениями для крепления заготовки в центре с учетом жела-
тельного расположения — горизонтального, вертикального или
наклонного. Для каждой длины в свою очередь требуется или
свой индуктор, или устройство, позволяющее использовать ко-
роткие секции для получения длинного индуктора. Необходимы
соответствующие ответвления от трансформатора, чтобы полу-
чить нужное напряжение на коротких секциях индуктора, а
также требуются крепления для правильной установки корот-
ких заготовок по оси, учитывая осевое давление. Надо беречь эти
крепления от возможного перегрева при индукции.
Изготовители заявляют, что 1 т стали можно нагреть до
1200е, расходуя 300 квт-ч. На практике эта цифра доходит до
400 квт-ч.
ГЛАВА HI
РЕГУЛИРОВАНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ В ПЕЧИ '
Основные задачи
Название главы «Регулирование температуры в печи» не
совсем точно. На самом деле регулированию подлежит не тем-
пература печи, а температура садки. Мы сохраняем все же это
неточное название, так как оно получило в печной технике ши-
рокое распространение.
В зависимости от назначения печи в процессе нагрева пре-
следуется цель:
1) довести температуру наружной поверхности нагреваемо-
го материала до заданной величины1 2 и поддерживать ее посто-
янной до тех пор, пока вся садка равномерно прогреется или
2) изменять температуру садки в соответствии с заданным
режимом за определенный период времени.
В обоих случаях желательна равномерность нагрева всей сад-
ки. учитывая ее расположение в печи. Это, конечно, не отно-
сится к непрерывно работающим печам. Причины, заставляю-
щие добиваться заданной температуры садки без перегрева,
просты. При каждом технологическом процессе для доброкачест-
венной обработки любого материала необходима некоторая ми-
нимальная температура. При превышении этой температуры
нагрева не только зря затрачивается тепло, но часто возникают
такие нежелательные последствия, как повышенное окалинэ-
образование, оплавление, пережог, химические изменения, тре-
щины и пр.
Методы поддержания постоянной температуры
Температура определяется балансом прихода и расхода теп-
ла. Если подвод тепла к телу больше отвода, его температура
повышается. Этому правилу не подчиняются процессы, связан-
1 Вопросы регулирования температуры и давления в нагревательных пе-
чах см. в книге Б М. Плевако «Контроль температуры и автоматизация теп-
ловой работы нагревательных печей», Металлургиздат, 1959. (Пер).
2 Для ускорения нагрева температуру внешней поверхности садки по-
дымают несколько выше заданной, а затем дают садке остыть. Благодаря
более высокой температуре поверхности внутренние части нагреваемых изде-
лий доводятся до заданной температуры.
170
Регулирование температуры в печи
ные с внутренней теплотой плавления, испарения и молекуляр-
ными перемещениями.
Температура повышается при увеличении притока тепла и
снижается при уменьшении или прекращении его подачи. При
увеличении подвода электроэнергии или топлива и воздуха (пос-
леднего до определенного предела) температура повышается,
а при уменьшении этого подвода температура понижается.
Поддержание одинаковой температуры в различных частях
нагревательной камеры
Из приведенных выше соображений следует, что в идеаль-
ном случае нагрева тепло следует равномерно и одновременно
подводить ко всем молекулам садки. Только при этом условии
возможен равномерный нагрев всех ее частей. Ближе всего к
идеальному случаю подходит нагрев электрическим током, про-
ходящим через садку, как через сопротивление (см. гл. II). Ес-
ли электрический ток пропускать через стальной стержень по-
стоянного сечения, то он нагревается очень равномерно. В боль-
шинстве случаев, однако, этот способ неприменим и тепло на-
ружной поверхности садки передается от более нагретых тел —
электрического нагревателя, расплавленной соли, накаленной
обмуровки, нагретых газов или от пламени. Благодаря темпе-
ратурному потенциалу (разности температур) или теплодвижу-
щей силе возникает тепловой поток, который обусловливает не
равномерность температуры внутри садки.
Когда разность между температурой окружающей среды
(температурой в печи) и конечной или заданной температурой
нагреваемого материала невелика, сравнительно просто избе-
жать местного перегрева. При уменьшении перепада температур
между электрическим нагревателем или топочными газами и
садкой тепловой поток становится меньше. Это дает возмож-
ность температуре в садке выравняться, в особенности при вы-
сокой теплопроводности нагреваемого материала.
Трудности возникают при значительной разности между тем-
пературой нагревателя (электрического сопротивления, топоч-
ных газов) и конечной температурой садки. Это бывает при наг-
реве садки до температур 300, 550, 650 и 750°. Если, например,
материал, нагреваемый до 550°, находится вблизи светящегося
пламени, температура которого составляет от 1400 до 1500°, то
наружная поверхность заготовки значительно перегреется или
даже расплавится задолго до того, как температура внутренних
частей достигнет заданной величины. Опасность местного перег-
рева возрастает при близком расположении нагреваемых изде-
лий от горелочных каналов, форсунок или электрических наг-
ревателей.
Регулирование температуры в печи
171
Существует ряд способов предотвращения перегрева поверх-
ности нагреваемого материала, а именно:
а)	подвод тепла с регулярными кратковременными переры-
вами;
б)	расположение небольшого высокотемпературного источ-
ника тепла на определенном расстоянии от поверхности садки;
в)	расположение решетчатых перегородок («тепловых окон»)
между источником тепла и садкой;
г)	установка муфеля вокруг садки или вокруг факела;
д)	интенсивная циркуляция топочных газов (обычно назы-
ваемая рециркуляцией), благодаря чему тепло небольшого пла-
мени распределяется в большом объеме газов;
е)	снижение температуры подачей избытка воздуха;
ж)	применение слабого (инертного) пламени или низкотем-
пературных электрических нагревателей;
з)	быстрый нагрев при высокой температуре с последующим
томлением при более низкой температуре печи;
и)	подвод тепла к садке со всех сторон независимо от конеч-
ной температуры садки для обеспечения равномерности нагрева.
Разберем более подробно каждый из этих методов.
а.	Подвод тепла с перерывами. Этот вопрос рассмат-
ривается ниже в разделе «Регулирование заданной температуры
в течение определенного времени» (стр. 177).
б.	Расположение высокотемпературного ис-
точника тепла на расстоянии от садки. Сам по се-
бе этот метод редко применяется, но он часто комбинируется с
методами, перечисленными в пунктах «в», «г», «д». В печи, пока-
занной на рис. 132, равномерное распределение температуры в
нагревательной камере обеспечивается расположением большо-
го числа источников излучения на достаточном расстоянии от
садки.
Сущность метода можно объяснить при помощи аналогии
Если подвесить электрическую лампу невысоко над столом, то
освещение стола будет не равномерным. Лишь небольшой уча-
сток стола освещается при этом интенсивно. Если же источник
света располагается на значительной высоте, то освещение бу-
дет менее интенсивным, но более равномерным. При эксплуата-
ции камерных электрических печей старой конструкции (с рас-
положением сопротивлений только на боковых стенах) сталки-
вались с большими трудностями. Прошло много времени, пока
инженеры — термисты и электрики — поняли, что причиной рез-
ких колебаний качества нагреваемых изделий, несмотря на авто-
матическое регулирование температуры, было слишком малое
расстояние между нагреваемым изделием и источником тепла.
в.	Установка решетчатых перегородок между
источником тепла и садкой. Величина проемов в ре-
172
Регулирование температуры в печи
шетчатых перегородках определяет объем горячих газов, прохо-
дящих через них. Часто величину проемов можно регулировать
Решетчатые перегородки применяют во многих печах, особенно
в низкотемпературных и в сушилах. Проемы в перегородке, по-
мещенной между топочной камерой с одной форсункой и нагре-
вательным пространством, показаны на рис. 133. С помощью пе-
регородок обеспечивается выравнивание температур в нагрева-
Рис 132 Газовая печь для нагрева листов
тельной камере. Применение перегородок полезно, если надо
уменьшить интенсивность подвода тепла к садке, однако этим
способом надо пользоваться осторожно, так как в проемах
часто происходит смешивание неиспользованного воздуха с не-
догоревшей частью топлива. В результате догорания топлива из
них выбивает пламя. Перегородки, расположенные над сад-
кой, как например в печах с верхним обогревом, дают равномер-
ный обогрев по горизонтали, но не по вертикали. Нижняя часть
садки остается холодной. Кроме того, перегородкам присущ еще
другой недостаток: топочная камера обычно сильно раскаляет-
ся, вследствие чего приходится терять тепло, чтобы предохра-
нить огнеупорный материал стен от оплавления. Для защиты
стен приходится делать их тонкими и охлаждать наружным
воздухом или применять для них высокоогнеупорный кирпич
Горячие газы поступают к перегородкам не обязательно из
топочной камеры; они могут рециркулировать через проемы ре-
Рис 133 Отжигательная печь с выкатным подом и тепловыми
окнами
/ — вытяжные отверстия, 2 — нагревательная камера, 3 — топочная камера,
4 — горелка, 5 — передний торец печи
174
Регулирование температуры в печи
шетки. Как правило, живое сечение каждого из проемов должно
быть примерно таким же, как сечение общего газохода '. Этот
принцип расчета неприменим к конструкции, показанной на
рис. 133, так как в этом случае под действием кинетической
энергии распиливающего пара, вытекающего из форсунки,
большая часть газов отбрасывается в конец топки.
Для равномерного распределения газов из топки проемы в
решетке надо суживать по мере удаления от форсунки. В тех
Рис. 135. Муфель для сжигания топ-
лива. Продукты сгорания выпуска
ются в нагревательную камеру
Рис. 134. Влияние стенки
муфеля иа выравнивание
температуры:
! — стенка муфеля; 2 — нагрева-
тельная камера. 3 — стена печи;
4 — пламя
случаях, когда новые установки не дублируют прежние, рекомен-
дуется предусматривать решетки, в которых можно было бы из-
менять сечение проемов, обеспечивая, таким образом, требуе-
мое в печи распределение температур.
В топочных камерах для этой цели применяют вдвигаемые в
проемы решетчатых стен регулирующие кирпичи.
Размещение садки или продуктов сгорания
в муфеле. Если горение происходит за стенкой муфеля или за
горелочным порогом, то пламя не может непосредственно ка-
саться садки или излучать на нее. Большая часть излучения
отражается обратно. Это схематически показано на рис. .134 на
примере излучения одной горящей частицы. Даже в том случае,
когда стенка муфеля бесконечно тонка, половина полученного
ею тепла отражается обратно в топочное пространство, что и
ЧЗернее руководствоваться расчетом, метод которого изложен Г. П. Иван
новым в работе, указанной в примечании к стр 57 {Ред)
Регулирование температуры в печи
175
показано стрелкой, направленной вправо. Благодаря отражению
температура в топочном пространстве выравнивается и муфель
накаляется равномернее. Муфель, в котором происходит горе-
ние, изображен на рис. 135. В т. I данной работы указаны ма-
териал, применяемый для изготовления муфелей, и допустимая
интенсивность теплопередачи через стенку муфеля.
Муфели, устанавливают часто для того, чтобы предохранить
садку от контакта с воздухом или топочными газами. Об этом
более подробно рассказано в следующей главе.
д. Интенсивная циркуляция (рециркуля-
ция) топочных газов, благодаря чему тепло
небольшого пламени распределяется в боль-
шом объеме топочных газов. Смысл этого метода под-
робно рассмотрен и иллюстрирован в т. I. В случае применения
этого метода садка защищается от местного перегрева, так как
горячие топочные газы смешиваются с уже несколько охлаж-
денными газами и только после этого проходят сквозь садку или
над ней. Циркуляция обусловливается иногда инжектирующим
действием быстро движущейся струи пламени или сжатых
топочных газов, но чаще создается специальным дутьевым вен-
тилятором. Хотя такие вентиляторы (за малым исключением)
обычно предназначаются для обслуживания печей, работающих
при температуре до 1000°, но наилучшую циркуляцию они соз-
дают в печах (или в сушильных устройствах) при температу-
рах ниже 800°. Чем ниже температура печи, тем больше значение
рециркуляции. В металлообрабатывающей промышленности этот
метод используется при закалке и отпуске. В алюминиевой про-
мышленности он применяется в печах для нагрева перед ковкой
(алюминий куется при температуре ниже 500°). На рис. 136 изо-
бражена такая печь. Устройство печи настолько ясно, что не
требует комментариев. Печи этого же типа применяют в метал-
лообрабатывающей промышленности. В технических условиях
(спецификациях) на низкотемпературные печи или сушила (тем-
пература ниже 550°) кратность рециркуляции часто обусловли-
вается. Она обычно колеблется от 8 до 10.
е. Снижение температуры подачей избыточ-
ного воздуха. Если избыточный воздух смешивается с го-
рячими топочными газами, то говорят, что пламя «смягчается»
(отпускается). Под этим подразумевают, что температура газов,
соприкасающихся с садкой, понижается. Для этого не требуется
специальный вентилятор. Обычный дутьевой вентилятор, если
мощность его достаточна, подает и избыточный воздух. Подобно
рециркуляции добавление воздуха снижает опасность неравно-
мерного нагрева с тем различием, однако, что потребление топ-
лива на единицу веса нагреваемого материала повышается, а не
понижается. Увеличение расхода топлива можно определить при
176
Регулирование температуры в печи
помощи кривых, показывающих потерю тепла с продуктами сго-
рания (см т. I) *.
ж. Применение инертного пламени (не ин тем
сивного) или низкотемпературных нагревате-
лей. Если впускать в печь воздух и топливо параллельными по-
токами примерно с равными скоростями, то горение происходит
медленно, так как обусловливается лишь процессом диффузии
Рис 136 Методическая печь для низкотемпературного нагрева с рецирку
ляцией газов
/— изолированная труба, 2 — клапаны, 3— место загрузки 4— натяжная станция 5 — зона
нагрева, 6 — изолированный вентилятор, 7 — воздухоохлаждаемый подшипник, 8 — элек-
тродвигатель 9 — термопара — нержавеющая сталь 11 — сото смесителя /2 — элек-
тродвигатель, 13—топочная камера 14 — газовые горелки /5 — зона томления, 16—цеп-
ная передача; 17 — червячный редуктор
Тепловыделение происходит равномерно по всей длине пламени,
а температуры получаются сравнительно низкие, лишь немного
превышающие температуру воспламенения топлива. Применяя
этот метод, можно, используя даже высококалорийное топливо,
например угольную пыль, получать такую низкую температуру,
какая нужна для отжига стали. Для поддержания по всей длине
над подиной постоянной и сравнительно низкой температуры
применяют также периодический подвод воздуха
На рис. 137 изображен колодец для отжига, в котором для
предотвращения перегрева применены методы, описанные в пун
ктах «д», «ж» Правильным выбором направления входящих то
почных газов и тщательным подбором выходных отверстий в по-
дине можно обеспечить необходимую циркуляцию газов. Инерт-
ное пламя получается вследствие неполного горения на решетке
и просачивания вторичного воздуха в щели между секциями сво-
1 О количественных данных и о влиянии избытка воздуха на равномер-
ность нагрева и на удельный расход топлива см статью «Lutherer and Read»
в журнале «Metal Progress», April, 1954
Регу шроеание температуры в печи
177
да. Необходимо подчеркнуть, что подлежащие отпуску изделия
недопустимо устанавливать непосредственно перед пламенным
окном.
Метод, описанный в пункте «з», рассматривается в следую-
щей части главы, имеющей принципиальное значение, а метод,
описанный в пункте «и», подробно разобран в т. I.
Разрез ло В-В
Рис 137 Отжигательный колодец для равномер-
ного нагрева
Регулирование заданной температуры в течение
определенного времени
Цель регулирования температуры — равномерный нагрев
всего изделия или его части до определенной температуры и под-
держание (по заданию металлургов) этой температуры в течение
заданного времени.
В начале нашего столетия, образно выражаясь, глаз рабоче-
го заменял пирометр, а его руки служили регулирующими уст-
ройствами.
Таким способом в ряде случаев осуществлялся довольно хо-
роший нагрев. Однако недостаток квалифицированных рабочих,
стремление снизить стоимость нагрева при сохранении качеств
его (преимущественно без ручного труда) и растущие требования
12 В Тринкс Промышленные печи
178
Регулирование температуры в печи
к равномерности нагрева при массовом производстве вызвали в
первую очередь установку пирометров, а затем при помощи тех
же пирометров — автоматическое регулирование температуры.
Внимательное изучение литературы показывает, что автома-
тическое регулирование температуры появилось впервые в США
в 1908 г. на печах с газовым отоплением. Хотя новая аппаратура
работала вполне удовлетворительно, она не получила распрост-
ранения. Это случилось, возможно, потому, что при газовом ото-
плении удается поддерживать температуру почти постоянной и
без автоматического регулирования, а также из-за того, что на
заводах не были достаточно оценены положительные стороны
новой аппаратуры. Надо учесть также, что приборостроительная
промышленность только начинала развиваться.
Совершенно иначе обстояло дело с электрическими печами
сопротивления, которые появились во втором десятилетии 20 в.
(около 1917 г.). Ручное регулирование при помощи внешних со-
противлений было слишком неэкономичным из-за потерь доро-
гостоящей электроэнергии. Включение и выключение электро-
энергии через короткие интервалы времени от руки потребовали
бы больших затрат на заработную плату. Регулирование пере-
ключением ступеней трансформатора недостаточно точно. Что-
бы внедрить электрические печи, инженеры-электрики вынуж-
дены были изобрести и усовершенствовать такой способ регули-
рования температуры, при котором не было бы излишних расхо-
дов электрической энергии или рабочей силы. Это регулирование
температуры заключалось в автоматическом включении и вы-
ключении электроэнергии через короткие интервалы времени.
Автоматическое регулирование температуры, которое внача-
ле пришлось применять в электрических печах по необходимо-
сти, скоро стало одним из их наиболее существенных преиму-
ществ. Электрические печи стали ставить в большом количестве
исключительно по той причине, что они допускали вполне авто-
матическое и надежное регулирование температуры. Опыт экс-
плуатации электропечей с устройствами для автоматического
регулирования температуры послужил сильным побудительным
мотивом для применения этих устройств и в пламенных печах,
для которых вскоре были созданы надежные регуляторы.
Прежде чем описывать соответствующую аппаратуру, нужно
ответить на основной вопрос — насколько точно можно регу-
лировать температуру садки?
На первый взгляд кажется, что совершенного контролирова-
ния можно достичь, если расположить чувствительный элемент
измерительного прибора там, где нагрев происходит наиболее
медленно. Однако против такого расположения чувствительного
элемента можно привести два возражения. Во-первых, его легко
повредить при загрузке или при выдаче садки. Во-вторых, внеш-
Регулирование температуры в печи
179
ние слои садки могут перегреться раньше, чем чувствительный
элемент, находящийся в более холодном месте, сможет выпол-
нить свою задачу.
При нагреве некоторых материалов (или профилей) этой
опасности не существует. Если, например, садка состоит из лис-
тов или рулонов, установленных на массивной опоре под
съемным колпаком печи, чувствительный элемент можно распо-
ложить в точке, которая считается наиболее холодной. Он не
повреждается при укладке или снятии изделии с опоры, так
как эти операции должны проводиться очень осторожно и в
определенное время. Чтобы избежать перегрева изделий, во
внешних слоях помещают чувствительный элемент второго пи-
рометра там, где нагрев происходит наиболее быстро. По второ-
му пирометру регулируют температуру печи, пока первый пиро-
метр не покажет, что достигнута нужная температура.
Для большинства процессов нагрева описанный метод непри-
меним или нецелесообразен. При нагреве, например, слитков,
поковок или слябов самая холодная их точка находится где-то
внутри твердого металла и практически недоступна. При нагреве
же насыпанных или положенных друг на друга изделии, напри-
мер фитингов для труб, болтов, рыболовных крючков и пр , тер-
мопара, погруженная в кучу, может быть повреждена или даже
сломана. Трудности возникают также при помещении термопары
в такой садке, которая непрерывно движется в печи. Для таких
измерений промышленность не выпускает приборов.
Как правило, чувствительный элемент должен быть непод-
вижно установлен в печи — в своде или в боковой стене. Но тог-
да, возникает вопрос, насколько точно может быть измерена тем-
пература садки, если чувствительный элемент с последней не со-
прикасается?
Теоретическим путем невозможно правильно определить раз-
ность температур между измерительным прибором и наиболее
холодной частью нагреваемых изделий. Однако вполне достаточ-
ное для практических целей приближение дает следующий метод.
Проводят пробный нагрев и одновременно наблюдают измене-
ния температуры, показываемые пирометрами в обычном месте
измерения температуры и в одной или нескольких точках садки.
Вначале эти температуры сильно разнятся друг от друга, с те-
чением времени они сближаются, что видно на рис. 138, на кото-
ром нанесены показания двух пирометров. Верхняя граница за-
штрихованной площади дает температуру печи вблизи ленточно-
го нагревательного элемента. Нижняя граница показывает, во-
первых, температуру в открытой печи и, во-вторых, температу-
ру внешней поверхности садки. По времени, в течение ко-
торого верхняя кривая идет почти горизонтально, определяют
срок, по истечении которого температура наиболее холодной ча-
12*
Рис. 138. Время-температурная диаграмма печи с автоматическим регулированием
Регулирование температуры в печи
181
ста садки дойдет до заданного значения. На основании этогб>
эксперимента определяют технологию для аналогичных загру--
зок печи. Если применить указанную меру предосторожности
(или какую-либо подобную ей), то можно достаточно точно ре-
гулировать температуру садки при условии, что неизменными
останутся количество сообщаемого тепла и расположение нагре-
ваемых изделий.
При нагреве тяжелых слитков, слябов, блюмов и заготовок
может и должен быть применен такой же метод. При испытании
к пирометру печи добавляют пирометр с термопарой, помещаемой
в гнездо, высверленное в нагреваемом материале. В печах пери-
одического действия эта операция выполняется относительно
просто. Если же материал нагревается в методической печи,
приходится применять такую термопару, которая может быть
вынута и снова вставлена, пока слиток проходит по печи. В ме-
тодической печи с глиссажными водоохлаждаемыми трубами
рабочий конец термопары нельзя помещать волизи такой трубы.
При помощи пробных испытаний можно получить достаточные
для практических нужд данные даже в том случае, если раз-
мер нагреваемых изделий и теплоподача не остаются совершен-
но одинаковыми. Опытные изготовители печей при поставке печи
сообщают соответствующие экспериментальные сведения.
Делались попытки найти лучший способ для определения тем-
пературы садки. Один из них заключался в том, чтобы направ-
лять телескоп радиационного пирометра прямо на садку. Одна-
ко при этом исключается возможность того, чтобы телескоп ра-
диационного пирометра «видел» самую холодную часть садки.
КроМ*е того, нельзя постоянно обеспечить чистоту линз радиаци-
онного пирометра. В некоторых случаях радиационные пиромет-
ры почти точно показывают температуру, например, когда они
направлены через боковые стены методической печи, нагреваю-
щей слябы или блюмы Боковые стены на уровне металла не так
раскалены, как свод. Окалина на верхней части заготовки раз-
мягчается и обнажает светлую поверхность. Радиационный пи-
рометр, направленный на эту поверхность, показывает среднюю
температуру между температурами окалины и свода печи
Независимо от типа примеянемоно пирометра температура
поверхности металла, нагреваемого до температуры ковки или
прокатки, вследствие наличия окалины искажается. Однако ес-
ли вид топлива не меняется, то правильное определение темпе-
ратуры можно получить, если пользоваться термопарой, закла-
дываемой в отверстие, прооверленное в изделии *. Когда выдача
1 По-видимому, автор имеет в виду метод установления закономерности
между температурой поверхности металла и температурой в толще его, спра-
ведливый при работе на определенном виде топлива (Исд.)
Е82
Регулирование температуры в печи
слитка с прокатного стана или пресса задерживается, режим
нагрева меняется, окалина становится толще, и тогда нагреваль-
щик должен проявить весь свои опыт и находчивость. По этой
причине, несмотря на автоматическое регулирование, нагреваль-
щики у печей должны обладать высокой квалификацией.
Принципы автоматического регулирования
Для всякого управления, регулирования и контроля требует-
ся. во-первых, измерительный прибор, называемый также пер-
вичным элементом или датчиком. Он измеряет или хотя бы пока-
зывает отклонения фактической величины параметра от задан-
ного значения. Во-вторых, необходим двигатель или исполни-
тельный механизм, получающий импульс от измерительного при-
бора и так воздействующий на независимую переменную, что
величина регулируемого параметра возвращается к заданному
значению. Если оба элемента (1-й и 2-й) соединены в общий
механизм, то говорят, что последний работает автоматически.
В книге о промышленных печах не могут подробно рассмат-
риваться теория регулирования, конструкции отдельных пиро-
метров и других элементов аппаратуры регулирования. Однако
основные сведения, изложенные ниже, будут полезны как кон-
структорам, так и эксплуатационному персоналу печей.
Пирометры. Для измерения температур в промышленных
печах, т. е. температур от 500 до 1400°, используют следующие
приборы: термометры сопротивления, термопары и радиацион-
ные пирометры (оптические пирометры применяют периодически
для проверки постоянно установленных приборов). В этих при-
борах изменения температуры обусловливают изменение величи-
ны электродвижущей силы или тока. Термометры сопротивления
служат для измерения невысоких температур. Термопары могут
быть использованы для измерения всех температур, встречаю-
щихся в промышленных печах.
Термопара состоит из двух проволок из разного металла.
Один спай этих проволок (горячий) подвергается действию тем-
пературы печи, другой же спай (холодный) располагают в поме-
щении с комнатной или близкой к ней температурой. При изме-
нении температуры холодного спая необходимо внести соответ-
ствующую поправку в показания измерительного прибора, если
не предусмотрено автоматическое компенсирующее устройство.
Для изготовления термопар применяют следующие металлы:
железо и константан (последний является сплавом из никеля и
меди), такая термопара годится до температуры 900°; хромель
и алюмель — до 1100°; платина и платинородий — для наивыс-
ших температур в печах. В атмосфере некоторых газов термопа-
ры теряют стойкость: железо подвергается воздействию ки-
Регулирование температуры в печи
183
слорода, алюмель разъедается в восстановительных атмосфе-
рах. Платина в окиси углерода становится хрупкой и выходит
из строя. Для защиты от газов термопары помещают в газоне-
проницаемую огнеупорную трубку (чехол, кожух). В этом слу-
чае, разумеется, термопара измеряет температуру внутри чехла.
Эта температура не обязательно совпадает с температурой в пе-
чи. Чтобы снизить разность температур, стенки чехла делают
возможно более тонкими. Но тогда он становится непрочным и
недостаточно газонепроницаемым. Благодаря чехлу коррозия
термопар значительно уменьшается, но полностью не устраняет-
ся. Необходимо периодически вынимать термопары, осматри-
вать их и проверять точность показаний. С уменьшением роли
ручного труда эксплуатация печи все больше зависит от рабо-
ты аппаратуры автоматики. Тем более опасны последствия не-
удовлетворительной работы этой аппаратуры.
Устройство радиационных пирометров и описанной термопа-
ры основдно на одном и том же принципе. В этих пирометрах
тепловые лучи, идущие к линзе телескопа пирометра из отвер-
стия в печи, концентрируются на горячих спаях многих термо-
пар, соединенных в группы.
Исполнительные механизмы. Чрезвычайно неболь-
шие колебания электродвижущей силы, возникающие в термопа-
ре при изменении температуры печи (или сопротивления прово-
локи в термометре сопротивления), являются слишком слабы-
ми для управления регулирующими органами—вентилями пли
контакторами. Другими словами, измерительный прибор не мо-
жет выполнять регулирование самостоятельно, по крайней мере
при тех средствах техники, которыми мы располагаем в настоя-
щее время. Для того чтобы привести в движение регулирующий
орган, приходится в помощь к измерительному прибору пользо-
ваться дополнительным устройством — реле, исполнительным ме-
механизмом. Последний может быть механическим, пневматиче-
ским, гидравлическим или электрическим. Сообразно с этим су-
ществует много исполнительных механизмов различных конст-
рукций и промышленностью предлагаются еще новые конструк-
ции. В этой главе, в которой даются только основные сведения,
невозможно описать всю эту разнообразную аппаратуру. Ниже
рассматривается лишь несколько образцов, которые, может
быть, и не являются лучшими.
На рис. 139 представлена одна из ранних схем, которая еще
и сейчас применяется на ряде печей. Указатель или стрелка галь-
ванометра (милливольтметра) замыкает контакт на стороне
высокой или низкой температуры, аналогично тому, как это вы-
полнено в термостате, регулирующем комнатную температуру,
или в регуляторе давления, управляющем работой водяного на-
соса в сельских местностях. На рис. 140 схематически показан
184
Регулирование температуры в печи
другой прибор, называемый контактным регулятором с нажи-
мающим рычагом. Стрелка, показывающая температуру, через
регулярные промежутки времени опускается нажимающим рыча-
гом вниз (перпендикулярно к плоскости движения стрелки) и
Рис. 139. Схема регулятора температуры
с контактной системой:
/ — пружинные контакты; 2 — реле «больше теп-
ла» ; 3 — реле «меньше тепла»; 4—общий провод;
5 — термометр или пирометр; 6— провод от кон-
такта повышенной температуры; 7 — провод от
контакта пониженной температуры
прижимается к контактной группе. Если температура печи выше
заданной, то контакт замыкается с одной стороны от нейтраль-
Рис. 140. Схема регулятора температуры с нажи-
мающим рычагом:
/ — нажимающий рычаг; 2—реле «меньше тепла»; 3 - ре-
ле «больше т₽лла»; 4 — контакты «меньше»; 5 — кон-
такты «больше»; 6 — стрелка; 7 — пружина, разъеди-
няющая контакты
ной точки, а если ниже заданной — с другой ее стороны. В обоих
случаях исполнительный механизм приводится в движение таким
образом, чтобы температура вернулась к заданному значению.
Регуляторы, конструкции которых показаны на рис. 139 и
140, называются регуляторами двухпозиционного действия, ре-
гуляторами «открыто — закрыто» или, пренебрежительно, «пи-
лообразными» регуляторами. График их работы изображен на
рис. 141, который показывает, что двухпозиционный регулятор
не может поддерживать температуру в печи постоянной, он да-
Регулирование температуры в печи
185
ет периодически колеблющуюся температуру. Кривая темпера-
туры— волнообразная, подобная зубьям пилы. Колебания тем-
пературы могут быть снижены при установке пределов регули-
рования не между положениями «все» и «ничего», но между по-
ложениями «меньше чем все» и «больше чем ничего». При таком
способе количество подводимого и отводимого тепла ограничи-
вается. Требуется больше времени, чтобы нагреть печь после но-
вой загрузки холодной садкой, а незагруженная печь может
быть перегрета.
Время
Рис. 141. График колебаний температуры при работе
двухпозиционного регулятора:
/ — заданная температура; 2 — температура стен печи; 3 — тем-
пература в центре садки; 4 — подача тепла
Можно еще больше снизить колебания температуры, если на-
меренно ввести в задание регулятору отклонения от требуемой
температуры. Такое отклонение называется «спадом», «сдвигом»
или более обшим термином — «отклонение нагрузки» и означает,
что при повышении температуры регулятор начинает уменьшать
количество подаваемого тепла и полностью прекращает его под-
вод не тогда, когда в печи достигнута заданная температура, а
позднее, когда она будет несколько выше заданной. Чем больше
принятый «сдвиг», тем меньше опасность качаний или колеба-
ний. Для многих процессов нагрева «сдвиг» не имеет такого зна-
чения, так как оператор может изменить задание температуры
на задатчике регулятора. Регулирование, обеспечивающее наи-
большее приближение к постоянству заданной температуры,
можно получить при помоши устройства автоматической пере-
становки (обратной связи). Последнее состоит из механизма,
который после возмущения очень медленно возвращает темпера-
туру к заданному значению. Это устройство обеспечивает устой-
чивость (отсутствие колебаний) температуры, исключающую по-
стоянные отклонения от заданной величины.
Электрическая схема двухпозиционных регуляторов «откры-
то-закрыто», приведенных на рис. 139 и 140, весьма проста.
Слабый электрический ток измерительного прибора достаточен
186
Регулирование температуры в печи
для управления реле; последнее в свою очередь управляет элек-
трическим выключателем или перемещает топливный и воз-
душный клапаны.
Для крупных промышленных печей двухпозиционные регу-
ляторы применять нельзя, так как внезапный сброс или большое
увеличение электрической мощности могут быть опасными. Для
них предпочитают так называемое пропорциональное регулиро-
вание, хотя схема его более сложна и аппаратура дороже. Про-
порциональное регулирование основано на следующем принци-
пе: при отклонении температуры от заданного значения регули-
рующее устройство начинает перемещать регулирующий орган,
изменяя подачу тепла так, чтобы восстановить заданное значе-
ние температуры. Движение регулирующего органа ограничи-
вается с помощью обратной связи, что позволяет заблаго-
временно изменить подачу энергии в печь. Движение возоб-
новляется только тогда, когда температура отклоняется в обрат-
ном направлении и переходит за заданное значение. Регулирую-
щее устройство снабжено электрическим, пневматическим или
гидравлическим приводом. Так как подача электрической энер-
гии не вызывает затруднений, то ее используют в первую очередь
и преобразуют в энергию сжатого воздуха или масла только не-
посредственно перед печью. В то время как внешне пропорцио-
нальное регулирование выглядит простым, электрическая схема
его довольно сложна, что видно из рис. 142, на котором показа-
на типичная схема. Слабая электродвижущая сила термопары
уравновешивается в потенциометре (мостике Уитстона) посто-
янным напряжением .стандартного элемента, который изображен
слева внизу.
При постоянной температуре ток в схеме не протекает. Толь-
ко при отклонении температуры от заданной электродвижущая
сила термопары также изменяется, и через потенциометр начи-
нает течь слабый постоянный электрический ток. Так как по-
стоянный ток не может быть пропорционально усилен, то он пре-
вращается при помощи вибрационного преобразователя в пере-
менный ток частотой 60 пер/сек. Слабый переменный ток под-
водится к двум .выводам входного трансформатора. Реактивное
сопротивление трансформатора меняет фазу входящего тока, но
не влияет на его частоту. Этот ток усиливается обычно электрон-
ными лампами до такой величины, чтобы он мог служить для
управления двумя двухфазными двигателями. Один из двига-
телей изменяет положение регулирующего органа, например
группы вентилей, другой перемещает скользящий по реохорду
контакт (движок) к нулевому положению, при котором
ток прекращается. Так как положение движка на реохорде соот-
ветствует значению температуры, то это положение контакта мо-
жет служить для указания температуры. Все провода, за
Регулирование температуры в печи
187
исключением подводящих к сервомотору регулирующих вен-
тилей, расположены в приборе. Их можно осмотреть, открыв
дверцы прибора.
Схема, показанная на рис. 142, является одной из многих
идентичных или схожих схем. В некоторых из них реохорд и пе-
ремещающий движок маленький двигатель заменяются двумя
направленными друг против друга соленоидами, которые при
движении вызывают взаимодействие между пластинами стато-
ра и ротора. Ток усиливается электронными лампами. Усиление
Рис. 142. Схема пропорционального регулятора:
7— термопара; 2 — преобразователь (вибрационный);
3 — входной трансформатор; 4 — усилитель мощности;
5 — линия переменного тока; б — постоянный магнит;
7 — усилитель напряжения; 8—катушки возбуждения;
9— узел преобразования; 1(j — реохорд; 11 — линия
переменного тока; 12— уравновешивающий двигатель
(перемещающий стрелку иа реохорде)
при помощи транзисторов в настоящее время (1954 г.) еще не
вошло в промышленную практику.
Регуляторы температуры для промышленных печей обычно
снабжены электрическим приводом. В тех помещениях, где мо-
жет возникнуть взрыв от искры, предпочитают пневмати-
ческий или гидравлический привод. Но в таких помещениях
нельзя устанавливать и печи.
Необходимо еще раз напомнить, что работа самого лучшего
прибора, устанавливаемого в определенном месте, не может га-
рантировать равномерность температуры во всей печи и что сам
прибор не может устранить запаздывания показаний, связанных
с влиянием защитного чехла чувствительного элемента. Такой
прибор не может учитывать также изменений, происходящих при
эксплуатации, например, изменения размеров нагреваемого ма-
188
Регулирование температуры в печи
териала, способа укладки и толщины слоя насыпаемых деталей,
колебаний теплопроводности или электропроводности садки и
ряда других факторов Автоматика обеспечивает наибольшую
эффективность при нагреве массовой однородной продукции,
когда все условия поддерживаются строго постоянными.
Устанавливать регулирующий клапан в положение, соответ-
ствующее определенному подводу тепла, не трудно. Регулирова-
ние же непрерывной подачи электроэнергии для удовлетворения
Рис 143 Схема астатического регулирования электрических печей
/ — дроссель насыщения, 2 — термопара; 3 — нагревательные элементы печи,
4 — щиток реактора со щитком регулятора спереди, 5 — регулятор температуры,
6 — обычный пусковой трансформатор, 7 — реохорд с контактом, приводимым в
действие регулятором температуры
меняющейся потребности в тепле — нелегкая задача. Регулиро-
вание выполняется с помощью следующей схемы; нагреватель-
ные элементы и дроссель насыщения 1 соединяют последователь-
но, как показано на рис. 143.
Индуктивное сопротивление сравнительно мощного дросселя
ограничивает ток, протекающий в цепи нагревательных элемен-
тов печи. Если применить подмагничивающую обмотку постоян-
ного тока, то в зависимости от величины протекающего через
нее тока индуктивность дросселя изменяется. С увеличением
подмагничивающего тока индуктивное сопротивление дросселя
уменьшается, а напряжение на нагревателях возрастаег. Приме-
нение подобных регуляторов целесообразно для крупных печей,
так как с их помощью устраняются большие толчки тока в элек-
трических сетях.
Если небольшую печь оснастить высококачественным регу-
лятором температуры, то стоимость последнего может оказать-
ся (что часто и было) больше стоимости самой печи. По этой
причине для малых печей чаще применяют простые двухпозици- У
У автора—трансформатор, что не соответствует рис. 143 (Пер)
Регулирование температуры в печи
189
онные регуляторы. Через контактный пирометр, изображенный
на рис. 139, может протекать ток, достаточный для того, чтобы
привести в действие реле, которое в свою очередь воздействует
на выключатель соленоида или небольшого электродвигателя.
Контакты, изготовленные из нержавеющего металла, служат
достаточно долго. Регулирующий механизм с соленоидным при-
водом показан на рис. 144. Он состоит из топливного и воздуш-
ного клапанов, которые
соленоид при протекании
через него тока удержи-
вает открытыми, преодо- k
левая сопротивление про-
тиводействующих пружин.
Когда пирометр замыкает
контакт на стороне высо-
кой температуры (если
температура в печи превы-
шает задаптую), реле вы-
ключает ток к соленоиду,
и клапаны почти закрыва-
ются своими пружинами.
То же случается при ава-
рийном выключении элек-
трического тока. Если не
предусмотрены специаль-
ные запальники, не реко-
мендуется закрывать кла-
паны полностью, так как
впоследствии, при откры-
тии клапанов, факел мо-
Рис. 144 Простая аппаратура для регу-
лирования температуры печей, отапли-
ваемых мазутом:
/—винт для установки минимального расхода
воздуха; 2—винт для установки минимального
расхода мазута; 3 — мазутный фильтр
жет не воспламениться.
Поэтому при помоши спе-
циальных винтов, изобра-
женных на рис. 144 спра-
ва и слева, в регулирую-
щих клапанах устанавли-
вается минимальный расход топлива и воздуха. Соленоиды выби-
рают такой мощности, чтобы они были в состоянии надежно
управлять клапанами даже при снижении напряжения на 25%.
Этот способ регулирования температуры в печи пригоден при ис-
пользовании таких топлив, как мазут и любые очищенные газы.
В регуляторах с нажимающим рычагом, принцип устройства
которых был показан на рис. 140, часто для замыкания и размы-
кания электрических контактов используется наклон ртутного
выключателя (свинки). Этот выключатель состоит в основном из
горизонтальной герметической стеклянной трубки, в которую на-
190
Регулирование температуры в печи
лито немного ртути. В последнюю при определенном положении
трубки погружаются концы двух проводов. Простой измеритель-
ный и регулирующий прибор с ртутным выключателем изобра-
жен на рис. 145. Эксцентрик /, приводимый в движение синхрон-
ным двигателем, управляет нажимающим рычагом 2, на котором
укреплен щиток 7. В положении, показанном на рисунке, ртут-
ный выключатель замкнут, тепло подается в печь и температура
ее подымается. Щиток 7 перемещается вверх и вниз, изгибая
слабую пружину 3, которая практически не оказывает никакого
Рис. 145 Простая аппаратура для регулирования температуры
с использованием ртутного выключателя Применима для печей
малых и средних размеров
сопротивления до тех пор, пока игла гальванометра передвига-
ет колодку 5 под упором 4.
Когда палеи 6 не может подняться вверх, он поворачивает
щиток 7. вследствие чего палец 8 начинает скользить по левой
стороне подвижного коленчатого рычага 9. В нижней части хо-
да щиток 7 задевает палец 10 ртутного выключателя и, накло-
нив его, прерывает цепь тока.
При регулировании печи, отапливаемой неочищенным гене-
раторным газом, применяют такую же термопару, измеритель-
ный прибор и регулирующий клапан для воздуха, как и при сжи-
гании очищенного газа или мазута. Но газовый регулирующий
клапан должен быть приспособлен для неочищенного газа, со-
держащего пыль и смолу. Такой клапан показан на рис. 62
(гл. 11). Температуру регулируют и в печах, отапливаемых пыле-
Регулирование температуры в печи
191
угольным топливом. В этих установках регулирующий механизм
управляет производительностью питателя пыли путем изменения
его скорости вращения. При изменении тонкости помола, аэра-
ции и влажности пыли регулятор температуры работает, но
соотношение количеств топлива и воздуха меняется. Устройство
автоматического регулирования при сжигании угля на решетках
не так чувствительно, как при отоплении печи угольной пылью,
но и в этом случае температура печи может регулироваться
достаточно хорошо. Эта задача решается так же, как задача
регулирования давления пара в паровых котлах.
Число точек регулирования
При регулировании температуры печей возникают следую-
щие вопросы: сколько нужно установить пирометров и как они
должны быть соединены между собой, сколько горелок или на-
гревателей должно регулироваться? В большинстве случаев до-
статочно одной термопары при условии, что периодически будут
проводиться контрольные испытания для сравнения температуры
садки с температурой в месте установки постоянного пирометра.
В длинных туннельных обжиговых печах устанавливают по
ходу садки две или более термопары в томильной зоне, а также
на противоположной стороне печи. Все термопары соединяют
последовательно, в результате чего измеряется и регулируется
некоторая средняя температура. Такая установка вполне рабо-
тоспособна, но она нуждается в повышенном внимании, так как
надо наблюдать за большим числом термопар.
Многие крупные печи с вращающимся подом разделены на
зоны, те’мпература в каждой из них регулируется отдельно. Под-
вод тепла и длительность выдержки при определенной темпера-
туре зависят от металла или сплава, которые в этой зоне наг-
реваются. В каждой зоне установлен отдельный пирометр. Если
нагреваемый материал почти одинаков, то зоны ликвидируются
или их число ограничивается двумя камерами: одной—для бы-
строго нагрева, другой — для томления. В этом случае устанав-
ливают 2 пирометра. Такова же установка приборов и в обычных
методических печах, где принято деление на две зоны С точки
зрения автоматического регулирования предпочтительнее иметь
не меньше пяти зон. Однако ремонт печей с несколькими зона-
ми, особенно печей с вращающимся подом, усложняется, так
как перегородки между зонами необходимо часто ремонтиро-
вать. Поэтому печи с несколькими зонами для разных темпера
ТУР не следует делать круглыми
На рис. 146 схематично показана печь с многими точками
регулирования. Эта печь состоит из 13 последовательно соеди-
ненных цилиндрических печей, через которые проходит круглая
1£2
Регулирование температуры в печи
штанга или труба. Скорость перемещения штанги или трубы
должна быть такой, чтобы выдача нагретых заготовок из группы
печей соответствовала нормальному темпу работы прокатного
Рис. 146. Схема регулирования температуры цилиндриче-
ских печей, показанных на рис. 283:
/—электронные потенциометры для измерения температуры (реги-
стрирующие); 2—электронный регулятор предельно j температуры
печи (указывающий); 3 — фотоэлементы; 4—реле времени; 5—трех-
ходовые соленоидные клапаны на линиях сжатого воздуха системы,
регулирования; 6 — соленоидный воздушный продувочный клапан;
7~предохранительный газовый клапан с ручным возвратом в ис-
ходное положение, 8 — мембранный регулирующий клапан; 9 —
телескоп радиационного пирометра; 10 — газовая аварийная за-
движка, 11 — зонный регулятор давления газа, 12 — нулевой ре-
гулятор давления газа; 13 — труба; 14 — источник света; 15 —
печь № 1; 16 — печь № 2, I7 — регулятор соотношения газ — воз-
дух (регулятор горения); 18 — фильтр для воздуха
стана. Тринадцать печей сгруппировано в 6 зон — 5 зон по 2 пе-
чи й в последней зоне на стороне выдачи 3 печи. Установка
требует очень быстрого нагрева, вследствие чего температура
Регулирование температуры в печи
193
в отдельных печах, за исключением печей последней группы,
должна значительно превосходить температуру нагреваемого
металла. Конструкторы печи решили измерять температуру сад-
ки (на которой не успевает образоваться толстая окалина) и по
ее импульсам регулировать температуру в печи. Перед каждой
печью первой зоны устанавливается радиационный пирометр,
внутри которого располагается термоэлемент, состоящий из
большого числа последовательно соединенных термопар. Регу-
лирование осуществляется подачей пневматическим регулирую-
щим клапаном большего или меньшего количества воздуха в
каждую печь. Линзы радиационного пирометра следует содер-
жать в чистоте. Аналогичным оборудованием оснащены и осталь-
ные 5 зон печи.
Рис. 147. Меюдическая печь с четырьмя группами горелок, управляемых
автоматическими регуляторами температуры
Для обеспечения безопасности работы устанавливается до-
полнительная регулирующая аппаратура. Фотоэлементы снижа-
ют подачу топлива и воздуха в течение того времени, когда че-
рез печь не проходят нагреваемые изделия. В каждой зоне ус-
тановлен пирометр, подающий импульс для ограничения посту-
пления горючей смеси к печам этой зоны.
Эта система регулирования работает успешно, хотя некото-
рые инженеры считают, что печь перенасыщена приборами.
На рис. 146 показана сложная система регулирования темпе-
ратуры при ускоренном нагреве садки. Печи другого типа для
быстрого нагрева (рис. 147) также оснащаются сложной систе-
мой регулирования. Здесь в печи с толкателем нагреваются не-
большие заготовки для горячей штамповки. Для того чтобы
штамп был долговечнее, окалина должна быть очень тонкой или
вовсе отсутствовать. Данная печь в действительности состоит из
четырех отдельных камер, каждая из которых снабжена отдель-
ным регулятором температуры. В каждой камере установлено
Десять горелок, расположение которых показано на рис. 148.
представляющем собой поперечный разрез одной камеры. В слу-
13 В Тринкс. Промышленные печи
194
Регулирование температуры в печи
чае задержки в работе основного технологического оборудова-
ния, например механического молота, горелки отключаются и га-
зоход закрывается. После возобновления работы в первую оче-
редь пускают горелки на конце выдачи из печи. Если же оста-
новка оборудования затягивается, то после возобновления рабо-
ты вынутые из печи заготовки не пускают сразу под штамп, а
Рис. 148. Разрез печи, показанной на рис. 147:
/ — направляющие трубы; 2 — опорная кладка; 3 — ручной зонный ре-
гулирующий клапан; 4 — зонный газовый запорный клапан; 5 — главная
воздушная магистраль, 6 — ре-,улягср давления газа; 7 — главная га-
зовая магистраль; 8 — воздухопровод: 9 — газопровод; 10 — пропорнио-
нирующий смеситель газа н воздуха, If — глнссажньге трубы; 12 —заго-
товка
откладывают в сторону, охлаждают и снова направляют в печь
для нагрева.
Что касается числа горелок или нагревательных элементов,
регулирование которых должно осуществляться одним пиро-
метром, то об этом можно сделать следующие замечания. Наи-
более надежным является одновременное регулирование всех
горелок печи (или группы горелок, как это было описано в пре-
дыдущем параграфе). Для печей периодического действия это
Регулирование температуры в печи
195
положение обязательно, так как в противном случае те изделия,
которые оказались бы вблизи нерегулируемой горелки, могли
бы перегреваться. При помощи одного пирометра регулируются
также все горелки или электрические нагреватели в печах не-
прерывного действия, если печь не разделена на зоны. При на-
личии зон с помощью пирометра каждой зоны осуществляется
управление только этой зоной. Это не значит, что у всех горе-
лок одной зоны должен быть общий электрический или пневма-
тический привод. При помощи одного регулирующего пиромет-
ра можно управлять несколькими исполнительными механизма-
ми или пневматическими регулирующими клапанами, например
в длинной непрерывно действующей автоматизированной печи.
Программное регулирование
До сих пор рассматривалось только поддержание постоянной
температуры садки. После того как решена задача доведения
4
Рис. 149. Схема устройства для изменения температуры
печи с течением времени по заданному графику:
1 — реле «больше тепла», 2 — реле «меньше тепла», 3 — контакты,
-4 —стрелка пирометра. 5 —пружина, 6 — профилированный диск
(кулачок), перемещающий контактный рычаг, 7 — редуктор зуб-
чатой передачи для изменения скорости движения кулачка;
8 — электродвигатель
температуры поверхности садки до заданной величины и под-
держания ее постоянной, вторая задача — изменение темпера-
туры по заданному закону или циклу — уже не представляет
непреодолимых трудностей. Напомним, что при автоматическом
регулировании температуры во всех гальванометрах или потен-
циометрах имеется устройство для ручной установки заданной
температуры (заданное значение, контрольная точка), которую
13*
196
Регулирование температуры в печи
нужно получить и поддерживать постоянной. Для того чтобы
изменять температуру по времени в соответствии с заданным
графиком необходимо, чтобы кулачок с моторным или часовым
приводом и соответствующим редуктором скорости автоматичес-
ки перемещал контрольную стрелку согласно графику (рис. 149).
В этом приборе можно легко удлинить время цикла, изменяя
передаточное число редуктора, а также изменить соотношение
температур внутри цикла путем замены кулачка. Вместо пос-
леднего может быть установлен автоматический выключатель
с часовым механизмом, который через положенное время выклю-
чает подачу топлива и воздуха или электрической энергии, да-
вая, таким образом, возможность садке остыть.
Характеристика редуктора и форма кулачка не могут быть
выбраны случайно. Они должны соответствовать размерам и ма-
териалу нагреваемых изделий. Слитки некоторых сортов стали
в случае, если они поступают в печь холодными, должны сначала
нагреваться медленно и только после достижения определенной
температуры скорость нагрева может быть увеличена. Время,
необходимое для медленного разогрева, зависит от диаметра
слитков.
Заключение
В заключение необходимо сделать некоторые предупрежде-
ния. Конструкция пирометров и регулирующей аппаратуры дос-
тигла высокой степени совершенства, но это не гарантирует их
хорошей работы на конкретной печи. Как ранее уже было упо-
мянуто, причиной неудовлетворительной работы системы регу-
лирования может быть либо неправильный выбор места уста-
новки пирометра, либо слишком большая толщина защитной
трубы последнего. Может быть также неверно определено время
выдержки садки после достижения печью заданной температу-
ры. Показания прибора могут искажаться под влиянием непос-
редственного воздействия на него факела. Наконец, может быть
неправильно выбрана термопара, когда точка плавления ее основ-
ного металла слишком близка к температуре печи. Приходится
считаться с тем, что термопара может даже сгореть. Могут быть
и другие причины неудачной работы регулирования. В печах
для нагрева мелких изделий разных размеров, как правило, ав-
томатические регуляторы температуры не устанавливают. При
установке аппаратуры автоматического регулирования мнение
компетентных инженеров-печников — проектировщиков и экс-
плуатационников — имеет гораздо большее значение, чем людей,
заинтересованных лишь в сбыте приборов.
ГЛАВА IV
РЕГУЛИРОВАНИЕ ПЕЧНОЙ АТМОСФЕРЫ
Значение печной атмосферы
Хотя нагрев твердых тел в промышленных печах рассматри-
вается в основном как физический процесс, однако нельзя пре-
небрегать и химическими реакциями между садкой и окружаю-
щей средой. Как правило, химические реакции при повышенной
температуре протекают быстрее, чем при комнатной и, реак-
ции в печах не являются исключением из этого правила. Если
не учитывать взаимодействия между садкой и подом, остаются
реакции между садкой и окружающей средой, которая может
быть твердой, жидкой или газообразной. Газообразная среда
в печи называется печной атмосферой. Некоторые твердые ма-
териалы, в которые иногда погружается (упаковывается) сад-
ка, выделяют при высоких температурах газы, которые также
входят в состав атмосферы печи.
Характер химических реакций между садкой и атмосферой,
разумеется, меняется в зависимости не только от температуры,
но также и от химического состава садки и той атмосферы, кото-
рая преобладает в печи. Большей частью садка металлическая,
иногда керамическая. Изучение всех химических взаимодействий
между садкой и печной атмосферой относится к области метал-
лургического или керамического производства. Но для того что-
бы разобраться в том, каковы возможности автоматического
регулирования атмосферы и что его лимитирует, необходимо
рассмотреть некоторые основные положения химии.
Прежде чем заняться, однако, этими вопросами, следует на-
помнить, что в практике существует два типа печной атмосферы,
а именно: естественная, или атмосфера горения, и искусственно
созданная, или контролируемая, которая может быть газообраз-
ной или жидкой (если мы распространим и на последнюю поня-
тие «атмосферы»). Естественная атмосфера, или атмосфера го-
рения, содержит продукты более или менее полного сгорания, а
именно: N2, СО2, Н2О, СО, Н2, О2 и иногда SO2. Искусственные
атмосферы состоят главным образом из N2, СО, Н2.
При поддерживаемых в печи температурах кислород воздей-
ствует на обычные металлы, образуя на их поверхности окислы
или окалину. Окись углерода и водород восстанавливают ме-
талл из окислов. На этом основании уже давно появились и по-
198
Регулирование печной атмосферы
лучилн права гражданства термины «окислительная атмосфе-
ра», «восстановительная атмосфера». Оба они относятся к про-
дуктам сгорания. Предполагалось, что существует также не под-
дающаяся определению промежуточная, по-видимому, нейт-
ральная атмосфера.
Эти названия вошли во всеобщее употребление раньше, чем
были выполнены тщательные исследования о химическом взаи-
модействии между металлами и продуктами сгорания. Они упо-
требляются и в настоящее время, хотя теперь уже известно, что
нейтральной атмосферы в действительности нет и что в так на-
зываемых восстановительных атмосферах обычные металлы
Рис. 150. Влияние изменений температуры и ат-
мосферы на окалинообразование стали:
/ — воздух: 2 — углекислый газ; 3 — кислород, 4 — пар
окисляются. Из графика на рис. 150 следует, что не только кис-
лород, но и двуокись углерода, и водяной пар являются актив-
ными окислителями стали, по крайней мере при температурах,
преобладающих в печах. Ниже этот вопрос освещен детальнее.
Все обычные составляющие продуктов сгорания окисляют
сталь. Однако, с точки зрения количества и качества образую-
щейся при этом окалины, между ними существуют значительные
различия. В восстановительной атмосфере (при избытке топли-
ва) образуется меньше окалины, чем в окислительной (при из-
бытке воздуха), зато она более плотная и крепче пристает к
металлу. В окислительной атмосфере образуется больше окали-
ны, но она рыхлая и легче отделяется, за исключением тех слу-
чаев, когда сталь содержит легирующие элементы, например
никель. Даже при самой небольшой примеси никеля окалина по-
лучается твердой и прочно связывается с металлом.
Образование окалины в атмосфере газов, которые считались
нейтральными или восстановительными, по всей вероятности
объясняется неустойчивой местной диссоциацией. При любой
температуре некоторые молекулы газов движутся с повышенной
скоростью. При столкновениях с другими молекулами в микро-
Регулирование печной атмосферы
199
и 'ически малых объемах возникает значительно более высо-
кая температура, чем в среднем в печи. С повышением темпера-
туры все увеличивающееся число молекул СОг, Н2О и О2 вре-
менно распадается (диссоциирует). Если при этом нет элемента
с большим химическим сродством к кислороду, чем углерод или
водород, тогда происходит обратное соединение элементов в СО2
и Е2О. Иначе атомарный кислород соединяется с этим элемен-
том, например с металлом, а углерод и водород остаются в
свободном состоянии. Такой процесс происходит также на совре
менных электростанциях, где по стальным трубам проходит пе-
регретый пар. Окалина медленно образуется на внутренней по-
верхности труб, а следы свободного водорода обнаруживают на
конце паропровода, у турбины.
Если садка размещается в спокойной неподвижной части печ-
пй атмосферы и нагревается главным образом под действием
злучения, то окалинообразование в атмосфере продуктов сгора-
1ия значительно уменьшается. Условия, близкие к этому, созда-
йся в старых печах для нагрева листов, показанных в послед-
ней главе т. I. При прокатке листов в пакетах необходима тонкая
и плотно пристающая окалина. При отсутствии окалины листы
в пакете под действием огромного давления валков прокатного
стана свариваются. Если окалина будет толстой, то она не рас-
катается по всему листу. На нем между пятнами окалины оста-
нутся чистые места, по которым листы будут свариваться. Выше,
в гл. II, уже упоминалось о том, что окалинообразование умень-
шается, если дымовые газы проходят от горелок по печи с не-
большой скоростью, а также о том, что горелки низкого давления,
дающие такую скорость, мало распространены из-за своей доро-
говизны. Автор наблюдал образование окалины в одинаковых
печах, отапливаемых одним и тем же топливом, но оборудован-
ных разными горелками. В печах, оборудованных горелками,
характеризуемыми малыми выходными скоростями, образуется
мало окалины, и ее вид отличается от окалины в других печах.
При употреблении термина «восстановительная атмосфера»
возникает вопрос — может ли атмосфера, получаемая при сжи-
гании топлива с недостатком воздуха, действительно быть вос-
становительной? Опыт (подтвержденный теорией) показал, что
обычно это невозможно, так как при этом в печи должно быть
столько недогоревших водорода и окиси углерода, что без чрез-
мерного подогрева воздуха или подвода извне дополнительного
тепла нельзя получить в печи необходимой температуры нагре-
ва. С помощью теории термохимии, основанной на 'константах
равновесия, подтверждаются положения, полученные опытным
путем. Теория равновесных состояний рассматривает соотноше-
ния парциальных давлений отдельных газов в смеси последних.
В США мало владельцев печей, конструкторов и эксплуатацион-

Регулирование печной атмосферы
ников, склонных усваивать эту теорию. Поэтому она <в данной
работе не приводится. Интересующиеся могут обратиться к бо-
гатой литературе по физической химии вообще и, в частности, по
Рис. 151. Номограмма окисления и восста-
новления железа в зависимости от темпе-
СО	Но
ратуры и соотношения ~ и •	_
C>Og	HgO
(Температура указана в градусах Фаренгейт.)
восстановления, О — окисления. Эта
что при температуре около 1200° при
защитным атмосферам *.
Опубликовано -много
таблиц и номограмм,
разъясняющих физико-
химические соотношения
при взаимодействии ме-
таллов с газами. Пока-
занные ниже номограммы
разработаны Г. Нейман-
ном (Archiv fur Eisen-
hiittenwesen, Marz, 1941).
На рис. 151, представля-
ющем собой одну из этих
номограмм для железа, по
оси абсцисс отложено от-
h.,
ношение , а по оси
Н2О
со
ординат —------ . Эти от-
COg
ношения подсчитаны для
парциальных давлений га-
зов при различных темпе-
ратурах в печи. На на-
клонных линиях обозна-
чена температура. На ри-
сунке температура указа-
на в градусах стоградус-
ной шкалы. Жирной лини-
 ей на чертеже обозначена
линия равновесного состо-
яния процессов окисления
и восстановления железа.
Область В есть область
номограмма показывает,
отношении СО к СО2, рав-
1 См., напримеп A G Hotchkiss and Н М Weber «Protective Atmo-
spheres» pub’, by John We'ey & Sons, New York, 1953.
Имеется русский перевод этой книги. А Дж. Гочкисс и X. М. Вебер
«Защитные атмосферы», Машгиз, 1959. В советской литературе можно ука-
зать на книги: Шмыков А А. и Малышев Б. В «Контролируемые атмосферы
при термической обработке стали», Машгиз, 1953 и Шмыков А. А. «Справоч-
ник термиста», Машгиз, 1956. (Пер.).
Регулирование печной атмосферы
201
ном 3, и Н2 к Н2О, превышающем 1,2, окалины на стали не
образуется. Поскольку от сжигания топлива до СО получается
мало тепла, а несгоревший водород и вовсе не дает тепла, то
невозможно при вышеуказанных соотношениях достичь темпера-
туры 1200°, если не принять каких-либо специальных мер для
повышения температуры печи. Такими мерами могут быть сжи-
гание топлива в кислороде или дожигание его в регенераторах
пли рекуператорах, которые служат для подогрева воздуха, рас-
ходуемого иа горение или дожигание газов в особой камере,
из которой тепло передается в нагревательное пространство
через тонкую муфельную стенку. Номограмма на рис. 151
применима только для железа и стали. Разные металлы
имеют различное химическое сродство с кислородом. Чтобы
для других металлов получить номограмму, аналогичную
изображенной на рис. 151, надо ее продлить в направлении обеих
стрелок. Такое распространение номограммы на другие металлы
было выполнено тем же Нейманном (рис. 152). Номограмма да-
на в логарифмических координатах со следующими делениями:
1, 2, 5, 10, 20, 50, 100 н т. д. Более мелкие деления показаны на
вспомогательных шкалах. Между прочим, из рис. 152 видно,
что никель в так называемой окислительной атмосфере печи не
окисляется. Количество водорода может составлять не более 1 %
от количества водяного пара, а окиси углерода — всего 1 % от
количества углекислого газа, никель окисляться не будет. Кри-
вая равновесия марганца располагается вблизи противополож-
ного конца номограммы. При температурах, поддерживаемых в
печи, марганец будет окисляться даже в том случае, если атмос-
фера печи будет состоять из чистого водорода, окиси углерода и
инертного газа, например азота. Активность марганца при (высо-
ких температурах по отношению к кислороду используется для
восстановления стали в мартеновских печах. В атмосфере, со-
стоящей нз окиси углерода и инертного газа, марганец при тем-
пературах печи окисляется благодаря реакции 2СО — С + СО2.
Хотя окись углерода (СО) при повышенных температурах яв-
ляется весьма устойчивым соединением, указанное выше явление
временной и исчезающей диссоциации обусловливает и эту быст-
ро протекающую реакцию. Вновь возникающие молекулы угле-
кислого газа диссоциируют таким же способом, и марганец окис-
ляется временно освобождающимся кислородом. На рис. 152 при-
ведены также кривые равновесия других используемых в про-
мышленности металлов.
Автор не нашел таблиц, показывающих совместное воздей-
ствие на металлы кислорода и серы. Существует большое разли-
чие между действием кислорода и серы. Никель, сопротивляю-
щийся воздействию кислорода, активно соединяется с серой.
При нагреве стали приходится иметь дело не только с окис-
202
Регулирование печной атмосферы
лением. Происходят еще другие процессы — науглероживание и
обезуглероживание. Последнее иногда сокращенно называют
«декарб» (от слова декарбонизация). Науглероживание, обо-
значающее повышение содержания углерода в стали, практи-
куется для получения твердой поверхности на мягкой стали.
Рис. 152. Номограмма окисления и восстановления различных металлов
СО Н2
в зависимости от температуры и соотношений —— И ———
COS НаО
Обезуглероживание, т. е. снижение содержания углерода в ста-
ли, обычно считается вредным, поскольку поверхность стальных
изделий становится при этом мягкой. При высоких температу-
рах в атмосфере горения одновременно происходит и окисление,
и обезуглероживание. Чем выше температура, тем больше по
сравнению с железом химическое сродство углерода с кислоро-
дом. Если бы это было не так, то доменные печи не могли бы
работать.
Регулирование печной атмосферы
203
Нейманн (в указанной работе) приводит таблицу науглеро-
живания и обезуглероживания, на основе которой выполнена
номограмма, представленная на рис. 153. Координаты здесь от-
личаются от ранее принятых в номограммах по окислению и вос-
становлению. Верхняя правая часть на рис. 153 содержит се-
мейство кривых для сталей с разным содержанием углерода.
В направлении налево вверх от каждой кривой происходит обез-
Рис. 153. Номограмма науглероживания и обезуглероживания
стали в зависимости от температуры содержания углерода в сга-
,	,	„ (Нг)2	(СО)2
ли (в процентах) и соотношении -- и ----
СН4 СО2
углероживание, направо вниз — сталь науглероживается. Из но-
мограммы совершенно ясно видно влияние содержания углерода
и температуры в печи на процессы науглероживания и обезугле-
роживания стали.
Номограммы, изображенные на рис. 151, 152 и 153, построе-
ны на основе специальных экспериментов, в которых создава-
лись условия для получения равновесных состояний. Для дости-
жения такого состояния требуется длительное время, гораздо
больше, чем это допустимо в промышленной практике. По этой
причине кривые равновесия могут использоваться только для
общего руководства.
Изложенное приводит к следующим заключениям: большин-
ство металлов в естественной атмосфере печи окисляется. Сталь,
в особенности высокоуглеродистая, при повышенных темпера-
турах не только окисляется, но и обезуглероживается. Чтобы из-
204
Регулирование печной атмосферы
бежать этого, сталь должна нагреваться в специально создавае-
мой защитной атмосфере. То же, за исключением обезуглерожи
вания, относится и к большинству других используемых в про
мышленности металлов.
Регулирование естественной атмосферы печи (регулиривание
горения)
Поскольку большинство металлов в естественной атмосфере
горения все равно окисляется, возникает вопрос, зачем нужно
регулировать горение? На этот вопрос может быть несколько
ответов. Удельный расход топлива будет наименьшим, если под-
держивать соотношение топливо— воздух близким к теорети-
чески необходимому. В зависимости от величины этого соотно-
шения меняется и характер окалины. Надо при этом, однако,
подчеркнуть, что толщина окалины, или ее вес на единицу по-
верхности садки, больше зависит от температуры в печи и вре-
мени пребывания там садки, чем от состава дымовых газов. Мно-
гие руководители предприятий ошибаются, считая, что, сжигая
больше топлива (при недостатке воздуха), можно значительно
снизить образование окалины независимо от температуры и вре-
мени пребывания садки в печи.
Самый старый способ регулирования естественной атмосфе-
ры печи заключался в том, что нагревальщик управлял печью
на глаз (или иногда на основе случайного анализа продуктов
сгорания), не имея возможности пользоваться контрольно-из-
мерительными приборами и регуляторами. Ему при этом прихо-
дилось вручную искать нужное соотношение подачи воздуха и
топлива до тех пор, пока, по его мнению, внутри печи не созда-
вались нужные условия. При использовании некоторых видов
топлива с помощью современных горелок нагревальщик может
действительно получить вполне удовлетворительные результаты.
С топливом же, богатым водородом, и с горелками предвари-
тельного смешения правильная оценка работы печи только на
глаз невозможна, за исключением тех случаев, когда по техноло-
гическим условиям желательно, чтобы на садке после ее выдачи
из печи остался толстый слой окалины.
Автоматическое регулирование давления в промышленных
печах является первым необходимым этапом в развитии автома-
тического регулирования горения. Как указано в т. 1, во всех
металлонагревательных печах на уровне пода поддерживается
небольшое давление, обычно около 0,5—0,6 мм вод. ст. Даже
малое разрежение в нагревательной камере обусловливает под-
сос туда холодного воздуха, который охлаждает садку и увели-
чивает окисление. Установка автоматического регулирования
давления слишком дорога для небольших печей. В последних
Регулирование печной атмосферы
205
давление измеряется очень просто. При самом малом давлении
горячие газы выходят из маленького отверстия в дверцах печи
около пода. Часто эту струйку газа называют «змейкой». Ее
длина является мерой давления. Самая тонкая пыль, включая
дым от папиросы, направленная против этой струйки или по-
перек нее, увеличивает ее видимость. Крупные и важные для про-
изводства печи оборудуют специальной автоматической аппара-
турой, поддерживающей постоянное давление. Это устройство
описано в т. 1. Принципиально регулирование давления анало-
гично регулированию температуры с тем различием, что вместо
прибора, измеряющего температуру, ставится чувствительный ма-
нометр. Для измерения малых давлений применяют манометры
с колоколом, плавающим в масле (колокольные тягонапоромеры),
и мембраны. Небольшое смещение чувствительного органа в при-
боре усиливается с помощью электрического, гидравлического или
пневматического устройства.
Для автоматического регулирования горения, или что то же
самое, для регулирования естественной печной атмосферы, приме-
няется ряд способов. К ним относятся: 1) сблокирование меха-
низмов, регулирующих подачу воздуха и топлива; 2) регулирова-
ние подачи одного компонента топливновоздушной смеси в зави-
симости от расхода другого компонента; 3) регулирование в за-
висимости от химического состава дымовых газов, т. е. по газо-
анализатору.
Точное регулирование горения наиболее легко достигается при
использовании очищенного газообразного топлива. Пропорцио-
нировдть с воздухом неочищенный газ или жидкое топливо труд-
нее. При сжш ании твердого топлива точность автоматического
регулирования наименьшая. Как правило, исключительная точ-
ность регулирования и не нужна, поскольку небольшой избыток
или недостаток воздуха мало влияет на расход топлива и на
окисление садки. Регулирование горения обозначает поддержание
постоянным заданного соотношения количеств топлива и воздуха
при любой нагрузке печи. Что же касается атмосферы, то она,
если горение не заканчивается в горелочном туннеле, не остается
постоянной, а меняется по всему пути пламени в печи.
Регулирование горения при помощи сблокированных клапанов
Сблокированные клапаны показаны на рис. 154 и 155. Клапа-
ны, изображенные на рис. 154, изготовлены кустарным способом
и не обеспечивают заданного соотношения топливо — воздух при
любой нагрузке печи или при изменении вида топлива. На рис. 155
показаны специальные клапаны промышленного изготовления,
обеспечивающие заданную пропорцию топливо — воздух при со-
блюдении следующих предварительных условий: 1) поддержи-
вход газа
Рис. 154. Сблокированные между собой
воздушный и газовый клапаны с регу-
лировкой соотношения воздуха и газа
/ — газовый клапан; 2 — воздушный клапан
Рис. J55. Коаксиальные проттор-
ционирующие клапаны для топли-
ва и воздуха:
/ — соединительные рычаги; 2 —
винт, регулирующий величину от-
верстия для воздуха; 3 — регулирую
щий сервомотор: 4 — воздушный
клапан; 5 — топливный клапан
Регулирование печной атмосферы
207
вается постоянное давление топлива перед клапаном, регулирую-
щим расход топлива; 2) то же, >в отношении воздуха; 3) под-
держивается постоянная температура топлива и воздуха, что наи-
более важно для жидкого топлива. Влажность воздуха и газооб-
разного топлива имеет меньшее значение. Изменение теплотвор-
ности топлива оказывает значительно большее влияние, но обыч-
но таких изменений не встречается. Конструкция клапанов, по-
казанных на рис. 155, основана на строгой пропорциональности
их площади открытия при повороте клапанов. Величина откры-
тия клапана регулируется также по длине в зависимости от рода
топлива. Для жидкого топлива применяются клапаны малого
диаметра. Аппаратура для поддержания постоянного давления пе-
ред регулирующими клапанами хорошо известна и не нуждается
в описании.
Пройдя сблокированные регулирующие клапаны, топливо' и
воздух поступают к горелкам по отдельным трубопроводам, диа-
метр которых делается достаточно большим, чтобы они не пред-
ставляли существенного сопротивления. Когда в качестве топли-
ва применяется очищенный газ, его можно смешивать с воздухом
немедленно за пропорционирующим клапаном. В этом случае
давление газа должно быть достаточным, чтобы не произошло
обратного удара пламени. Наиболее правильно подавать газ и
воздух к сблокированным клапанам под атмосферным давлением,
а затем повышать давление смеси при помощи компрессора. При-
меняют обычно поршневой многоступенчатый компрессор, но
можно использовать и центробежный вентилятор.
Хотя оборудование для пропорционального смешения не вхо-
дит в состав печи, краткое описание его все же полезно, тем бо-
лее, что будет рассмотрена новая конструкция, которая изобра-
жена на рис. 156. Здесь топливо входит через регулятор, часто на-
зываемый нулевым, и проходит дальше через камеру С. Воздух
поступает через частую сетку, действующую как фильтр, и сле-
дует далее через камеру В. Камеры С нВ разделены между собой
центральной перегородкой, установленной перпендикулярно пло-
скости чертежа. Пространство А соединяется со всасом вентиля-
тора смеси. Воздушный фильтр оказывает сопротивление потоку
воздуха, которое со временем при накоплении пыли на сетке
увеличивается. Уравнительный трубопровод между воздушным
фильтром и регулятором газа обусловливает равенство давлений
У входа в смеситель. Между обеими камерами В и С и простран-
ством А поддерживается постоянный перепад давления при по-
мощи мембраны у дна пропорцнонирующего смесителя. Поэтому
подача из камер В и С в пространство А пропорциональна сво-
бодным объемам в отдельных камерах. Регулирование соотноше-
ния газ — воздух осуществляется перемещением подвижной муф-
ты D 'при помощи червяка, показанного наверху чертежа. Неза-
208
Регулирование печной атмосферы
висимо от числа работающих горелок при помощи компрессора
между пропорционирующим смесителем и печью создается задан-
ное постоянное давление. Можно сконструировать центробежный
дутьевой вентилятор, который поддерживал бы почти постоян-
Рис 156. Пропорционирующий смеситель с регулятором давления газа
и воздушным фильтром:
1 — вмиг, регулирующий соотношение гач — воздух, 2 — крышка регулирующего
впита, 3 — подвод воздуха, 4 — воздушный фильтр, 5 — смеситель 6 —
герметическая голзвка, 7 — пружина, 8 — 1аика, регулирующая натяжение пру-
жины, 9 — уравнительная газовая линия, 10 — главная мембрана регулятора,
11 - вспомогательная мембрана регулятора, 12 — подвод газа, 13 — всасываю
щая воздушная уравнительная линия. 14 — измерительная трубка, 15 — крыш
ка, закрывающая отверстие для чистки регулятора, 16 — клапан регулятора
ное давление смеси газа с воздухом независимо от про-
изводительности печи. Поршневые компрессоры подают за
один оборот двигателя постоянный объем нагнетаемой среды.
Давление последней поддерживается постоянным благодаря ре-
гулированию числа оборотов двигателя или при помощи регули-
руемого байпаса. Если компрессор приводится электродвигате-
лем переменного тока, то регулирование его старости (числа обо-
ротов) сложно и дорого. Поэтому всегда предпочитают регулиро-
вание с помощью байпаса. Смесь, проходящая по байпасу, нагре-
Регулирование печной атмосферы
209
вается, в особенности, когда через него проходит большая часть
расходуемого вещества. Компрессор должен быть поэтому скон-
струирован так, чтобы в нем не могло появиться искры.
В пояснениях к рис. 155 и 156 подчеркивалась симметрия
в конструкции. Сблокированные, но несимметричные клапаны по-
казаны на рис. 157. Исходя из того, что было изложено о регули-
и воздуха
Рис 157 Несимметричный смеситель воздуха с газом
/ — электродвигатель, 2 — смешивающий вентилятор, 3 —
игла, регулирующая открытие газопровода; 4 — пропорцио
пирующий клапан, 5 — воздушная заслонка
ровании горения в промышленных печах, можно заключить, что
эта конструкция удовлетворительна. Однако с помощью такого
устройства нельзя поддерживать постоянство соотношения газ —
воздух.
Регулирование горения достигается также с помощью зубча-
той передачи между отдельно расположенными нагнетателями
топлива и воздуха. Изменение соотношения топливо—воздух
достигается изменением передаточного числа. Если топливом слу-
жит нефть или смола, то устанавливают винтовой или ротацион-
ный шестеренчатый насос.
Регулирование горения на основе газового анализа
Газоанализаторы служат для определения содержания в ды-
мовых газах углекислоты или кислорода. Измерительные при-
боры применяют также для измерения удельного веса или теп-
лопроводности дымовых газов. Для регулирования горения в
металлонагревательных печах ни один из этих приборов не полу-
14 В Тринкс Промышленные печи
210
Регулирование печной атмосферы
чил распространения *. Газовый анализ используется для регу-
лирования горения в мартеновских печах. Причиной этого явля-
ются неплотности в конструкциях на пути воздуха в этих печах.
С течением времени неплотности увеличиваются. Через неплот-
ности входит в печь все больше воздуха и постоянство соотноше-
ния топливо — воздух не удается поддерживать другим путем.
Фактическое соотношение отличается от того, которое показыва-
ют приборы, измеряющие расход газа и воздуха.
Система регулирования горения, в которой расход
одного компонента обусловливает расход другого компонента
В гл. II были описаны инжекторы и пропорционирующие сме-
сители. Здесь будет разобран вопрос, насколько точно инжекти-
рующий смеситель может при изменяющихся условиях поддер-
живать заданное соотношение газ — воздух. Ответ на этот вопрос
дает табл. 12, составленная на основе производственного опыта и
Таблица 12
Давление, мм вод. ст.		Расход газа м*/час	Состав дымовых газов, %		
воздуха	смесн		со.	О,	СО
	Инжекторы низкого давления				
703	152	20,4	11,8	0,0	0,0
549	119	18,0	11.4	0,2	0,0
387	94	16,0	И.4	0,1	0,0
246	53	12,0	11,4	0,2	0.0
204	43	11,0	11,5	0,1	0,0
84	20	7,3	11,3	0,1	0,0
70	15	6,5	и,о	0,0	0,0
Инжекторы высокого давления
6600	112	13,6	10,6	0,1	0,0
5230	92	12,4	10,7	0,0	0,0
4140	71	10,6	10,7	0,1	0,0
2910	58	9,4	10,6	0,0	0,1
2040	34	7,2	10,5	0,0	0,2
787	13	4,7	10,5	0,0	0,2
опубликованная обществом Surface Combustion Corporation (по-
верхностного горения). Постоянство соотношения газ — воздух
подтверждается неизменным составом дымовых газов. Инжекто-
1 В настоящее время в США для регулирования горения в промышлен-
ных печах, в том числе и в нагревательных, получают большое распростране-
ние кислородомеры. (Пер.).
Регулирование печной атмосферы
211
ры высокого давления показаны на рис. 52, 53 и 58, а инжекторы
низкого давления — на рис. 66 и 67.
Инжекторы представляют собой струйные насосы и к ним при-
ложима теория таких насосов. Простейшим струнным насосом мы
называем такой, в котором давления протекающей среды на вхо-
де и на выходе равны и где нет трения между этой средой и стен-
ками насоса. Другими словами, давление на конце трубы Венту-
ри или диффузора равно давлению на входе в смеситель, и тре-
ние в цилиндрической или почти цилиндрической трубе смесителя
или в диффузоре, ведущем к выходу из смесителя, отсутствует,
к этому случаю приложимо уравнение количества движения,
приведенное на стр. 87.
Однако на основании уравнения количества движения нельзя
определить оптимальные диаметры и длину цилиндрической ча-
сти смесителя (камеры смешения) и диффузора. Когда инжектор
предназначен только для смешивания и других требований не
ставится, диаметр цилиндрической части смесителя выбирают с
большим запасом. Если труба велика для заданного расхода, то
скорость протекающей среды будет мала и давление инжектирую-
щей среды должно быть невелико. Хотя это обстоятельство яв-
ляется положительным, однако при определении размеров ин-
жектора приходится считаться и с другими соображениями. Дли-
ну цилидрической части принимают обычно равной 6—8 ее диа-
метрам, а угол раскрытия диффузора за этой частью равен 7°.
При выборе низкого давления инжектирующей среды инжектор и
трубопроводы получаются слишком громоздкими и дорогими.
В то же время скорость газовоздушной смеси у горелки (или го-
релок) должна быть достаточно высокой, чтобы не мог произой-
ти проскок пламени даже при минимальной нагрузке печи.
Размеры промышленных инжекторов в США часто определя-
ются конкуренцией поставщиков. Эти размеры устанавливаются
на основе компромисса между противоречивыми тенденциями —
стоимостью оборудования и эксплуатационными расходами.
При изготовлении инжекторов надо учитывать несколько мо-
ментов. Инжектирующая струя высокого давления должна рас-
полагаться коаксиально с цилиндрической частью смесителя
Важно также расстояние от сопла до этой части. Внутренняя
поверхность смесителя должна быть совершенно гладкой.
Простое уравнение количества движения неприменимо для
расчета, если давление на выходном конце смесителя выше дав-
ления на его входе. Это наблюдается во всех инжекторах, пред-
назначенных для подачи смеси к нескольким горелкам. В этом
случае для преодоления перепада давлений в инжекторе и ком-
пенсации потерь в трубопроводах необходимо повышенное дав-
ление газа. Воздушные заслонки в отдельных инжекционных го-
релках должны прежде всего закрыть доступ воздуха через го-
14*
Рис. 158. Схема установки пропорционирующего смесителя, нулево-
го регулятора газа, трубопроводов и горелки:
1 — набойка из огнеупорной массы; 2 — огнеупорный материал; 3 — го
редка; 4 ~~ водяной манометр; 5 — трубопровод; 6 — регулятор нулевого
давления газа; / — отверстие для сообщения с атмосферой; 8. 10 —
крышки мгмбг-аны регулятора; 9 — кожаная мембрана; //—корпус ре-
гулятора; /2 — клапан регулятора; 13 — металлический диск на мембра-
не; 14 — шток клапана регулятора; /5 — газовый вентиль; 16 — установка
соотношения; 17 — корпус инжектора; 18 — горловина инжектора; 19 —
воздушный вентиль
Регулирование печной атмосферы
213
редки, когда печь останавливается на ночь. Иногда эти заслонки
используют и для регулирования соотношения газ — воздух.
Как уже было указано в гл. II, смесители, в которых газ ин-
жектируется воздухом, называются пропорционирующими. Их
никогда не ставят для одной горелки, так как для каждого смеси-
теля требуется регулятор давления, снижающий давление газа
до атмосферного (так называемый нуль-регулятор). На рис. 158
показан комплект оборудования, состоящий из смесителя, нуле-
вого регулятора, трубопроводов и горелки. Конструкция смесите-
лей или горелок может меняться, но общая компоновка оборудо-
вания остается той же. Считается, что пропорционируюший
смеситель менее точно поддерживает постоянство соотношения
газ — воздух, чем инжектор высокого давления. Однако из
табл. 12 следует, что по крайней мере в лабораторных условиях
соотношение может поддерживаться постоянным и при помощи
смесителя. Во всех пропорционирующих смесителях можно регу-
лировать соотношение газ—воздух либо изменением сечения
канала между нулевым регулятором и горловиной трубы Вентури,
как показано на рис. 66 и 67, либо изменением сечения горлови-
ны трубы Вентури. Последнее видно на рис. 159. Чем больше
диаметр вставляемого в трубу Вентури стержня, тем больше раз-
режение, вследствие которого горючий газ засасывается в горло-
вину. Все эти устройства используют для регулирования в рабо-
чих условиях. Регулирующие приспособления включаются в кон-
струкцию самого смесителя, поскольку характеристика трубопро-
водов между смесителем и горелками изготовителям смесителей
неизвестна. Конструкция некоторых из этих регулирующих уст-
ройств такова, что смесители не могут поддерживать постоянство
соотношения топливо—воздух при всех расходах. Однако не-
большие отклонения от правильного соотношения, как это уже
было ранее указано, не приносят вреда при эксплуатации про-
мышленных печей. Если заданная пропорциональность обяза-
тельна при всех расходах топлива, то для ее поддержания су-
ществует ряд приборов, один из которых показан на рис. 160. Ко-
со срезанная трубка вставляется в диффузор. В зависимости от
того, насколько повернута эта трубка, давление на мембрану ре-
гулятора расхода газа увеличивается или уменьшается. Важно
правильно установить регулирующую трубку вдоль оси диффу-
зора. Ее расположение определяют опытным путем в процессе
эксплуатации.
Регулирование соотношения, при котором расход одного ком-
понента горючей смеси контролирует расход другого компонента,
осуществляется при помощи схемы, которая сильно отличается
от только что рассмотренной. Это видно из рис. 161. Схема осно-
вана на явлении перепада давления при движении потока через
отверстие. Перепад давления практически пропорционален квад-
214
Регулирование печной атмосферы
рату скорости потока. При этом предполагается, что вязкость
текущей среды незначительна. В устройстве, показанном па
рис. 161, воздух протекает по одному трубопроводу слева, а газ
по другому — справа. В каждый трубопровод вставлены диа-
фрагмы. Вследствие перепада давлений на каждой диафрагме
Рис. 159. Пропоршюнирующий смеситель, служа-
щий для поддержания постоянного соотношения
топливо—воздух при всех расходах
гармониковые мембраны (или погруженные в масло колокола ма-
нометров, присоединенные к диафрагме) перемещаются. При
этом на концах оси, соединяющей обе гармониковые мембраны
возникают усилия, направленные в противоположные стороны.
Отверстия диафрагм рассчитывают таким образом, чтобы при
заданном соотношении газ — воздух усилия на соединительной
оси мембран уравновешивались. Если расход воздуха по отно-
шению к расходу газа будет слишком велик или слишком мал.
то равновесие нарушится и реле начнет действовать. Из рис. 161
£вод газа
Рис 160 Пропорцио-нирующий смеситель инжекторного
типа:
I — печь; 2 — регулирующий поворотный штуцер. 3 — резиио
вая мембрана
Рис 161 Схема измерения соотношения, основанная
на равенстве перепадов давления на измерительных
диафрагмах
1 — электродвигатель, 2 — дроссельный клапан, 3 —
реле, 4 — контакты, 5 — диафрагма
216
Регулирование печной атмосферы
видно, что контакт может замыкаться на одной или на другой
стороне чувствительного электрического выключателя. С помо-
щью электрического реле определяется направление вращения
электродвигателя, который поворачивает мотыльковую заслонку
на воздухопроводе таким образом, чтобы восстановилось задан-
ное соотношение. Различные части схемы настолько хорошо вид-
ны на рисунке, что дальнейшие пояснения излишни. Изменение
заданного соотношения достигается изменением размеров одной
или обеих измерительных диафрагм. Если необходимо менять за-
дание в процессе работы, одна из измерительных диафрагм может
быть выполнена с регулируемым отверстием, например при по-
мощи ползуна, управляемого извне.
На рис. 161 показана только принципиальная схема. Фактиче-
ски работающая аппаратура выглядит совсем не так. Схема ре-
гулирования, изображенная на рис. 161, не может обеспечить
устойчивой работы, она будет возбуждать незатухающие коле-
бания между крайними значениями расхода топлива — макси-
мальным и минимальным. Эти колебания могут быть устранены
с помощью устройств, которые были описаны в предыдущей главе.
Часто устанавливают вместо гармониковых мембран плоские
мембраны или колокола, погруженные в масло. Обычно исполь-
зуют и электрические потенциометры с электронными усилите-
лями. Рабочим телом, используемым для управления клапа-
нами, служит сжатый воздух или масло. Если горючий газ
загрязнен, то необходимо предусмотреть приспособления для пе-
риодической чистки газовой диафрагмы, так как вследствие за-
грязнения трубы перед отверстием меняется коэффициент рас-
хода. Иногда вместо диафрагм устанавливают трубы Вентури.
В схеме, изображенной на рис. 161, диафрагма на газопро-
воде может быть заменена клапаном, степень открытия которого
регулируется в зависимости от перепада давления на диафрагме
в воздухопроводе. Обычно так поступают, если в качестве топ-
лива используют мазут. Во многих нефтяных форсунках (см.
гл. II) регулятор соотношения встроен в форсунку. Для крупных
же и важных для производства печей применяют схему, рассмот-
ренную в начале этого параграфа. Регулирующий клапан регу-
лятора температуры в печи определяет давление воздуха перед
форсунками. Это давление воздействует на мембрану, штоком ко-
торой регулируется открытие клапана на нефтепроводе к печи.
Такая схема показана на рис. 162. Давление регулирующего воз-
духа на участке между регулятором температуры печн и форсун-
ками передается верхней поверхности мембраны через импульс-
ную линию, присоединение которой видно на рис 162 слева.
Давление нефти, прошедшей через клапан под штоком воз-
душной мембраны, передается вверх и воздействует на нефтя-
ную мембрану, которая стремится закрыть нефтяной вентиль.
Регулирование печной атмосферы
217
Относительными размерами мембран определяются и соотноше-
ния давлений нефти и воздуха. Относительными размерами от-
верстий для нефти и воздуха у форсунок устанавливается соот-
Рис 162 Регулятор соотношения расходов мазута
и воздуха-
1 — гильза для пружины, 2 — запирающая гайка, 3 — на-
тяжная пружина, 4 — нажимная пружина, 5 — воздушный
манометр б — место присоединения импульсной линии, 7 —
воздушная мембрана. 8 — выпускное отверстие. 9 — проме-
жуточный (распорный) патрубок, 10 — нефтяная мембрана,
// — шток мембраны, 12 — конус клапана, 13 — манометр на
входе мазута, 14 — седло клапана, 15 — манометр на выходе
мазута, 16 — отверстие для чистки илн для байпаса. 17 —
термометр для мазута
ношение топливо — воздух. Как видно из рисунка, для нефти пре-
дусмотрены необходимые манометры и термометр. Перед регу-
лятором соотношения должен устанавливаться фильтр для очи-
стки мазута.
Если топливом служит смола, соотношение топливо — воздух
может поддерживаться постоянным путем регулирования произ-
218
Регулирование печной атмосферы
водительности смоляного насоса (винтового или шестеренчато-
го) в зависимости от расхода воздуха. Для печей средней мощ-
ности трудно найти насос необходимой малой производительно-
сти. Производительность винтового или зубчатого насоса про-
порциональна его числу оборотов. Количество воздуха, проходя-
щего через отверстие диафрагмы, пропорционально корню квад-
ратному из величины перепада давления воздуха при его про-
ходе через это отверстие. Эти соображения кладутся в основу
расчета схемы, в которой в зависимости от расхода воздуха при
его движении через отверстие диафрагмы регулируется произво-
дительность топливного насоса.
Принципиальная схема, показанная на рис. 161, и аналогич-
ные ей широко распространены для регулирования горения газо-
образных и жидких топлив. Почти все крупные и важные для
производства печи снабжены построенными по принципу этих
схем щитами, оборудованными контрольно-измерительными и
регулирующими приборами.
До сих пор не затрагивался вопрос, имеется ли различие с
точки зрения регулирования атмосферы между печами с одной
и со многими горелками. Число горелок не имеет значения в том
случае, когда хорошо подготовленная горючая смесь подводится
к каждой горелке из одной общей магистрали. Когда же при-
меняют смесители с ручным регулированием или двухприводную
систему труб, то при регулировании горения в установках с дву-
мя или несколькими горелками возникают трудности. Даже в том
случае, когда состав уходящих из печи дымовых газов надлежа-
щий (кислород практически отсутствует и очень мал недожог
топлива), нет гарантии, что у одних горелок атмосфера не будет
сильно окислительной в виду воздействия на нее восстанови-
тельной атмосферы от других горелок.
Когда соотношение расходов топлива и воздуха регулирует-
ся перед печью и соотношение сечений отверстий в горелках для
топлива и воздуха постоянно независимо от нагрузки печи, ре-
гулирование горения будет совершенным даже в том случае,
когда производительность горелок несколько различна. Однако
иногда условия таковы, что автоматическое регулирование иск-
лючительно трудно, если не совсем невозможно. Это положение
иллюстрируется на рис. 163.
На этом рисунке изображена печь, предназначенная для на-
грева длинных заготовок. В ряд расположено большое число го-
релок. Печь отапливается горячим генераторным газом, химиче-
ский состав которого зависит от соотношения количеств воздуха
и пара, которые вдувают в газогенератор. Это соотношение можно
регулировать с достаточной точностью, регулирование же соот-
ношения расходов топлива и воздуха в печи по ряду причин за-
труднительно. Атмосфера в печи регулируется сварщиком вруч-
Регулирование печной атмосферы
219
ную. Воздух, нагретый в обычно неплотном рекуператоре, подво-
дится к горелке также по неплотному кирпичному воздухопро-
воду Нагретая заготовка длиной 15 м медленно перемептя ется
Рис. 163. Методическая печь для нагрева длинных заготовок
1 — лаз с неплотной кладкой; 2 — водоохлаждаемые трубы
из печи в первую клеть прокатного стана. Задний конец заготов-
ки находится в наиболее горячей части печи дольше, чем перед-
ний конец. Между тем требуется избегать местного перегрева
заготовки, иначе последует незаполнение или переполнение ка-
220
Регулирование печной атмосферы
либров в валках прокатного стана. Сварщик снижает темпера-
туру заднего конца заготовки, прикрывая горизонтальную водо-
охлаждаемую задвижку, которая установлена на каждой горелке.
Поскольку же нагревальщик весьма мало может влиять на по-
дачу и распределение нагретого воздуха, то при нагреве заго-
товки соотношение расходов топлива и воздуха по всей ее длине
не остается постоянным. На обязанности сварщика лежит наблю-
дение за выходом заготовок из печи. По изменению цвета по
длине заютовки можно определить необходимость увеличения
или уменьшения подачи топлива, а распределение окалины по
заготовке указывает на то, как нужно изменить подачу воздуха
и соотношение расходов топлива и воздуха. Благодаря примене-
нию для неочищенного генераторного газа современных усовер-
шенствованных горелок, показанных на рис. 60 и 62, трудности
уменьшаются, но полностью не устраняются.
Эти трудности могут быть преодолены, если сжигать очищен-
ный газ с холодным или нагретым воздухом. При использовании
нагретого воздуха, если его температура может поддерживаться
постоянной независимо от нагрузки печи, способы сжигания газа
не отличаются от случая сжигания его с холодным воздухом. Сле-
дует, однако, иметь в виду, что нагретую горючую смесь нельзя
транспортировать по трубам, так как при этом значительно по-
вышается опасность воспламенения и взрыва смеси. Постоянство
температуры нагретого воздуха, подаваемого из регенератора или
рекуператора, можно поддерживать только при автоматическом
регулировании. Конструкторы неохотно предусматривают соот-
ветствующую аппаратуру для печей малой и средней мощности,
но всегда устанавливают ее на крупных и ответственных печах.
Для таких печей стоимость автоматики представляет только не-
большую часть общей стоимости печи, а персонал, обслуживаю-
щий приборы, во всех случаях нужен. Если установленные метал-
лические рекуператоры абсолютно плотны, то расход воздуха для
пропорционирования можно измерять до входа воздуха в реку-
ператор. Применение подогретого воздуха не вызывает никаких
новых трудностей, за исключением необходимости предотвратить
возросшую опасность проскока пламени
Регулирование горения твердого топлива
При сжигании твердого топлива поддерживать постоянство
соотношения расходов топлива и воздуха не легко. Наиболее труд-
но выполнение этой задачи при сжигании угля на колосниковой
решетке. Хорошо известно, что при прохождении воздуха через
слой топлива из углерода сперва образуется углекислота СО2, а
в верхних частях слоя топлива часть углекислоты восстанавли-
Регулирование печной атмосферы
221
вается до СО *. Поэтому уходящие из слоя газы содержат значи-
тельное количество горючих веществ и образуют так называе-
мую восстановительную атмосферу. Для регулирования соста-
ва атмосферы горения в печи необходимо изменять расход
как первичного воздуха, подаваемого под решетку, так и вторич-
ного, вдуваемого в печь над слоем топлива. Расход воздуха дол-
жен меняться в зависимости от размера кусков и качества угля,
от толщины слоя топлива, от количества золы и шлака на решет-
ке. Ввиду этого автоматическое регулирование горения очень
трудно, хотя и возможно. Положительные результаты для
регулирования горения дает установка газоанализатора на содер-
жание СО2, забирающего газы вблизи топочного окна.
Надо, однако, упомянуть, что в прошлом квалифицированные
кочегары достигали вручную прекрасных результатов.
Сходные условия сжигания наблюдаются в печах со стокер-
ными топками. В таких топках обычно используют уголь худших
сортов: мелочь или несортированный. Значительный объем воз-
духа приходится подавать через отверстия над слоем, так как
через слой такого угля не может пройти количество воздуха, до-
статочное для сжигания всех образующихся над слоем горючих
газов. Чтобы автоматически регулировать горение в печи со сто-
керной топкой, нужно механически соединить между собой уст-
ройства, изменяющие подачу топлива и воздуха как под решетку,
так и над ней и тщательно их регулировать. Если подача всех
компонентов в печь будет несогласована, то слой топлива станет
слишком толстым или очень тонким. В последнем случае при
горении угля на решетке могут образоваться прогары. Вследствие
меняющегося содержания золы в угле и зашлаковывания решет-
ки невозможно автоматически поддерживать заданную атмосфе-
ру в печи в течение длительного времени. Время от времени ко-
чегар должен проверять толщину слоя топлива, чтобы она отве-
чала заданию. Так как без кочегара все равно обойтись нельзя
и он часто должен проверять слой топлива, то лишь в немногих
местах испробованы механические решетки с автоматическим ре-
гулированием горения. Как уже упоминалось выше, автомати-
ческое регулирование можно осуществить при помощи газоана-
лизаторов на СО2, СО и О2, дающих импульс на изменение
расхода вторичного воздуха. Хорошо работает автоматическое
регулирование горения в крупных паровых котлах со стокерами.
Такие установки для промышленных печей средней мощности,
однако, чересчур дороги.
1 Автор придерживается устарелой концепции В настоящее время твердо
установлено совместное образование СО2 и СО в самой нижней части слоя
горящего топлива, хотя и с различной скоростью. Подробное изложение этого
вопроса см. А. С. Предводителев, Л. Н Хитрин, С А Цуханова, X. И. Ко-
лодцев, М. К. Гродзовский. Горение углерода, 1949. (Ред.).
222
Регулирование печной атмосферы
Точное регулирование горения в печах с пылеугольным отоп-
лением легче, чем в печах, в которых сжигается кусковое топливо
на решетках. Это объясняется тем, что при постоянных тонкости
помола, влажности и аэрации пыли расход последней может быть
достаточно точно измерен. Вес пыли, расходуемой в единицу вре-
мени, пропорционален числу оборотов питателя; вес воздуха, под-
веденного к печи за то же время, пропорционален корню квад-
ратному от величины перепада давления на измерительной диа-
фрагме.
Регулирование искусственных атмосфер
Под искусственной атмосферой металлурги подразумевают
приготовленный вне печи холодный газ определенного постоян-
ного состава, который подается в нагревательную камеру печи
Большинство искусственных атмосфер приготовляют в настоящее
время в специальных газогенераторах и перед нагревательной ка-
мерой пропускают через газоочистку. В большинстве таких гене-
раторов частично сжигают горючий газ. Регулирование
искусственной атмосферы в принципе состоит
в поддержании постоянства соотношения рас-
ходов топлива и воздуха, поступающих в гене-
ратор, и в удалении из дымовых газов Н2О и СО2.
Генераторы искусственной атмосферы не входят в состав печи,
так же как газогенераторы, коксовые печи, нефтеочистители, по-
догреватели мазута, угольные мельницы и прочее вспомогатель-
ное оборудование. Описание генераторов искусственной атмосфе-
ры не является предметом рассмотрения данной книги. Однако
использование и эффективность защитных атмосфер должны быть
здесь рассмотрены.
Известно много защитных атмосфер различного состава. До-
вольно полная таблица, включающая 33 атмосферы разного со-
става, опубликована в приложении к журналу «Metall Progress»
VIII, 1947, р. 256 В. Для практических целей можно удовольст-
воваться гораздо меньшим числом разных атмосфер. Перечень
типовых атмосфер дан в табл. 13, представляющей извлечение из
материалов, изданных обществом «Surface Combustion Corpora-
tion» (поверхностного горения). Защитные газы, за исключением
помещенного в таблице под № 6, получаются при неполном сго-
рании природного газа с последующим более или менее полным
удалением из него СО2 и Н2О. Для науглероживания мягкой ста-
ли к некоторым атмосферам прибавляют небольшой процент ме-
тана СН4. Атмосфера № 6 представляет продукт диссоциации
аммиака. В таблице указываются также процессы, которые луч-
ше всего протекают при указанной атмосфере. Относительно ат-
мосферы № 1 можно сказать, что сухое цианирование равнознач-
Регулирование печной атмосферы
223
но газовому цианированию или науглероживанию с азотирова-
нием, т. е. внесению в поверхностные слои садки углерода и азо-
та. Сведения о стоимости газа даны только для сравнения. Вслед-
ствие ряда причин действительная стоимость 1 м3 непостоянна.
Степень науглероживания мягкой стали зависит от первона-
чального содержания в ней углерода, от температуры в печи и от
процента углеводородов в атмосфере (см. рис. 153).
Изменение электрического сопротивления стали в зависимо-
сти от содержания в ней углерода используется для определения
влияния состава атмосферы и температуры. Стальную проволоку
определенной длины с известным содержанием углерода и из-
меренным электрическим сопротивлением вносят в испытываемую
атмосферу при температуре, влияние которой также исследуется.
После этого проволоку в той же атмосфере быстро охлаждают
и ее сопротивление измеряют уже при комнатной температуре. По
тому же методу можно проводить непрерывные измерения наугле-
роживания в зависимости от действия защитной атмосферы *.
Для того чтобы быстро провести науглероживание и азоти-
рование, атмосфера должна содержать не только углерод, но и
аммиак. Азот, получаемый в печи при разложении аммиака, на-
ходится в атмосфере печи в атомарном состоянии и поэтому жад-
но стремится к соединению с железом.
Использование защитных атмосфер
Одна из первых печей с использованием защитной атмосферы
введена в эксплуатацию в 1927 г. Она эскизно изображена на
рис. 164. В предтопке 4 с большим недостатком воздуха сжи-
гается газообразное топливо — природный или искусственный
газ. Манометры показывают соотношение давлений и соответ-
ственно количеств топлива и воздуха. Неполностью сгоревший
газ входит в нагревательную камеру через отверстие вблизи са-
дочного окна печи, образуя завесу 5. Всякий раз, когда окно от-
крывается, подача неполностью сгоревшего газа автоматически
увеличивается. При температуре 1200° или даже несколько более
высокой садка должна быть защищена в печи от окисления. Со-
н2 СО .
отношения—— и -—-подбирают так, чтобы на номограмме, при-
Н2О СО2
веденной на рис. 151, их пересечение находилось бы в зоне В
(восстановление). Для этой цели соотношение воздух —топливо
снижают настолько, чтобы только не потухло пламя и не было
отложения сажи. Высокопотенциальное тепло сообщается камере
1 Незадолго до сдачи рукописи данной книги в печать появилась статья
авт°р°в Jpsen and Rufert, «Automatic Carbon Control» в журнале
«Metal Progress», 1/VII 1954, p. 98.
Номер по порядку	Химический состав газа, % (объемн.)1						5 i 1	
	соа	СО	нг	СН4	н,о	N,	медь	
1	0,0	20,7	38,7	0,8	0,0	39,8		
2	10,5	1,5	1,2	0,0	0,8	86,0	Светлый отжиг Спе- кание	
3	5,0	10,5	12,5	0,5	0,8	70,7		
4	0,05	1,5	1,2	0,0	0,0	97,25	Светлый отжиг	
5	0,05	0,05	От 3,0 до 10,0	0,0	0,0	Остаток до 100	Совершен- но светлы? (высокока- чественный) отжиг	
6	0,0	0,0	75,0	0,0	0,0	25,0		
7	От 0,05до2,0	От 0,05 до 1,0	От 50 до 99,8	От 0,0 До 0,4	От 0,0 До 3,5	Остаток до 100		
1 В качестве сырья для получения
защитных газов, перечисленных в этой таблице,
Таблица 13
——		 Применение защитных атмосфер при обработке мегаллг в					Сравнительная стоимость еди* ницы сбъема ' газа, долл
	малоуглеродистая сталь с содержанием углерода до 0,20%	среднеуглеродистая смль с содержанием углерода 0,20—0,60%	высоко угле- родистая сталь с содер- жанием угле рода выше 0,60%	специальные стали	
	Цементация. Сухое газовое цианирование Гомогенное науглеро- живание (диффузион- ная цементация) Пай- ка твердым припоем Спекание металличес. ких порошков	Цементация. Светлый отжиг Чистая закалка Восстановление уг- лерода в поверх- ностном слое Су- хое цианирование Пайка	Светлый отжиг. Чис- тая закалка	Чистая закал- ка быстрорежу- щей легирован- ной стали, со- держащей воль- фрам, молибден и кобальт	3,28
			-		1,00
	Светлый отжиг. Пайка	Воздействие в течение 30 мин Светлый отжиг			1,29
	Светлый отжиг	Светлый отж и г Чистая закалка	Светлый отжиг Чис- тая закалка		1,42
	Совершенно свет- лый отжиг			Чистый от- жиг нержавею- щей и кремни- стой стали	1,72
	Скоростное восста- новление поверхност- ного слоя металла Пайка Спекание			с Светлый от- жиг нержавею- щей и кремни стой стали	1,78
	Скоростное восста- новление поверхност- ного^слоя металла			Светлый ’ от киг нержаеею цей и кремни той стали	5,0
за исключением указанного под № 6, используете» природный газ
15 В Тринкс Промышленные печи
226
Регулирование печной атмосферы
печи электрическими нагревателями, изготовленными из карбо-
рунда.
Нецелесообразно (и почти невозможно) нагревать печь до
температуры 1200° только за счет тепла, получаемого при непол-
ном сгорании топлива. Из рис. 1—10 можно видеть, что при
недостатке воздуха температура пламени понижается, но что
для разных топлив при одинаковом снижении температуры
нужен различный недостаток воздуха. Температура при весьма
Рис 164. Электрическая печь с горячей защитной атмосферой, получае-
мой в самой печи:
1 — огнеупорная кладка, 2 — заслонка окна; 3 — рабочее пространство; 4 —
предтопок; 5 — завеса; 5 — садка
неполном сжигании колеблется от 1200 до 1600°. Однако при не-
большом температурном перепаде, необходимом для нагрева
садки до 1200°, потребуется много лишнего топлива. Значитель-
но возрастет и время нагрева, что в свою очередь повлечет за со-
бой необходимость установки большой и дорогой печи.
Когда должный уровень температуры в печи поддерживается
с помощью электрических нагревателей, горячий защитный газ
может выполнить только свое основное назначение — защищать,
а не нагревать садку. Необходимо только достаточное количество
газа для создания некоторого давления в печи.
На рис. 164 нагреватели не видны. Они хорошо показаны на
рис. 165. Изображенная здесь печь является современным выра-
жением старой идеи. В этой конструкции заслуживает внимания
изолированная чугунная заслонка 1 с большим перекрытием,
опирающаяся на механически обработанный торец печи. Таким
образом обеспечивается минимальная потеря тепла и хорошее
Регулирование печной атмосферы
227
уплотнение, препятствующее утечке газа. Огневая завеса, созда-
ваемая горелкой 11, препятствует попаданию воздуха в печь во
время открывания заслонки. В заслонке имеется вытяжная труб-
ка, с помощью которой при открытии окна печи пламя завесы
отвозится от лица оператора.
Некоторые изобретатели и инженеры считают, что можно бы-
ло бы избежать установки электрических нагревателей, если бы
Рис. 165. Современная электрическая печь с горячей защитной атмосферой,
получаемой в самой печи:
1 — изолированная заслонка окна, 2 — автоматический выключатель для управления
огневой завесэй, 3 — газонепроницаемый стальной кожух печн, 4 — газонепроницае-
мое ограждена, 5 — стойка механизма подъема заслонки н противовес, 6 — запаль-
ник, 7 — нагревательные элементы, 8 — под, 9 — противовес; 10 — гидравлический
амортизатор для заслонки; 11 — гсрелка огневой завесы, 12 — канал в заслонке для
отвода газов огневой завесы прн открытой печн, 13 — смеситель газа с воздухом для
огневой завесы
представилось возможным каким-нибудь путем вернуть в на-
гревательную камеру химически связанное тепло продуктов не-
полного сгорания. В 1931 г. автор видел в Витковице (в Мора-
вии) печь, представляющую собой очень несовершенное вопло-
щение этой мысли. Это была регенеративная печь, которая уже
несколько лет работала. Топливо сжигалось при недостаточном
количестве сильно нагретого воздуха. Чтобы завершить горение,
подавалось достаточное количество вторичного воздуха к месту
входа дымовых газов в регенератор. В этой схеме температура
воздуха ограничивается только огнеупорностью кирпича регене-
раторов. В такой установке нельзя достигнуть надлежащего со-
става дымовых газов как из-за реверсивности работы печи, так
и из-за неплотности регенераторов. Регенеративный метод по-
15*
228
Регулирование печной атмосферы
лучения горячей защитной атмосферы, непосредственно исполь
зуемои в печи, на практике не привился
Более современный и эффективный метод (рекуперативный)
основан на следующем принципе Горячий защитный газ, выхо
дящий из нагревательной камеры, полностью сжигается в смеж
ной камере, из которой тепло передается обратно в нагреватель
ную камеру Из эскиза, изображенного на рис 166, где не дано
никаких конструктивных деталей, этот принцип становится ясным
Рис 166 Эскиз печи в которой на получение горячей
защитной атмосферы не затрачивается дополнительное
топливо
Здесь А — сильно нагретая камера За счет ее тепла нагреваются
карборундовые трубы В, в которых топливо сгорает при недос
татке воздуха Температура горения в трубах В поддерживается
также за счет тепла камеры А Горячие продукты неполного
сгорания отдают часть своего тепла садке в камере С и возвра
щаются в камеру А На своем пути они смешиваются с нагре
тым воздухом и сгорают при высокой температуре Далее горя
чие газы из камеры А уходят в рекуператор, который на рис 166
не показан За счет тепла камеры А нагревается также карбо
рундовая арка D, которая излучает тепло внутрь камеры С При
такой схеме химический состав горячен защитной атмосферы
может регулироваться достаточно точно
В печах, сконструированных по схеме, приведенной на рис 166,
можно успешно нагревать сталь до температуоы 1300°, причем
на садке окалины не образуется Конструктивное оформление та
ких печей зависит от их назначения На рис 167 дана конструк
ция одной из построенных печей До того как в этой печи были
использованы принципы схемы рис 166, там пытались избежать
Регулирование печной атмосферы
229
образования окалины подачей в нагревательную камеру паров
соли, которые, конденсируясь на холодной садке, создавали бы
защитное покрытие Испаряемые соли состояли главным образом
из карбоната и хлорида лития
Соли помещаются в контейнер, именуемый «литиевой лодоч
кой» Контейнер находится в одном испарителе или в нескоть-
ких, нагреваемых отдельно и присоединяемых к печи На рис 168
Рис 167 Трехкамерная рекуперативная печь для нагрева до 1260° без
образования окали-ш В печи получается горячая защитная атмосфера
без дополнительного расхода топлива
1 — рекуператор 2 — соединение с испарителями 3 — пневматический цилиндр
для открывания заслоикн
стрелками показано, как горячие дымовые газы от вспомогатель
ных горелок проходят над литиевой лодочкой и далее проносят
пары лития в нагревательную камеру В течение того времени,
пока садка находится в печах, построенных по схеме рис 166, она
надежно предохраняется от окалины Применяя в печи литиевое
покрытие, можно избежать окалины и на пути от печи к прокат
ному стану, и во время прокатки Литиевое покрытие является
также хорошей смазкой для штампов молотов и прессов, вклю
чая и штампы с вытяжкой (горячее прессование)
Атмосферы, получаемые в печах, сконструированных по сх₽
мам рис 166 и 167, можно использовать не только для того, что
бы не допустить окалины, но также для уменьшения ранее обра
зовавшейся окалины и для обезуглероживания стали Эти печи
по сравнению с печами, куда вводят холодную, отдельно приго
товленную атмосферу, являются более совершенными На
сколько известно автору, конструкция печей, показанных
230
Регулирование печной атмосферы
на рис. 166 и 167, единственная, в которой защитная атмос-
фера образуется в самой печи и при вторичном говении исполь-
зуется для нагрева садки до температуры, необходимой в метал-
лонагревательных печах.
В настоящее время для наибольшего числа печей с защитной
атмосферой используют отдельно установленные газогенераторы.
По имеющимся у автора сведениям, подобные генераторы для
/ — канал для термопары, 2 — вентиляционное отверстие; 3 — лаз к
литиевой лодочке, 4 — литиевая лодочка; 5 гляделка
приготовления защитных атмосфер появились в Аттлиборо (Мас-
сачузетс) примерно в 1930 г. Такие комбинированные установки
печей с генераторами защитного газа характеризуются следую-
щими чертами. На установку отдельного газогенератора требуют-
ся дополнительные капиталовложения. Необходимо различное
вспомогательное оборудование. Нужны средства на топливо, из
которого вырабатывается защитный газ, и на охлаждающую воду
для извлечения влаги из газа. Требуется дополнительное тепло
для подогрева охлажденного газа до температуры печи; нужна
также электроэнергия. Для приготовления некоторых атмосфер
необходимо дополнительное тепло, для других требуется охлаж-
дение и химическая обработка для удаления углекислоты. По
этим причинам защитный газ экономят и расходуют бережливо.
Так же как и в других печах, в установках с искусственной
атмосферой нужно поддерживать положительное давление в пе-
чи. Поэтому, а также вследствие дороговизны и ядовитости за-
щитных газов печи с контролируемой атмосферой следует соору-
Регулирование печной атмосферы
231
жать как можно более плотными. Газонепроницаемость должна
постоянно поддерживаться и в эксплуатации. Печь должна снаб-
жаться цельнометаллической обшивкой. Заслонки окон уплот-
няют в рамах при помощи пружин или противовесов. Для того
чтобы избежать утечки защитного газа, печи оборудуют, где воз-
можно, тамбурами. Садка подается толкателями или какими-либо
Рис. 169. Камерная печь периодического действия с защитной
атмосферой для нагрева разнообразных изделий
другими устройствами сначала в тамбур. Заслонка печи в это
время закрыта. Затем закрывается заслонка тамбура, после чего
открывается печная заслонка, и садка подается в печь. Заслон-
ка печи закрывается, и садка нагревается. На рис. 169 четко
видны заслонки и тамбур. На нем дан схематический перспектив-
ный вид нормальной камерной печи с защитной атмосферой.
Садка, уложенная на поддон, вталкивается штангой в нагрева-
тельную камеру и аналогичным образом выталкивается из печи.
Печь нагревается металлическими сопротивлениями, а под там-
буром устанавливается газонепроницаемый бак для закалки.
Несмотря на эти предосторожности, нельзя полностью избежать
утечки газа. Частично защитный газ во время работы печи про-
сачивается из нагревательной камеры. На многих печах непре-
232
Регулирование печной атмосферы
рывного действия с обоих торцов сделаны окна. Сообразно с этим
утечка в них больше. В колпаковых печах, применяемых для
отжига листов или рулонов полосового железа, весь введенный
в печь защитный газ 'в конце операции теряется.
При непрерывном передвижении садки, например по цепному
или сетчатому конвейеру, тамбур с плотно пригнанными заслон-
ками установить невозможно. Вместо этого к своду тамбура под-
вешивают легкие цепи, проволочные сетки или и то и другое. При
этом уменьшается подсос воздуха и утечка защитного газа. На
рис. 170 показана печь без тамбура. В ней производят светлый
отжиг длинных стержней или труб. Длина и диаметр заготовок
время от времени меняются. В каждом конце печи подвешивают
по 25 проволочных сеток, которые выполняют приблизительно ту
же роль, что и тамбур. Гибкие проволочные сетки сами приспо-
собляются к форме нагреваемых заготовок. Они не только пре-
пятствуют утечке газов, но действуют и как радиационные эк-
раны. В каждом окне устроена огневая завеса, мешающая входу
воздуха в печь при открытой заслонке. Радиационные экраны
устанавливают также между зонами нагрева и охлаждения. Дру-
гие печи такого же типа снабжают жароупорными вентиляторами
не только в зоне охлаждения, но и в нагревательной зоне. Общая
длина печи, изображенной на рис. 170, составляет около 34 м.
Печи с контролируемой атмосферой должны быть газонепро-
ницаемыми не только снаружи, но и внутри; это значит, что обыч-
ные продукты сгорания не должны проникать в нагревательную
камеру. Это требование легко удовлетворяется в электрических
печах, температура нагрева в которых составляет до 1050°. Те
металлические нагреватели, которые выдерживают температуру
до 1250° в окислительной атмосфере, не могут применяться в
восстановительных атмосферах (см. гл. II). Нагреватели из кар-
борунда хорошо сохраняются при высоких температурах, но в
присутствии водорода продолжительность их работы сокращается.
Опасность попадания обычных продуктов сгорания в нагре-
вательную камеру устраняется с помощью муфелей. Нагрев садки
в муфеле практикуется главным образом в колпаковых печах
для нагрева листов или полос. Этот способ (хотя и реже) при-
меняется и при нагреве других изделий. И в настоящее время,
когда в качестве топлива в печах для обжига керамики служит
уголь, применяют муфели для того, чтобы устранить возможность
доступа к садке сажи, летучей золы и серы.
После 'Изобретения радиационных труб в муфель стали заклю-
чать не садку, а пламя. Вначале радиационные трубы устанав-
ливали только вертикально. В настоящее время их располагают
и вертикально, и горизонтально. При горизонтальном располо-
жении их устанавливают часто петлеобразно (по форме шпильки
для волос), как показано на рис. 171. Радиационные трубы изго-
3
Рис. 170. Метопическая печь без тамбура с контролируемой атмосферой:
I — ручной механизм подъема заслонки: 2 — термопара; 3 — радиационные трубы диам 127 жл;
4 — зонт; 5 — радиационные экраны; 6 — огневая завеса; 7 — камера охлаждения с водяной рубашкой;
8 — жароупорный вентилятор; 9 —перегородка; 10 — привод
.234
Регулирование печной атмосферы
товляют из высоколегированной стали. Температура внутри тру-
бы выше температуры в печи. Темная полоса в трубе наглядно
характеризует прогресс в сжигании топлива. Горелки для радиа-
ционных труб конструируют так, чтобы получить медленное горе-
ние. В этом случае не будет местных пережогов и быстрого раз-
рушения труб. В последних при помощи эксгаустера или эжек-
тора поддерживается небольшое разрежение, чтобы в случае про-
гара трубы дымовые газы не могли проникнуть в нагревательную
Рис. 171. Радиационная .петлеобразная труба
камеру. Изображение на рис. 171 схематизировано. В действи-
тельности эжектор не находится в плоскости чертежа. В против-
ном случае он мешал бы соседней трубе, независимо от того, рас-
положен ли он вертикально или горизонтально. Петлеобразные
трубы выравнивают температуру не полностью. Для лучшего вы-
равнивания температуры трубы отапливают попеременно с про-
тивоположных стен. Когда трубы очень длинны, то на концах
их (у поворота) устанавливают компенсаторы для обеспече-
ния возможности свободного удлинения. Компенсаторы распо-
лагают на противоположных стенах таким образом, чтобы удли-
нению труб ничто не препятствовало. На рис. 170 петлеобразные
радиационные трубы видны на разрезе над садкой и под ней.
Между рядами труб установлены ролики. Неподвижный коней
каждого ролика герметически закрывается, другой (подвижный)
конец проходит через сальниковое уплотнение. Почти все радиа-
ционные трубы отапливают газом. Использование мазута вызы
вает затруднения.
Некоторые слишком осторожные инженеры совмещают при
менение радиационных труб и нагрев садки в муфеле.
Если трубы выполнены из карборунда, то их успешно можно
применять в печах с контролируемой атмосферой при самых вы-
Регулирование печной атмосферы
235
соких температурах. Однако карборунду нельзя придать форму
петли, по крайней мере в настоящее время.
Длина труб из карборунда также ограничена. На рис. 172
видно, как искусственно увеличивается длина труб и каким об-
разом обеспечивается возможность их удлинения. Длина основ-
ной трубы равна 1322 мм. На каждом конце ее помещается ко-
роткая труба со скошенными бортами, пригоняемая к основной.
Для уплотнения соединения применяют два способа. Во-первых,
стыки труб заливают цементом, изготовляемым на карборундо-
Рис. 172. Радиационная труба из карборунда:
1 — эжектор диам 150 мм, 2 — три пружины, расположенные на равном рас-
стоянии друг от друга; 3 — горелка; 4 — выступ
вом основании, и, (во-вторых, для прижимания одного конца к
другому ставят пружины, которые, кроме того, служат для ком-
Пенсации неравномерного удлинения труб.
Характер регулирования искусственной атмосферы меняется
в зависимости от ее химического состава. Само собой разумеется
самый простой случай, когда атмосферы вовсе нет, например при
отжиге металлов в вакууме. Колодцевая печь для отжига в ящи-
ке под вакуумом показана на рис. 173. Колодец нагревается элек-
трическими сопротивлениями. Садка должна оставаться в ящике
До тех пор, пока она охладится до температуры ниже температу-
ры образования окалины, для чего требуется много времени. По-
этому отжиг в вакууме неприменим для массовой продукции.
Состав атмосферы, получаемой при неполном сжигании угля,
Регулируется по такой же схеме, как и регулирование горения.
Определяется необходимое соотношение топливо — воздух, ко-
торое в дальнейшем и поддерживается одним из указанных выше
(в разделе о регулировании горения) способов. Неполное сжи-
гание в газогенераторе дополняется охлаждением, а, если нужно,
Рис 173 Колодиева я электрическая
печь для светлого отжига в вакууме
Регулирование печной атмосферы
237
то и извлечением углекислоты. Если требуется науглероживание
и азотирование садки, тогда прибавляют метан и аммиак в нуж-
ном количестве. В том случае, когда защитный газ должен со-
держать много водорода и окиси углерода, к реакционной камере
газогенератора надо подвести тепло извне.
Отдельно установленные генераторы защитного газа по отно-
шению к печам являются вспомогательным оборудованием, ко-
торое в свою очередь также укомплектовано вспомогательным
оборудованием. Теория процесса и конструкции газогенераторов
в данной книге не рассматриваются.
Нужно упомянуть еще о том, что науглероживающую атмос-
феру можно создать проверенным временем способом цементации
в слое. Садку засыпают древесным углем и обрезками кожи. По-
следние содержат немного азота. Затем контейнер с садкой и
указанными выше материалами помещают в печь и нагревают.
Срок службы контейнера мал, а затраты на рабочую силу высоки.
Закалка в слое до сих пор изредка практикуется в небольших
ремонтных мастерских.
Регулирование атмосферы в свинцовых и соляных ваннах
Хотя этот подзаголовок может показаться странным, тем не
менее вопрос требует рассмотрения.
Свинец не имеет химического сродства со сталью, медью и
многими другими металлами. Погружение в ванну изделий из
этих металлов не влияет на свинец, который остается таким же
чистым, как и в начале работы. Налет окиси образуется только
на поверхности горячей свинцовой ванны. Время от времени этот
налет удаляют.
Более сложно применение соляных ванн. Существуют разли-
чия между солями, применяемыми только для нагрева, и солями,
используемыми как для нагрева, так и для науглероживания
и азотирования.
Имеются также различия в температурах плавления солей и
в диапазоне температур, при которых они могут быть эффектив-
но использованы. В табл. 14, приведенной в журнале «Steel Pro-
cessing», III, 1953, даны основные характеристики солей, приме-
няемых в промышленности '. Буквами в первой вертикальной ко-
лонке несколько произвольно обозначены температурные обла-
сти Н — обозначает область низких, С — средних, В — высоких
температур, а через У обозначена область температур для на-
углероживающих солей. Понятно, что солевую смесь надо выби-
рать с учетом температуры, необходимой для конкретных тех-
1 Первоначально эта таблица появилась в справочнике «The Metal
Handbook», 1948, р 284
Характеристика солей, применяемых в соляных вайнах
Таблица 14
Тип	Состав солей. % (вес.)										Прибли- зительная темпера- тура пла- вления, °C	Рекомен- дуемая темпера- тура наг- рева, °C
	NaCl	КС1	ВаС12	NaNO,	NaNOz	kno, 1	GaCl,	NaCN	Na, СО,	KCN		
н.								*	40—50	50—60*									145	165—650
н2	——	—	—	40—50	—.	50—60	—	•—	—	—	230	260—650***
Нз	—-	—•	—	96 мин.	—•	—•	—-	•—-	—	—	370	400—650***
Н4	30—4G*	*	—	—	——	—•	—	15—40	30—50	—	550	620—815
н,	15-25	.—.	25—35	—	—.	—	45—55**	—	—.	—	480	510—760
С,	45—55	45—55	•>—-	—	.—_	-—	—	•—	——	—-	680	730—900
с2	15—25	20—30	50—60	— 	—.		—	—	—-	—	595	680—925
ся	20—30	—	70—80	— 1 '	—-	—	—-	-—.	—	—-	7с5	760—925
Со	10—20	—	80—90	—	—_	—.	—‘	—	—,	—_	760	815—1100
В,	—	—	98 мин.	—	—		—-	—	—	—-	980	1040—1350
в2	4—8	—-	92—96	—	—_	—	—	—	—	—	870	955—1260
У,	4 макс.	—-	—	—	—	—	—’	96 мин.	4 макс.	—	620	790—955
У2	*	—-	—	—	—	-—-	—-	—-	4 макс.*	96 мин.	620	790—955
Уз	*	5—10*	45—50	—	—	—		35—40	—-	—	620	845—955
у<	15—25	——	—	——	——	-—-	—	45—50	20—30	(ВаСОз)	620	815—955
У.	20—30	—	15—25	—	—	—	—-	30—40	20—30	—	620	790—900
Уз	10—15	—	—	—	—	—	—.	70—80	10—15		620	815-955
У,	15—25	—-	—	—	—	.—	—	60—70	15—25	—	620	815—955
у8	40—50	—	1	—	—.	—	—	—	40—50	5—10	—	620	815—955
у.,	——	60—70*		—	—	—	—	30—40	«	—.	500	525—650
У10	—	—	—	—		—	—	55-65	—	35—45	500	525—650
♦ Такой прогент может приходиться на один компонент или смесь двух, обозначенных звездочкой в этой строчке.
*	* Этот материал гигроскопичен и его » ужно прибавлять к расплавленией соли очень осторожно
*	** Температура этой соли, помещаемой в обогреваемом топливом сосуде, в эксплуатации не должна превышать 600е.
Регулирование печной атмосферы
239
нологических процессов. Садку, которая должна нагреваться до
760°, нельзя погружать® соль, находящуюся при этой темпера-
туре еще в твердом состоянии. Ясно также, что садка, нагревае-
мая до температуры 1200°, не должна попадать в ванну с солью,,
плавящейся при низкой температуре, так как эта соль при такой
температуре будет разлагаться и частично испаряться. Темпера-
тура плавления соли должна быть по крайней мере на 65° ниже
ее рабочей температуры. Именно благодаря этой разности про-
исходит быстрый нагрев садки без чрезмерного теплового на-
пора.
За исключением ванн из буры, все соляные ванны поглощают
из атмосферы кислород, после чего он соединяется с садкой.
Небольшая, порядка 2%, присадка буры в ванну снижает влия-
ние кислорода. Такой же эффект дает присадка ферросилиция
или азотнокислого натрия. Слой чешуек графита на поверхности
ванны также препятствует окислению садки.
Цианистые ванны склонны изменять свой состав, отдавая сад-
ке дициан C2N2. Поэтому нужно время от времени прибав-
лять в ванну свежую цианистую соль. Насколько автору из-
вестно, химический состав соляных ванн не регулируется авто-
матически. Свежая соль добавляется на основе результатов ана-
лиза пробы соли из ванны. Существует еще причина, по которой
необходимо добавлять свежую соль, — это ее расход с нагревае-
мыми изделиями, к которым она прилипает и теряется при вы-
даче. Этот расход должен возмещаться.
ГЛАВА V
мероприятия по экономии ТРУДА
Классификация 'устройств и мероприятий 'по экономии труда
Затраты на рабочую силу составляют большую часть стои-
мости эксплуатации промышленного нагрева. Естественно, что
введено много устройств и выполнено много мероприятий для
экономии труда у печей. Эти устройства и мероприятия распа-
даются на три группы.
Одни из них служат для экономии труда при генерировании
и передаче тепла нагреваемым изделиям. К этому разряду мо-
жно отнести: а) устройства, автоматически подающие топливо
к печам и в самые печи; б) устройства, автоматически поддер-
живающие постоянство температуры и атмосферы в печи.
Ко второй группе относится применение таких строительных
материалов и конструкций, благодаря которым снижаются
расходы на ремонт и поддержание печи в надлежащем состоя-
нии. Наконец, к третьей группе относятся устройства, которые
облегчают загрузку, передвижение в печи и выдачу нагревае-
мого материала. Характерные особенности устройств первой
группы для экономии труда при получении и передаче тепла
кратко описаны уже в гл. I и II. Дополнительные сведения об
этой группе сообщаются в гл. VI. Мероприятия, относящиеся
ко второй группе нашей классификации, выполняются для по-
вышения срока службы печи и ее стойкости. Этот вопрос уже
рассматривался в т. I. Третья группа, а именно устройства для
экономии труда при загрузке, передвижении в печи и выдаче
нагреваемых изделий, будет детально рассмотрена в настоящей
главе. Можно было бы указать еще на одну группу устройств,
которые, хотя и не служат непосредственно для экономии тру-
да при эксплуатации печей, но которые тем не менее делают
его более удобным и тем самым повышают трудоспособность
обслуживающего персонала.
Устройства для экономии труда при оперировании с нагре-
ваемым материалом распадаются на две группы в зависимости
от типа печи. Одни устройства применяют для печей периоди-
ческого действия, другие — для подачи материала к методиче-
ским печам и другим печам непрерывного действия, а также
для продвижения его в печи.
Эта глава переведена канд техн наук А И Евдокименко
Мероприятия по экономии труда
241
Устройства, предназначенные для экономии труда
при обслуживании печей периодического действия
Обширную область занимает группа устройств для загруз-
ки в печь нагреваемого материала и выдачи его оттуда. Сюда
относятся как простое оборудование вроде тиглей, поддонов,
подставок, так и сложные краны, шаржир-машины и др. Поддо-
ны и подставки для загрузки нагреваемых изделий, применяе-
мые как для мелких деталей, так и для довольно крупных, как
например вагонные стяжки,— весьма просты. Типичный под-
дон эскизно изображен на рис. 174. Короткие ножки, которыми
снабжена подставка, выполняют двоякую роль: во-первых, по-
зволяют подводить между поддоном и подиной подъемную вил-
ку или хобот шаржир-машины и, во-вторых, оставляют между
подом печи и нагреваемым материалом достаточный зазор для
прохода печных газов. Не на всех поддонах нужны ножки для
подхватывания, так как на подинах некоторых печей устраива-
ют ручьи, в которые могут заходить пальцы загрузочного ус-
тройства. Для этой же цели служат иногда рельсы на подине.
Само собой понятно, что тепло, поглощенное поддоном, те-
ряется при выгрузке, за исключением тех случаев, когда под-
дон опорожняется и немедленно вновь загружается в печь, не
успев охладиться. Поскольку на практике последний случай
встречается довольно редко, можно считать, что тепло, погло-
щаемое поддонами, как правило, теряется. По этой причине
поддоны делают возможно более легкими, насколько позволяют
условия прочности и жесткости. Некоторые поддоны изготовля-
ют из сетки, как показано на рис. 175; их применяют обычно для
ванных печей, вроде изображенной на рис. 169. Поскольку они
постоянно опираются на ролики, даже в ванне, то могут быть
выполнены весьма легкими. Поддоны изготовляют из жаро-
упорных и нержавеющих сплавов. Садка, загружаемая в одни
поддоны, нагревается в продуктах сгорания, в другие — в науг-
лероживающей, газовой или жидкой среде, в третьих — подвер-
гается закалке.
Прочность поддонов, проталкиваемых через длинную печь,
должна быть достаточной, чтобы противостоять истирающему
действию на всем пути перемещения поддонов. В этом случае
поддоны из проволочной сетки, конечно, не подходят. Усилие,
16 В. Тринкс. Промышленные печи
242
Мероприятия по экономии труда
необходимое для проталкивания, уменьшается при движении
поддонов по роликам, показанным, например, на рис. 176. Чем
меньше диаметр цапфы в сравнении с диаметром ролика, тем
меньше трение поддонов о роликовую подину.
Ограничения в этом отношении определяются допустимыми
давлением на подшипник и температурой печи. При конструи-
ровании роликовой подины необходимо учитывать величину
нагрузки при повышенных температурах.
Рис. 175. Поддон из проволочной сетки
Трение уменьшается и нагрузку можно увеличить, если дни-
ще поддонов покрыть графитом. В печи большая часть графи-
та опадает и смазывает подшипники роликовой подины. В со-
Рис. 176. Рольганг с жароупорными роликами
ляных ваннах поддоны выполняют в виде корзин и люлек,
многообразие форм которых невозможно описать. Здесь мож-
но проиллюстрировать только несколько типов. На рис. 177
представлена корзина при погружении малых деталей при це-
ментации. Конструкция корзины облегчает быструю выгрузку
садки. У корзин, погружаемых в свинцовую ванну, должен
быть закрытый верх и жесткая опора, чтобы они не опрокиды-
вались и не всплывали. На рис. 178 показана корзина, удов-
летворяющая этим двум требованиям. Садка загружается сбо-
ку. В свинцовой ванне садка в корзине всплывает кверху. Вер-
Рис. 177. Корзина для соляной ванны
Рис 178. Корзина для свинцовой ванны
16*
244
Мероприятия по экономии труда
тикальный стержень, проходящий через отверстия (в левой
части рисунка), позволяет корзине перемещаться по горизон-
тали, но препятствует опрокидыванию. Вследствие повторяю-,
щихся нагревов и охлаждений корзины и другие контейнеры
Рис. 179. Корзина
а — дно закрыто;
с откидным днищем
б — дно открыто
разрываются. Для того чтобы избежать этого, контейнеры ча-
сто снабжают откидным дном, которое для облегчения цирку-
ляции сквозь садку выполняют из проволочной сетки. Малень-
кие корзины делают с цельным решетчатым днищем, подве-
шенным только с одной стороны. Корзины большего диамет-
ра выполняют с двухстворчатым дном. При цельном днише
потребовалось бы увеличение высоты ванны, так как при от-
Мероприятия по экономии труда
245
крывании дна садка сползает на одну сторону. При двухствор;
чатом дне этот недостаток отсутствует. Контейнер с таким
дном показан на рис. 179. В верхней части рисунка дно за-
крыто; в нижней оно открыто. Устройство для удержания дна
в закрытом состоянии, когда контейнер находится в ванне,
ясно видно на обоих рисунках. Корзинки для малых изделий
часто складываются в штабель, как показано на рис 180.
Рис. 180. Корзины для соляной ванны соединен-
ные в штабель
В отдельные секции для термообработки укладывают посто
янные магниты. На рисунке хорошо видно приспособление
Для удержания отдельных секций и для их транспортировки
Лотки, муфели и поддоны обычно помещают в печь и вы-
гружают оттуда подъемной вилкой, снабженной роликами. Эс-
киз такой вилки показан на рис. 181. В употреблении извест-
но много разновидностей таких вилок. Их форма сообразуется
с размерами и конструкцией печей, а также поднимаемого кон-
тейнера. Если под печи расположен невысоко над полом по-
мещения, рукоятку вилки выгибают вверх. Если же подина
приподнята, рукоятке вилки придают форму, показанную на
рис. 181. В этом случае ролики покоятся на столе, который
подкатывают к окну печи.. В печи небольшой глубины (если
считать в направлении, перпендикулярном к загрузочным ок-
246
Мероприятия по экономии труда
нам) малые контейнеры или отдельные изделия часто пере
мешают с помощью двуплечевого рычага; садка размещается
на конце короткого плеча, в то время как загрузчик берется
за конец длинного плеча Ось рычага подвешивается к роли
Рис 181 Подъемная вилка с роликами
ку, который движется по монорельсу. Это ручное приспособ-
ление более детально описано при рассмотрении печей о вра-
щающимся подом
Рис 182 Рычажное загрузочное jстройство
/ — контейнер, 2 — платформа на роликах, 3 — окно загрузки
Для печей среднего размера, подина которых приподнята
над уровнем пола, применяют интересное приспособление,
показанное на рис. 182 Оно устанавливается краном перед
садочным окном и на него помещают контейнер. Затем кран
поднимает несущую каретку, по роликам которой контейнер
вкатывают в печь и устанавливают на подовые рельсы. Воз
можны многочисленные модификации приспособлений. Когда
изделия весом до 20—25 кГ нагревают не в контейнере, их не
Мероприятия по экономит труда
247
ремешают клещами. Тяжелые заготовки для изделия весом до
200—250 кГ перемещают клещами или лопатами, подвешен-
ными к монорельсу. Еше более тяжелые изделия передвигают
клещами переносимыми краном, или с помощью манипулято-
ров и шаржир-машин. Тяжелые заготовки или слитки под ков-
ку часто подают приспособлением (рис. 183), подвешенным к
крану Тяжелые слитки следует перемещать таким способом
очень медленно и с крайней осторожностью, так как внезапная
Рис 183 Муфта, подвешенная к крану
остановка лебедки быстро передвигающегося крана, несущего
на длинной цепи тяжелый слиток, повлечет за собой все послед-
ствия, связанные с силой инерции Слиток может удариться о
стенку печи, задеть косяк заслонки или цепь может повредить
арку окна — все это доставит лишнюю работу ремонтной
бригаде. В некоторых кузнечных цехах для уменьшения рас.хо
дов на ремонт печей применяют защитные ограждения у са
дочных окон, воспринимающие случайные удары. Хотя эти
фартуки и представляют некоторую защиту для печи, их тем
не менее применяют неохотно, так как они мешают подводить
вплотную к окну крановую цепь. Изображенная на рис 183
муфта, надетая на слиток, часто остается на нем все время, по-
ка последний нагревается. При этом конец слитка неизбежно
находится вне печи. В тех случаях, когда весь слиток или тяже-
лый блюм должен быть внутри печи, муфту приходится заме-
нять клещами. Устройство, применяемое для этой цели, эскиз-
но показано на рис. 184. Вращая маховичок, зажимают клеща-
ми блюм или освобождают его Легко заметить, что это зажим
ное устройство является коленчатым шаржирным механизмом
248
Мероприятия по экономии труда
Такая зажимная головка употребляется обычно для заготовок
ограниченных размеров. При посадке слитков в печь под них
часто подводят ролик на конце длинной штанги (рис. 185)
Лебедку крана размещают над печью. Вследствие этого кра-
новая цепь, которая прикреплена к наружному концу слитка.
Рис 184 Клеши
принимает наклонное положение и заставляет слиток двигаться
внутрь печи. Слиток, лежащий на ролике, вкатывается в печь и
Рис. 185. Ролик для посадки слитков в печь
его конец укладывается на выступ в подине. Тогда краном
слегка приподнимают другой конец слитка и удаляют ролик.
Как уже было указано, всякий массивный предмет, подвешен-
ный к крану, надо предохранять от раскачивания. Поэтому зна-
чительно лучше применять манипуляторы и шаржир.машины,
хотя, конечно, на это специальное оборудование требуются до-
полнительные капиталовложения. На рис. 186 показана простая
загрузочная машина типа автопогрузчика. Выдающиеся вперед
ролики подъезжают в открытое место под печью. Го обстоятель-
ство, что эти ролики находятся непосредственно под грузом, при
Мероприятия по экономии труда
249
водит к значительному облегчению шаржир-машины в сравнении
с теми, у которых колеса не могут попадать под печь. Шаржир-
машины для тяжелых заготовок долго строили для передвиже-
ния по рельсам. Печь и ковочный пресс размещались гак, чтобы
машина между ними могла передвигаться по прямой. Троллеи,
расположенные над полом, мешали обслуживанию краном. Та-
ких машин работает еще много, но более современные шаржир-
машины передвигаются по плитам настила. На некоторых заво-
дах такими машинами обслуживаются не только нагревательные
Рис. 186. Шаржир-машина с электроприводом
печи, но также и ковочные прессы. Печные загрузчики типа ма-
нипуляторов изображены на рис. 187 и 188. На первом рисунке
справа можно увидеть противовесы, на втором машина показана
в момент выдачи горячей заготовки из печи. В пехе с хорошей
вентиляцией шаржир-машины могут приводиться двигателем
внутреннего сгорания. Вообще же предпочтительней электричес-
кий привод. В этом случае двухжильный кабеле подводится к
машине через отверстие в потолке. Кабель туго натягивается,
наматываясь на барабан, который размещается или под потол-
ком помещения, или на шаржир-машине. Манипулятор движет-
ся во всех направлениях, а клещи могут наклоняться, качаться,
вращаться и двигаться вверх и вниз. Окалина, опадающая с пе-
редвигаемых заготовок, собирается на плитах настила и усили-
вает износ резиновых шин на скатах. Однако этот недостаток
незначителен в сравнении с преимуществом — универсальной
подвижностью машины. Некоторые шаржир-машины достигают
больших размеров, например машины для обслуживания печей
Рис. 187. Манипулятор
Рис. 188. Печной манипулятор в действии
Мероприятия по экономии труда
251
и ковочных прессов, в которых изготовляют корпуса фугасных
бомб, весящие больше 700 кГ.
Машина для загрузки и выгрузки, запроектированная для
печей с вращающимся подом, показана на рис. 189. В то время
как в других машинах захват боковой, эта машина захватывает
заготовку с двух торцов, действуя подобно гаечному ключу.
Гидравлическая линия, по которой передается давление для зах-
вата, на рисунке не показана. При высокой производительности
печи две такие машины работают рядом—одна на загрузке,
другая на выдаче. Если окно широкое, достаточно одной маши-
ны, для которой в этом случае предусматривается также воз-
можность бокового движения. Машину можно использовать пе-
ред фронтом камерной печи о несколькими окнами, если она
имеет боковое движение. С помощью кривошипного сочленения
захватному устройству может быть сообщено также вертикаль-
ное перемещение. Машина захватывает заготовку с рольганга и
помещает ее в печь. При выгрузке машина совершает обратный
процесс. Применение этой машины ограничено. Длина заготовок
не должна быть слишком большой по сравнению с величиной их
поперечного сечения во избежание изгиба. Это особенно важно
при нагреве заготовок до температуры около 1300". Место опера-
тора не показано на рисунке. Оно находится справа от криво-
шипного сочленения и перемещается вместе с устройством для за-
хвата.
Тяжелые предметы весьма затруднительно перемещать по
горизонтали даже с помощью ширжир-машин. По этой причине
печи для нагрева тяжелых и громоздких предметов часто соо-
ружают со съемным сводом ’. Печь загружается с помощью
крана после снятия свода, нагревается при надвинутом своде и,
наконец, выгружается, когда свод снова снят. Хотя съемный
свод можно рассматривать как обычный узел печи, на самом
деле он все же является устройством для экономии труда по-
скольку надобность в нем возникает вследствие того, что гро-
моздкие и тяжелые предметы приходится загружать в печь свер-
ху. Рис. 190 и 191 поясняют устройство таких сводов. /Металли-
ческая рама служит пятой свода. Поскольку, во-первых, рама и
кирпичный овод расширяются по-разному и, во-вторых затруд-
нительно сделать раму настолько жесткой, чтобы она могла вос-
принять усилие от расширения свода, необходимо оставить доста-
1 В отражательных печах для плавки ковкого чугуна съемный свод де-
лят на короткие секции (рис. 190) Их называют сводиками или арками сво-
дика Это название часто употребляется для съемных сводов других печей.
Свод над камерой горения печн для плавки ковкого чугуна быстро сгорает.
В таком случае секции, покрывающие другие более холодные части печи,
перемещаются на место сгоревших. Эту практику следовало бы применить
в некоторых регенеративных печах.
Рис 189 Печное загрузочное устройство с торцовыми захватами
Мероприятия по экономии труда
253
точные зазоры для расширения свода или изготовить раму из до-
статочно вязкого материала, не разрушающегося при этом рас-
ширении Кроме того, ее надо снабдить приспособлением, кото-
рое позволяло бы кирпичам, даже при расширении, оставаться
стянутыми, или же кирпичи следует подобрать так, чтобы при
Рис 1S0 Съемчый
свод
изменении температуры не происходило расширения конструк-
ции В т I показано, что, если температура превышает некото
рую известную, шамотный кирпич начинает садиться Вслед-
ствие этого появляется слабина, которая увеличивается еще
вследствие того, что при предшествующем расширении огнеу-
пора— ниже критической температуры — рама расширялась
Металлоконструкции свода вследствие этого расширения, усад-
ки кирпича при высокой температуре и, наконец, сжатия его
при остывании ослабевают, и отдельные кирпичи вываливают
ся, если не принять предохранительных мер На рис 190 пока-
зана часто применяемая конструкция для устранения этих не-
поладок Рама, удерживающая огнеупорные кирпичи, состоит
из двух секций, соединенных шарнирами и снабженных упором
С помощью последних секции можно стянуть или раздвинуть
На рисунке ясно виден болт, стягивающий секции и служащий
Для правильной их установки, дальнейшие пояснения излишни
254
Мероприятия по экономии труда
Усилия, которым должна противостоять рама съемного свода
можно рассчитать по методу расчета сводов, изложенному в т. I
Горизонтальные распирающие усилия (которые можно оп
ределить по весу свода с учетом приведенных в т. I факторов
температурного расширения) не только вызывают в раме на
пряжения расширения, но также стремятся изгибать ее Чтобы
рама была в состоянии сопротивляться этим усилиям, она
Рис 191 Секция съемного свода большого колодца для отжига
должна быть достаточно прочной и жесткой. Одна из тяжелых
рам для съемного свода очень большого колодца для отжига
изображена на рис 191.
Этот свод характеризуется интересными особенностями
Секции его можно укладывать штабелем одну на другую. При
нагревании не получается ни расширения, ни усадки свода, так
как в нем чередуются четыре шамотных кирпича с одним дина-
совым. Быстрого нагрева и охлаждения этого свода не бывает,
поэтому динасовый кирпич не страдает.
Съемные своды надо конструировать так, чтобы опериро
вать с ними было легко. Для этой цели их снабжают проуши
нами для крюков крана. Когда свод поднимается, в металло-
конструкциях не должно быть остаточных деформаций, несмо-
тря на изменение характера нагрузок. Кирпичи в своде также
не должны от этого расшатываться. Наконец, следует заметить,
что у печи со съемным сводом должна быть прочная обвязка
в плане, достаточно мощная, чтобы выдержать усилия, воз
пикающие вследствие температурных расширений кладки. По
этой же причине крупные печи со съемным сводом выполняют
обычно в виде колодцев, опорой для которых служат или ок
Мероприятия по экономии труда
255
ружающая земля или соседний колодец1. На рис. 192 показана
съемная крышка колодцевой печи, известной под названием
нагревательного колодца. Крышки нагревательных колодцев
передвигаются довольно часто, так как блюминг (который об-
служивается колодцами) прокатывает слитки с интервалом 1 —
2,5 мин. (в зависимости от размера слитка и скорости прокатки).
Раньше крышки перемещались с помощью гидравлического 1 2
Рис. 192. Крышки нагревательных колодцев
привода; теперь для этого применяют электродвигатели, смон-
тированные на самой крышке. Каждая крышка передвигается
одним или двумя двигателями. В рельсах, по которым пере-
двигается крышка с одним двигателем, предусмотрены углуб-
ления, в которые садятся катки, когда крышка оказывается над
колодцем. Если на крышке установлено два двигателя, один из
них служит для подъема, второй — для горизонтального пере-
движения2. Сварщик, передвигающий крышку, не подвергается
1 Последнее не обязательно. Современные нагревательные и термические
колодцы вовсе не зарывают в землю и строят с каркасом, независимым от
соседних колодцев, конечно, достаточно прочным. (Ред.)
2 Механизм передвижения крышек современных нагревательных колод-
цев не обязательно располагается на крышке. Довольно широкое распростра
некие получили колодцы, крышки которых перемещаются особым напольным
краном. Описание таких колодцев см., например, у А. И. Евдокименко. Сталь.
1947, № 4 и 5. (Ред.)
256
Мероприятия по экономии труда
излучению. Частично он руководствуется сигналами машиниста
клещевого крана. Устройство для подъема всей крышки можно
заменить песочным затвором с независимым перемещением
(рис. 193). Неводоохлаждаемые детали затвора выполняются
из жароупорного сплава. Принимая в расчет частое открыва-
Рис. 194. Клещевой кран с жест-
ким хоботом для нагревательных
колодцев
ние 193. Песочный затвор нагрс
вательного колодца:
/ — стенка колодца; 2 — крышка
колодца; 3 — нож песочного затво
ра; 4 — водоохлаждаемое корыто пе-
сочного затвора
ние, крышки нагревательных колодцев следует выполнять осо-
бо прочными. Часто повторяющиеся охлаждение и нагрев
кладки вызывают повышенный износ кирпича. На рис. 192 по-
казаны крышки, хорошо работающие с 1950 г. Крышки нагре-
вательных колодцев набирают из литого огнеупора, особенно
те, у которых применяют фасонный кирпич.
Если печь со съемным сводом в относительно холодном со-
стоянии загружается и опорожняется холодным материалом,
то для этих операций можно применять обычный кран. Если же
материал загружается или выдается в горячем состоянии, то
Мероприятия по экономии труда
257
применение таких кранов весьма нежелательно. Излучение из
открытой печи настолько интенсивно, что существенно меша-
ет управлению краном, и раскаленный материал ударяется о
стенки печи или о свод и разрушает кладку. Вследствие этого
колодцы в настоящее время обслуживаются специальными кле-
щевыми кранами с жестким хоботом (рис. 194). Длинные и
тяжелые предметы, например стволы орудий большого калиб-
ра, иногда нагревают в колодцевых печах. В этом случае тре-
буются очень высокое здание и огромные краны. Кроме того,
Рис. 195. Печь с выдвижным подом
возникает еще надобность в особом устройстве, позволяющем
класть нагреваемый предмет, чтобы захватить его для ковки.
Так как это все создает большие затруднения, то чаще нагрев
и термообработку длинных тяжелых предметов проводят в пе-
чах с выдвижным подом. С точки зрения равномерности нагре-
ва такие печи не представляют никаких преимуществ, скорее
Даже наоборот. Единственное их преимущество — возможность
манипулирования с нагреваемым материалом. На рис. 195 по-
казана печь с выдвижным подом для термообработки длинных
предметов, в данном случае корабельных валов. На рис. 196
Дан шоперечный разрез печи, в которой нагревают тяжелые
слитки (весом свыше 250 г) перед ковкой. Рисунок схематичен
В действительности четыре горелки размещены не в одной
плоскости. Из рис. 197 видно, что печь с выдвижным подом,
пожалуй, единственная, которая может служить для нагрева
таких громадных слитков, как изображенный на этом рисунке
Самые тяжелые слитки нагревают в этих печах. Когда нагре-
тый слиток больших размеров снимают с пода, лицу, управляю-
щему этим процессом, не следует стоять так близко, как пока-
зано на рис. 197. Печам с выдвижным подом свойственны ха-
17 В Тринкс Промышленные печи
258
Мероприятия по экономии труда
рактерные недостатки Когда под выкатывается из горячей пе-
чи излучение из нее направлено на пол. Поэтому пол надо по-
крывать не простым бетоном, а огнеупорным или кирпичом
Выкатывание пода из раскаленной печи сопровождается гро-
мадной потерей тепла, если только он не вкатывается в печь
тут же с новой садкой В печах для отжига тепло теряется дру-
Рис. 196 Печь с выдвижным подом для очень тяжелых слитков
гим путем- печь и садка охлаждаются вместе В пламенных пе-
чах с выкатным подом часто трудно обеспечить одинаковую ин-
тенсивность нагрева у подины и у свода Если садку не поднять
над подиной на подставках, низ ее будет холодным.
Чем ниже температура печи, тем выше должны быть под-
ставки Печи, в которых температура ниже 650°, для выравни-
вания температуры иногда оборудуют вспомогательными подо-
выми горелками или горелками, работающими с большим из-
бытком воздуха Подставки под садкой нужны еще и по другой
причине Они создают проем для пропуска цепей или подхва-
тов Для уменьшения потери тепла применяют тепловую изоля-
цию между шамотной кладкой пода и металлоконструкциями
тележки, на которой покоится эта кладка. Там, где садка раз-
Мероприятия по экономии труда
259
мешается непосредственно на поду, последний надо выклады-
вать из оплавленного кирпича, который меньше изнашивается,
чем обыкновенный. На выдвижном поду должен быть затвор
для предотвращения циркуляции газов между подподовым про-
странством и рабочей камерой. Только в единичных случаях
применяют водяной затвор. На большинстве печей с выдвиж-
ным подом применяют песочный затвор, так как применение
Рис. 197. Загрузка выкатного пода. Нагрузка вос-
принимается большим числом скатов
водяного сложно в связи с необходимостью горизонтального
перемещения подины. Помимо того, вода быстро испаряется и,
проникая в рабочее пространство, усиливает окалинообразова-
иие. Затвор, хорошо себя зарекомендовавший на практике, по-
казан на рис. 198. По мере продвижения тележки в печи песок
Распределяется неравномерно и легко скучивается у того или
Другого конца. Обычно нож затвора, погружающийся в песок,
Жестко соединен с тележкой. У затвора, показанного на ри-
сунке, он может несколько перемещаться в вертикальном на-
правлении, .что обеспечивает более надежное уплотнение. За-
твор, изображенный на рис. 198, имеет один недостаток — его
Размеры больше габаритов тележки. Затвор надо проектиро-
17*
260
Мероприятия по экономии труда
вать так, чтобы ни корыто, ни нож не повреждались, когда
тележка находится вне печи. Конструкция затвора, показанно-
го на рис. 199 и являющегося к тому же двойным, удовлетво-
ряет этому требованию. Два рассмотренных выше песочных за-
твора служат для уплотнения боковых сторон тележки. Л^ожно,
однако, устроить затвор и у заднего торца тележки, как показа-
но на рис. 200. Горизонтальный нож печи заходит в песочный
карман на тележке. На
фронте печи или у окна
загрузки никакого уплот-
нения не требуется. Неко-
торое количество горя-
чих газов, проходящих
под заслонкой окна, не
может попасть под те-
лежку, они уходят в цех.
Во многих современных
печах с выдвижным подом
заслонки составляют од-
но целое с тележкой. В
случае, если затвор устра-
ивается с четырех сторон
Рис. 198. Песочный затвор печи с вы-
катны.м подом:
Z — затвор; 2 — выкатной под; 3 — ды
ыоход
тележки, ее при вводе в
печь сначала слегка при-
поднимают, а затем для
создания затвора опуска-
ют. На практике такой
способ не применяется. В заключение следует заметить, что
для затворов лучше применять порошкообразный кизельгур
тонкого измельчения вместо песка. Для передвижения вручную
массивной тележки требуется время, это тяжелый труд. Поэто-
ту тележки обычно передвигают с помощью механизмов. Меха-
низм передвижения схематично показан на рис. 201. Электро-
двигатель через редуктор перемещает в ту или другую сторону
бесконечные трос или цепь. Тележку с помощью крюка прицеп-
ляют к ближнему или дальнему концу цепи и вкатывают в печь
или выкатывают из нее. Такой механизм передвижения не тре-
буется, если имеется возможность всегда, когда нужно заменить
его локомотивом или тяжелым трактором. Привод можно рас-
положить и на самой выкатной подине. До того как появились
подходящие роликовые подшипники, выкатные тележки перед-
вигались на шарах по V-образным желобам. Такое устройство
особенно удобно для печей, отапливаемых углем; на шары не
влияют ни дым, ни зола. В настоящее время выкатные подины
передвигаются на скатах с роликовыми подшипниками. Подшип-
ники могут работать при температуре 175—290°. Для того что-
Рис. 199. Двойной песочный затвор, утопленный в тележку
Рис. 200. Песочный затвор в заднем торце печи с выкатным подом
Рис. 201. Механизм передвижения выкатной подины с реверсивным электродвигателем. Нижний шкив сцеп
ляется с валом привода разъемной муфтой
Мероприятия по экономии труда
263
бы эта температура не была превышена, устраивается надле-
жащая изоляция в кладке подины и вентиляция пространства
под тележкой. Желательно на всех ходовых колесах на одном
рельсе предусматривать двусторонние реборды, а колеса на
другом рельсе оставлять гладкими. При высокой температуре
печи рама тележки расширяется, и, если с обеих сторон тележ-
ки применены колеса с ребордами, они могут заклиниться меж-
ду головками рельс и вызвать застревание подины. Это обстоя-
тельство учитывалось и при шаровых опорах. По оси подины ук-
Рис 202. Выкатной под, служащий для удаления
шлака в жидком виде
ладывались один над другим два обращенных V-образных жело-
ба с шарами между ними; у двух крайних рядов шаров такой
желоб укладывался только снизу. Количество скатов рассчиты-
вают, исходя из суммы допустимого давления при максимальной
нагрузке на подину и веса последней. В зависимости от назначе-
ния поверхности пода придают различную форму. Например, в
печах для обжига глазированной керамики на подине устраива-
ют выступы, напоминающие зубья бороны, которые обеспечива-
ют опирание только в отдельных точках. В печах для нагрева
материалов до сварочной температуры в подине предусматрива-
ют шлаковые отверстия и уклоны к ним (рис. 202). Само собой
разумеется, что можно придумать всевозможные конструкции
подины, чтобы удовлетворить разнообразным запросам, предъ-
являемым промышленностью для нагрева различных деталей.
Следует упомянуть еще, что передвижные подины применяют
также при непрерывном или более или менее непрерывном пе-
ремещении нагреваемого материала через печь. Конструкция
подин, употребляемых в этом случае, будет описана ниже, в
Разделе’Методических печей.
264
Мероприятия по экономии труда
Устройства для экономии труда при обслуживании печей
непрерывного действия
Если по экономическим соображениям целесообразно поль-
зоваться непрерывным перемещением материала в печи, то
этим способом перемещения следует пользоваться, поскольку
по затрате труда он экономичнее любого другого способа.
По существу, появление непрерывно действующей печи объ-
ясняется соображениями именно экономии труда. Ясно, что ис-
пользование таких печей является возможным при более или
менее непрерывном технологическом процессе, так как печь, че-
рез которую материал движется непрерывным потоком, непри-
годна при периодических процессах.
• В настоящей главе будут рассматриваться только те осо-
бенности непрерывно действующих печей, которые служат для
экономии труда. Свойства этих печей, приводящие к экономии
топлива, рассмотрены уже в гл. IV, т. I. Способ передвижения
нагреваемого материала через печь зависит в значительной
степени от температуры печи, а также от формы и размеров на-
греваемых предметов.
При необходимости нагрева более или менее одинаковых по
форме предметов применяют непрерывно действующие печи.
Перемещение материала в печи настолько важно, что при про-
ектировании современных печей и зданий соображения по это-
му вопросу часто превалируют над теплотехническими. Сле-
дующий перечень дает некоторое представление о существую-
щем разнообразии способов перемещения металла в печах не-
прерывного действия.
I. Прямолинейное перемещение.
А.	Толкатель:
I)	непосредственное проталкивание нагреваемых изделий;
2)	проталкивание поддонов, тележек и др. с нагреваемыми
изделиями.
Б. Выталкиватель.
В.	Устройство для перекатывания материала на подине.
Г. Конвейер:
1)	цепь;
2)	лента;
3)	ролик;
4)	тележка;
5)	монорельс;
6)	конвейер для специальных целей;
7)	самодвижение материала;
8)	вибрирующая подина.
Д. Шагающая балка.
Е. Устройство для вертикального перемещения.
Мероприятия по экономии труда
265
II. Круговое перемещение.
А.	Вращающийся под:
1)	загрузка снаружи, выдача изнутри;
2)	загрузка и выдача снаружи.
Б. Стационарная подина, вращающаяся печь.
В.	Прочие способы кругового перемещения.
III. Перемещение по винтовой линии.
А. Гладкий барабан.
Б. Ребристый барабан.
Прямолинейное движение; толкательные п е-
ч и. Часто применяемый и хорошо зарекомендовавший себя ме-
тод перемещения нагреваемого материала в печи состоит в про-
талкивании последнего по подине. Печи, в которых металл пе-
ремещается таким способом, называются толкательными печа-
ми. Конструкция пода этих печей была рассмотрена в разделе
«Прочность пода» в т. I. В тех случаях, когда металл должен
нагреваться до температуры ковки или прокатки, методическая
печь самая практичная и наиболее широко применяемая из всех
печей, в которых материал перемещается прямолинейно.
Печи этого типа строят с торцовой или с боковой выдачей.
Торцовая выдача во многих случаях предпочтительнее, так как
можно располагать рядом несколько таких печей, выдавая на-
гретый материал на один рольганг. Путем установки новых пе-
чей -рядом с существующими можно увеличить суммарную про-
изводительность соответственно возрастающей потребности в
нагреваемом материале. При боковой выдаче требуется человек
для выталкивания садки из печи. Печи с боковой выдачей нахо-
дят применение там, где длинные заготовки сравнительно не-
большого поперечного сечения поступают в непрерывную про-
катку. При этом, чтобы избежать слишком больших скоростей
в последней клети, заготовки должны проходить через первые
клети очень медленно: в таком случае задний конец заготовки
чрезмерно охлаждался бы, если бы находился вне печи на роль-
ганге или в желобе. Во избежание этого задний конец заготов-
ки должен оставаться еще в печи, когда передний уже проходит
первые клети. Производительность этих печей ограничивается
жестким пределом. Если прокатываются заготовки крупного по-
перечного сечения при большой производительности стана и
высокой скорости проходки в последних калибрах, то напряже-
ние пода печи должно значительно возрасти. При прокатке лег-
ких профилей напряжение пода соответственно падает. Обычно
такие печи проектируют в расчете на какой-то средний профиль.
В таком случае печь будет лимитировать прокатку тяжелых
профилей или при их прокатке работать с перенапряжением, и
расходы на ремонт неизбежно возрастут. Конечно, можно за-
гружать в печь предварительно подогретые заготовки, однако
266
Мероприятия по экономии труда
этот способ плохо вяжется с принципом экономии труда. Не-
прерывно действующие печи как раз и ценны тем, что в них ре-
ализуется этот принцип.
Методические печи должны снабжаться боковыми окнами.
Форма материала, проталкиваемого через печь, не всегда пра-
вильна и одинакова, поэтому нельзя ручаться за бесперебойное
продвижение его по всему поду.
Заготовки с овальнами углами или неправильной формы
(например, с концами, обрезанными на ножницах) иногда вы-
скакивают из ряда и
ложатся на другие, об-
разуя два и больше
слоев. Любой выступ
на подине может по-
служить причиной та-
кого выдавливания за-
готовок, что наглядно
показано на рис. 203.
Легко заметить, что
заготовки круглого се-
чения еще более склон-
вертикальная
составляющая
саль/ давления
Сило тяжести
Сила давления
толкателр
Рис. 203. Выталкивающее действие выступа
на подине
ны выскакивать из ря-
да. Когда направленная вверх составляющая силы давления тол-
кателя превысит силу тяжести заготовки, последняя выскочит.
Применяют различные способы, чтобы уменьшить тенден-
цию к выдавливанию, особенно для тонких легких заготовок.
Длину печи (в направлении движения толкателя) делают не-
большой. Изгибают глиссажные трубы, как показано на
рис. 204. В таком случае вертикальная составляющая силы тол-
кания направлена вниз. Если на нагреваемых изделиях нет не-
ровностей, выгнутые глиссажные трубы предотвращают выдав-
ливание заготовок, толщина которых составляет не менее
45 лш. Листовой материал нельзя проталкивать через печь.
Излюбленный способ борьбы с выдавливанием — устройст-
во уклона подины в направлении движения материала. Даже
небольшой уклон снижает силу толкания. Если, например, угол
наклона подины составляет 10° к горизонту, сила, необходимая
для проталкивания, уменьшится на 17,4%; в то же время сила,
поднимающая заготовки с пода, снизится до 1,5%. Другой спо-
соб, который был с успехом применен при проталкивании пред-
метов сложной формы (например, рельсов) или при продвиже-
нии заготовок с закругленными ребрами, показан на рис. 205.
Сила толкания, естественно, наибольшая вблизи толкателя и
падает до нуля в противоположном конце ряда нагреваемых
изделий. Опасность выдавливания поэтому больше всего у тол-
кателя. Выдавливание предотвращается с помощью балки, уло-
Мероприятия по экономии труда
267
женной вдоль ряда или жестко закрепленной над заготовками
или прижимающей их своим весом и в обоих случаях не позво-
ляющей заготовкам существенно подниматься. Последний слу-
чай как раз изображен на рис. 205. Большие заготовки выдав-
ливаются реже. Покидая прокатный стан, они остаются прямы-
ми, вследствие большого веса они не поднимаются. Этому зна-
чительно способствует прокатка заготовок с почти прямоуголь-
ными кромками.
Рис. 204. Методическая печь с .выгнутыми глиссажиыми трубами
Другие трудности возникают при нагреве в методических пе-
чах проката тяжелых профилей. О некоторых из них уже упоми-
налось в т. I. Главная трудность заключается в том, чтобы сов-
местить удовлетворительно действующее толкательное устрой-
Рис. 205. Приспособление для устранения выдавливания заготовок
из ряда в методической печи
ство с приспособлениями, обеспечивающими равномерный на-
грев по сечению тяжелого слитка, блюма или сляба. В начале
текущего столетия было выдано много патентов на приспособле-
ния на такую кантовку слитков или блюмов в томильной камере,
при которой недогретая сторона (в том числе и темные пятна,
обусловленные воздействием глиссажных труб) получала бы
больше тепла, благодаря чему обеспечивался равномерный про-
грев металла. Но вследствие высоких расходов на ремонт сохра-
нились лишь немногие из этих приспособлений. Одно из хорошо
работающих кантовочных приспособлений показано на рис. 206.
268
Мероприятия по экономии труда
Оно дает возможность переворачивать слитки и на 90, и на 180°.
Как видно из рис. 206, брус, крепко зажатый в тиски, устанавли-
ваемый в желаемом положении, вводится в печь и располагает-
ся относительно слитков или блюмов так, что может или продви-
гать их или кантовать. Под действием напора воды или сжатого
воздуха слиток кантуется, если брус давит на него вблизи верх-
ней грани, и продвигается вперед, если он касается слитка у ниж-
ней кромки. Тиски (или крейцкопф) скользят по направляющему
Рис. 206. Кантователь слитков:
1 — четырехходовой вентиль; 2 — СЛобразный съемный вкладыш
рельсу и снабжены V-образным съемным вкладышем, который в
случае износа легко заменить. Когда конец бруса находится вне
печи, его поливают небольшой струей воды, так что даже при ча-
стом применении в раскаленной печи он не перегревается. Чтобы
конец бруса можно было вводить между слитками или блюма-
ми, между ними должен быть зазор. Эти зазоры можно автома-
тически получать различными способами. Например, при резком
изменении уклона глиссажных труб книзу слитки или слябы
разделяются у верхней грани. Другой, весьма действительный
метод заключается в том, что слитки заставляют падать с кон-
ца глиссажных труб на под печи. Слитки средних размеров —
сечением до 200x200 мм — можно заставлять падать с переги-
ба глиссажных труб прямо на кладку пода, как показано на
рис. 207. Тяжелым слиткам, поперечное сечение которых состав-
ляет до 600x600 мм, как правило, уже не дают падать прямо на
под печи во избежание повреждений пода, размягченного к то-
му же шлаком. Если же под охлаждать водой или воздухом, то
невозможно добиться выравнивания температуры слитка. Сли-
ток можно заставить перевернуться, придавая глиссажным тру-
Мероприятия по экономии труда
269
бам изгиб, показанный на рис. 208. Если же слиток подошел к
окну выдачи не скантовавшись, это можно сделать с помощью
приспособления, изображенного на рис. 206, или манипулятора,
показанного на рис. 187.
Рис. 207. Томильная камера ме-
тодической печи. Слитки подают
с глиссажных труб на кладку по-
дины
Рис. 208. Томильная камера с ав-
томатическим кантованием слит-
ков при помощи изогнутых глис-
сажных труб
Глиссажные трубы, изогнутые как показано на рис. 208, под-
вергаются очень быстрому износу вследствие ударов при паде-
Рис. 209. Способ автоматической кантовки слитков:
1 — охлаждаемая труба; 2 — блюмсы
нии тяжелых слитков. В конструкции, изображенной на рис. 209,
напротив, устранена возможность повреждения подины при паде-
нии тяжелых слитков или блюмов. У основания глиссажных труб
уложена в поперечном направлении цельнотянутая труба с тол-
стыми стенками, заделанная в магнезитовую подину. К боковым
стенкам печи она прочно прикреплена анкерными болтами и ох-
лаждается внутри водой, подводимой по более тонкой трубе.
Блюмы переворачиваются на 180° и, таким образом, их недогре-
270
Мероприятия по экономии труда
тая нижняя сторона подвергается действию теплового потока.
Если поперечная водоохлаждаемая труба отсутствует, то блюмы
довольно скоро перестанут кантоваться, так как ребра падаю-
щих блюмов быстро выбивают в подине такую глубокую выемку,
что металл застревает в ней, не кантуясь.
Неприятности, связанные с кантовкой слитков или блюмов,
устраняются, если нагрев в методической печи происходит в не-
Рис. 210. Методическая печь с
толкателем и Р-обра.шыми ка-
навками на подине
его к прокатному стану нужным
Для проталкивания коротких
скольких зонах, как описа-
но в т. I. Неудобства, связан-
ные со шлакоудалением, устра-
няются, если поддерживать
температуру не выше 1250°.
Если в методической печи
нагреваются слитки, их ра-
ционально укладывать так,
чтобы уширенный конец одно-
го слитка соприкасался с более
узким концом другого. Бла-
годаря такой укладке слитки
не разъезжаются на глиссаж-
ных трубах и следуют один
за другим. Но в этом случае
печь надо оборудовать у тор-
ца выдачи поворотным сто-
лом, чтобы поворачивать каж-
дый второй слиток и подавать
концом.
заготовок квадратного сечения
в кладке подины делают канавки (как изображено на рис. 210,
показывающем поперечное сечение печи), в которых заготовки
укладывают на ребро. Поскольку употребляется стандартный
кирпич, расстояние между смежными канавками таково, что ко-
ротыши, поперечное сечение которых равно 100Х 100 мм, не пред-
ставляется возможным разместить в каждой из канавок. Свобод-
ные канавки между рядами заготовок заполняют хромистой ру-
дой, которая предохраняет подину от воздействия окалины. За-
готовки погружаются в канавки не глубже, чем требуется для
предотвращения бокового искривления ряда. Кладку надо вы-
полнять тщательно. Если какой-либо кирпич выступит в канав-
ку, то это может вызвать существенные неполадки.
При значительном увеличении размеров заготовок квадрат-
ного сечения, устанавливаемых на ребро, давление металла на
кладку возрастает, что вызывает необходимость увеличения глу-
бины канавки. В этом случае необогреваемая часть коротышей
оказывается настолько значительной, что нижняя часть заготов-
ки остается холодной.
Мероприятия по экономии труда
271
При нагреве заготовок больших сечений применяют водо-
охлаждаемые брусья, в которых, однако, поглощается столько
тепла, что почти весь низ заготовки остается холодным. Для
устранения неравномерного нагрева под заготовки направляют
горячие продукты сгорания, что показано на рис. 211, где изобра-
жен поперечный разрез печи с глиссажными трубами. Вследст-
Рис. 211. Методическая печь с водсохлаждаемьг'и
трубами, образующими V-образные желоба, с верх-
ним и нижним нагревом:
1 — нагреваемый материал, 2 — водоохлаждаемые трубы
вие большого перепада между температурой пламени и воды по-
вышаются эксплуатационные расходы. Короткие заготовки па-
дают на подину в передней части печи, где они равномерно рас-
пределяются сварщиком для завершающего выравнивания тем-
пературы. Такая методическая печь недостаточно экономична с
точки зрения затраты рабочей силы.
Одним из важнейших устройств, направленных на экономию
труда в методических печах, является толкатель, продвигающий
нагреваемый материал в печи. Толкатель приводится в движение
гидравлическим или пневматическим устройством или же с по-
мощью электродвигателя. Поршень, перемещающийся под дав-
лением сжатого воздуха, пара, воды или масла, передает дви-
жение загружаемому материалу непосредственно или с помощью
рычажного механизма. Электрический привод через соответст-
272
Мероприятия по экономии труда
вующую передачу сообщает движение винту, зубчатой рейке или
кривошипу, а от них с помощью какого-нибудь передаточного
механизма загружаемому материалу. Независимо от рода приво-
да можно сделать общие замечания, относящиеся ко всем спосо-
бам передачи движения. Толкатели работают с интервалами.
Вследствие этого при каждом движении механизма подаваемый
Рис. 212. Кривошипный толкатель с электроприводом у
методической печи
материал переходит из состояния покоя в состояние движения,
при этом должны преодолеваться значительные силы инерции.
С момента начала движения сопротивление трения, естественно,
падает. Опытами установлено, что коэффициент трения между
нагретой сталью и холодным рельсом составляет 0,4 в начале
движения (если металл покрыт окалиной, то он повышается
до 0,5) и падает до 0,3 при установившемся движении. При тем-
пературе белого каления коэффициент трения наименьший.
Если в печи продвигается материал различных размеров, то
ход толкателя должен сообразоваться с размерами материала
так, чтобы изделия можно было с удобством выгружать в торце
выдачи. В гидравлическом или пневматическом толкателе это
достигается установкой конечного выключателя на штоке порш-
Мероприятия по экономии труда
273
ня, который прекращает подачу воды или воздуха в цилиндр. В
толкателе с электроприводом то же достигается с помощью
электрических конечных выключателей и тормозов. В кривошип-
ном толкателе с электроприводом (рис. 212) кривошип обычно
совершает полный оборот при проталкивании каждой заготов-
ки. В таком случае длина хода регулируется изменением длины
Рис 213 Винтовой толкатель с электроприводом
плеча кривошипа или шатуна, которые передают движение на-
греваемому материалу. На рис. 213 изображен винтовой элект-
рический толкатель, а на рис. 214 — реечный. Рейка приводится
в движение электродвигателем через редуктор и зубчатые коле
са. В этой конструкции прямолинейное движение рейки заменяе!
Движение поршневого штока гидравлического толкателя. Следу-
ет заметить, что при обратном ходе головка толкателя скрывает-
ся между рельсами. Когда она находится в этом положении, за-
гружаемая заготовка подается цепью транспортера и уклады-
вается перед толкателем. При движении вперед головка толкаю-
щей рейки поднимается над загрузочным столом и вталкивает
заготовку в печь. У гидравлических толкателей есть ряд досто-
инств, но также и серьезные недостатки. Трубы, по которым по-
18 в Тринкс Промышленные печн
274
Мероприятия по экономии труда
дается вода к цилиндру, часто повреждаются, особенно зимои
У электрических толкателей кабели укладывают в безопасном
месте и их работа не зависит от времени года. Поэтому для со-
временных печей, как правило, применяют толкатели с электри-
Рис 214 Реечный толкатель (толкатель объединен с устройством длч
подачи заготовок к печи)
1 — торец лечи, 2 — электродвигатель 50 л с, 3 — электродвигатель 80 л с
ческим приводом, за исключением тех случаев, когда печь уста-
новлена у гидравлического пресса. Достоинства толкателей обоих
типов можно объединить в устройствах для печей небольших или
средних размеров. В этих устройствах насос с электроприводом
и авторегулятором давления накачивает масло в напорный бак,
откуда оно течет к толкателям и от них обратно к насосу Одна-
ко такая система опасна в пожарном отношении
Толкатель должен преодолеть силу трения при продвижении
садки через печь. Эта сила в больших печах достигает значи-
Мероприятия по экономии труда
275
тельной величины, поэтому толкатель должен надежно закреп-
ляться анкерными болтами. Если садка продвигается по глис
сажным трубам, их обычно жестко связывают с толкателем
оставляя противоположным концам труб возможность свободно
расширяться в горячем конце печи ’. При этом силовое поле по-
лучается замкнутым внутри цепи—толкатель, садка, трубы Me
тодические печи с боковой выдачей необходимо оборудовать
устройством для выталкивания заготовок, за исключением тех
случаев, когда последние малы и потому могут выдаваться вруч
ную. Таким устройством может являться передвижной манипуля-
Рис 215 Механический выталкиватель
гор, но чаще применяют стационарный выталкиватель. Механи-
ческий выталкиватель схематично изображен на рис. 215. Рабо-
чий подводит водоохлаждаемую штангу к концу выдаваемой за-
готовки и нажимает педаль, соединенную с пусковым клапаном
гидравлического цилиндра Под действием поршня цилиндра
поднимается нажимной ролик, которым штанга прижимается к
другому, постоянно вращающемуся ролику; в результате закли
нивания штанга вводится внутрь печи. Чтобы оси заготовки и
штанги совпадали, последнюю можно передвигать поперек роли-
ков. Если печь ведется слишком форсированно, окалина может
оплавиться, заготовки привариться одна к другой В этом случае
рабочий на выдаче должен попытаться сначала разделить при-
варившиеся заготовки
Если заготовки очень длинные, они не только выталкивают
ся через боковое окно в сварочной камере, но также и загру
жаются в печь через боковое окно у холодного торца печи. Обору-
дование, обычно применяемое в этом случае, показано на рис 216
Рольганг у торца загрузки подает заготовку через боковое окно
1 Такое конструктивное решение в практике печестроения СССР не при
меняется, так как нецелесообразно нагружать трубы, работающие и без того
в довольно тяжелых условиях (Ред )
18*
276
Мероприятия по экономии труда
з печь. Там она подхватывается водоохлаждаемыми роликами,
установленными косо. Благодаря косому расположению роликов
заготовка прижимается к задней стенке печи. На нижнем рисун-
ке видно, что ролики несколько приподняты над подовыми рель-
Рис 216 Устройство для подачи длинных заготовок в печь
сами. Вдвинутая заготовка в конечном положении упирается в
пружинный буфер. Толкатели служат для продвижения в печи
не только слитков, блюмов, слябов или заготовок, но и другого
разнообразного материала, погружаемого в поддоны, муфели и
на тележки. В туннельных печах для обжига кирпича садка раз-
мещается на тележках. На тележках размещают также кера-
мику, листы в стопах, корпуса снарядов, круглые заготовки для
Мероприятия по экономии труда
277
прошивки и другой материал, который невозможно проталкивать
непосредственно. Если садка передвигается на металлических
поддонах, последние должны быть достаточно прочными, чтобы
при температуре печи противостоять усилиям толкателя. Усло-
вия работы поддонов облегчаются в виду того, что там, где эта
сила достигает наибольшего значения, поддоны холодные.
Если поддоны покоробит в печи, их можно выправить. На
рис. 217 показан поддон сверху и снизу. Он снабжен плоскими
и U-образными салазками. Их форма соответствует способу раз-
Рис 217. Подставки из легкого сплава для толкательных печей
мещения реборд на ходовых колесах выкатной подины, движу-
щихся только по одному рельсу, как показывалось выше. Ме-
таллические поддоны редко употребляются в печах с температу-
рой выше 950°. Когда на тележки укладываются для проталки-
вания короткие изделия (например, круглые заготовки для про-
шивного стана), необходимо предусматривать манипулятор, за
хватывающий одну заготовку за другой с тележки, еще находя-
щейся в печи, и доставляющий их на стол рольганга, ведущего
к стану.
Для передвижения материала в печи на поддонах требуется
решить еще одну задачу — найти способ возврата поддонов от
торца выдачи к торцу загрузки. Для этой цели пользуются вся-
кого рода конвейерами, располагая их и над печью, и с боков, и
под печью. Применяют и монорельсы, но одним из простейших
устройств служит наклонный рольганг, располагаемый на одной
из боковых стен печи и позволяющий возвращать поддоны к тор-
цу загрузки самоходом. На рис. 218 схематично показано, как
это устройство можно применить для возврата плоской тары.
Плоские поддоны кладут узкой стороной на ролики, так что они
занимают мало места. Поддоны скатываются вниз по роликам
расположенным таким образом, что исключена возможность
опрокидывания поддонов. Такое устройство вполне оправдало
себя на практике и экономит много труда. Когда в цехе доста-
точно свободно, поддоны можно располагать широкой стороной
278
Мероприятия по экономии труда
на роликах (как при перемещении кирпича). Подобное устройст-
во применяется для транспортирования поддонов самых различ-
ных размеров.
Возвратное движение поддонов можно хорошо организовать
в отделении термообработки, если расположить печь для нагре-
ва перед закалкой, закалочный бак, установку для мойки и су-
шило по сторонам четырехугольника Такая компоновка обору
дования показана на рис. 219 Все движения поддонов механи-
Рнс 218 Схематическое изображение возврата поддонов к загрузоч
ному торцу печи
/ — стена печи, 2 — обвязка печи 3 — ролик, 4 — шплинт, 5 — поддон
зированы, за исключением участка между торцами выдачи из
сушила и загрузки печи для цианирования. В этом месте требует
ся присутствие человека для выгрузки и загрузки поддонов, по
этому здесь механизация передвижения поддонов не даст эконо
мии труда. Во всех других местах толкатели и выталкиватели
приводятся в движение электродвигателями. Рис. 219 настоль-
ко понятен, что в более подробных комментариях не нуждается.
Ролевые печи. Эти печи с непрерывным перемещением
материала появились раньше, чем методические печи. Их нельзя
отнести к устройствам, экономящим труд, так как рабочий дол-
жен через боковые окна клещами или ломом кантовать слитки
или блюмы и перекатывать их таким образом от торца загруз
ки к окну выдачи Несмотря на весьма равномерный нагрев ма-
териала в этих печах, они изъяты из практики прокатных цехов
вследствие тяжелых условий, с которыми связано их обслужива-
Рис 219 Компоновка печи с устройством для возврата поддонов в исходное положение
печь для цианирования 2 — шлеппер для поддонов, 3 - механизм для перемещения поддонов, 4 — установка для мойки. 5
сушило, 6 — вентилятор 7 — шчеппер для поддонов, 8 — направляющие для передачи поддонов вручную
280
Мероприятия по экономии труда
ние. В настоящее время они сохранились в производстве колес-
ных бандажей, где круглые диски, отрезанные от слитков или
откованные, перекатывают вручную через печь. Кроме того, эти
печи применяют для нагрева кругляшей перед прокаткой цель-
нотянутых труб, особенно в странах с дешевой рабочей силой.
Однако даже и в таких странах предпринимаются попытки
устранить этот тяжелый труд. Для этой цели применяют маши-
ну, которая двигается вдоль печи и перекатывает заготовку по
Рис. 220. Ролевая печь для нагрева небольших круглых заготовок-
наклонной подине. Машина движется по наклонным рельсам
Вместе с машиной движется штанга, которая вводится в печь и
может качаться в горизонтальном и вертикальном направлениях.
Однако от использования такой машины отказываются, ввиду
неудобств при оперировании с нею.
При нагреве в ролевых печах с наклонным подом небольших
круглых заготовок, например необходимых для ковки корпусов
90-лш снарядов, требуются небольшие затраты труда. Такая
печь показана на рис. 220. Рабочий на выдаче заготовок стоит
на расстоянии 3—3,5 м от печи. Он выгребает заготовки с того
места, где они слишком размягчаются и поэтому не в состоянии
скатываться вниз. Если заготовки перестают скатываться даже
в относительно холодном месте печи, рабочий у торца загрузки
сдвигает их с помощью кувалды. Для этой же цели обычно при-
меняется длинный водоохлаждаемый брус, подвешенный на мо-
норельсе.
Если уклон подины достаточно велик, то круглые заготовки,
нагреваемые до температуры не выше 900°, сами скатываются по
наклонному поду. Для заготовок, нагреваемых до 1200°, уклон
пода обычно принимают около 85 мм на 1 м длины. Теоретически
уклон должен быть меньше у холодного конца печи и больше х
Мероприятия по экономии труда
281
горячего, а у окна выдачи необходим горизонтальный участок
для остановки перекатывающихся заготовок. На рис. 220 показан
такой горизонтальный участок. В двадцатых годах печи с на-
клонным подом применялись для нагрева до 900° корпусов сна-
рядов и других круглых заготовок.
Для таких печей необходим был тщательно отработанный
стопор. Без него содержимое печи внезапно выкатывалось на пол.
Теперь эти печи заменены печами другого типа. При укладке на
наклонную подину холодных колец требуется мастерство и акку-
ратность во избежание повреждения печи.
В массовом производстве корпуса снарядов перекатывались
и по горизонтальной подине, если температура печи не превыша-
ла 900°. Это выполнялось при помощи штырей, пропущенных че-
рез подину. От такой конструкции также отказались ввиду огра-
ничения области ее применения и высоких расходов на ремонт.
Ограничения в применении печи заключаются прежде всего в
том, что в ней могут быть нагреты заготовки только одного диа-
метра.
В США до сего времени работает некоторое число ролевых
печей с наклонным подом для нагрева круглых заготовок, но их
заменяют печами других типов. В 1953 г. в ФРГ была за-
патентована качающаяся ролевая печь. Подина этой печи при
загрузке может находиться в горизонтальном положении, а на-
клон ее при регулярной работе можно так отрегулировать, чтобы
свести к минимуму участие рабочего в перекатывании заготовок
Устройство и обслуживание такой печи должно быть проще,
чем качающейся мартеновской печи.
Конвейерные печи
Непрерывно движущиеся конвейеры, применяемые в печах,
можно разделить на 4 группы: цепные, шарнирно-цепные, кон-
вейеры из сплошной ленты и сетчатые.
При нагреве большого количества одинаковых или по край-
ней мере подобных изделий применение конвейеров экономит
ручной труд и поэтому их устанавливают всегда и везде, если
они выполняют это назначение. Однако для этого требуются оп-
ределенные условия, которые следует учитывать.
Всякий конвейер должен преодолевать силу трения. Кон-
вейер скользит по металлической опоре, которая испытывает
давление от веса самого конвейера и садки. Величина допусти-
мого натяжения, приходящаяся на единицу ширины конвейера,
зависит от конструкции и материала конвейера, температу-
ры и характера атмосферы в печи, а также от способа за-
грузки.
282
Мероприятия по экономии труда
В печи могут быть расположены обе ветви конвейера, об-
ратная ветвь может быть расположена и вне печи.
Цепные и шарнирно-цепные конвейеры. Для мно-
гих целей применяют цепи, которые остаются практически холод-
ными. Они движутся или полностью вне печи, или в желобах под
поверхностью подины. В обоих случаях они снабжаются детали-
Рис 22Y. Автоматическая лечь с цепью вне печи (видны пальцы, несущие
нагреваемые детали)
ми, попадающими в печное пространство и несущими нагревае-
мый Материал. Это показано на рис. 221, 222 и 223. Желоба, в ко-
торых движется цепь, часто охлаждаются водой (рис. 222). Хо-
лодные цепи дешевы, поскольку они стандартны и выполняются
не из легированного металла. К ним крепят несущие детали лю-
бой формы, выполняемые из легированной стали, так как они по-
падают в рабочее пространство печи, где температура достигает
большой величины. Несущие детали (рис. 222 слева) образуют
непрерывную линию опоры над каждой цепью. Они применимы
для транспортирования длинных изделий, например автомобиль-
ных осей.
Цепи могут двигаться в горячей печи, оставаясь относительно
холодными. Когда в печи продвигается массивная пепь, на высту-
пах которой лежат легкие предметы, например, тонкие шайбы или
Мероприятия по экономии труда
283
диски, последние нагреваются до конечной температуры, в то
время как цепь остается еще темной. На обратном пути цепь про-
Рис 222 Автоматическая печь с цепью, перемещающейся в направляющих,
охлаждаемых водой:
/ — водоохлаждаемые направляющие 2 — направляющие: 3 — элемент цепи' 4 —
натяжная станция
Рис. 223. Торец выдачи печи с цепным конвейером тля
нагрева автомобильных осей (видны несущие плавни-
ки, прикрепленные к цепи, и изогнутые трубы для по-
дачи осей на тележку)
ходит под печью в корыте с водой. На нижней поверхности нагре-
ваемых дисков получаются четыре небольших темных пятна от
пальцев цепи, однако температура диска выравнивается, как
284
Мероприятия по экономии труда
только он покидает печь. Благодаря пирамидальной форме паль-
цев можно транспортировать диски различных размеров. При
Рис. 224. Печь с холодной цепью для нагрева шайб ма вра-
щающихся прутьях
рассмотрении этого способа транспортирования садки в печи
ясно обнаруживается часто встречающееся противоречие между
тенденциями к экономии труда и к экономии топлива.
Шайбы можно нагревать, транспортируя их в печи с помощью
холодной цепи, которая сама никогда не попадает в печь
(рис. 224). Цепь несет горизонтальные прутки, вращающиеся во-
Мероприятия по экономии труди
285
круг собственной оси во время движения в печи. Прутки изготов-
лены из высоколегированной стали. Вращение необходимо, чтобы
избежать прогиба. Шайбы нанизываются на прутки. Вследствие
того, что цепи остаются холодными, их можно туго натягивать.
Холодные цепи, движущиеся в желобах под поверхностью поди-
ны, нельзя устанавливать в печах, где окалина может падать с
садки, так как она, попав в желоба и засорив их, вызовет закли-
нивание и защемление цепи. Цепи с горячими несущими пальца-
ми весьма удобны в отношении загрузки н выдачи, так как в этом
случае допустимо, чтобы они выступали за пределы печи с обоих
торцов. Если исключить из рассмотрения случай нагрева материа-
ла в защитной атмосфере, то с точки зрения возможностей при-
менения автоматических способов передвижения материала в пе-
чи использование холодной цепи наиболее удобно.
Горячие цепи должны быть хорошо конструктивно выполнены,
с ними необходимо осторожно работать. Трудности, очевидно,
возрастают с температурой. Если нагрузки на цепь из высоколе-
гированной стали при температуре 650° принять за 100%, то до-
пустимые нагрузки при более высокой температуре составят:
Температура,
°C.......... 700	760	815	870	925	980	1040 1090
Допустимая
нагрузка, % . 78	57	34	27	17,5	9,2	4,7	2,8
Значения в этой таблице приведены для высоколегированного
литья с большой устойчивостью против ползучести. Хотя для дру-
гих сплавов величины допустимой нагрузки отличаются от при-
веденных, горячие цепи для работы при высоких температурах в
большинстве производств получаются слишком громоздкими и
дорогими.
Существенное значение имеет равномерность температуры по
сечению цепи, особенно в широких печах. Недостаточная равно-
мерность вызывается неправильным сжиганием топлива или пло-
хим электрическим нагревом, но чаще объясняется неверным об-
служиванием. Если холодной садкой загружают одну и ту же по-
ловину цепи, обнаженная часть сильно расширится и все натяже-
ние должна будет воспринять холодная половина.
Были предположения, что при этом силы распределятся рав-
номерно, поскольку холодная цепь прочнее нагретой. Однако тем-
пература холодной половины достигнет температуры печи вблизи
торца выдачи, где натяжение максимальное; и эта часть цепи
приобретет там остаточную деформацию. В широких печах разни-
ца в расширении может достигнуть 10 мм и даже более. Важное
значение имеет величина коэффициента трения между конвейе-
ром (звеньями цепи или лентой) и направляющими опорами, по-
скольку преодолеваемое при движении цепью или лентой усилие
286
Мероприятия по экономии труда
прямо пропорционально коэффициенту трения. Если скользящие
поверхности представляют собой чистый металл, коэффициент
трения составляет от 0,4 до 0,55 (меньшие значения соответству-
Рис. 225. Звенья цепи, рассчитанные на малое усилие в сочле-
нении
ют большим температурам). Применение графитовой смазки ока-
зывает влияние на коэффициент трения. При появлении окалины
Рис. 226. Типичный график допустимой нагрузки
на звенья цепи в зависимости от температуры:
1 — обычные звенья цепи толщиной 76 мм; 2 —
обычные звенья цепи толщиной 102 жж; 3 — усилен-
ные звенья цепи толщиной 102 мм с литыми ступи-
цами
(из окислов или из сульфидов) этот коэффициент увеличивается
до 0,6 и даже больше.
Напряжения, которым подвергаются элементы цепи конвейе-
ра, и температурные условия обусловливают величину ползучести
для данного материала цепей. Растягивающее усилие в звене, ес-
ли оно равномерно распределено, равно сумме весов садки и це-
пи, умноженной на коэффициент трения и деленной на площадь
поперечного сечения в наиболее узком месте цепи. Звено с доволь-
Мероприятия по экономии труда
287
но равномерным поперечным сечением и сборка таких звеньев
показаны на рис. 225. Расстояние между центрами натяжных ба-
рабанов входит в уравнение сил, так как оно влияет не только на
вес садки, но также и на вес цепи, а этими весами определяется
сила трения, которую должна преодолевать цепь. Все изготови-
тели конвейеров выпускают таблицы и графики, с помощью кото-
рых можно подобрать конвейер надлежащих размеров. Типичные
кривые приведены на рис. 226. Расстояния между центрами бара-
Рис 227 Изношенная цепь с изогну-
тыми пальцами
Рис. 228. Звенья цепи для
очень тяжелых условий рабо-
ты, воспринимавшие повышен-
ные угития. Видны разорван-
ные петли
банов конвейера равны 6700 мм. Принимается, что лента на 40—
50% длины нагружена равномерно, на остальной части—нагруз-
ка сосредоточенная. Когда звенья цепи работают с предельной
нагрузкой, во многих конструкциях пальцы сочленений разрыва-
ются раньше звеньев. По общему мнению, на пальцы действуют
срезывающие усилия, но в действительности они изгибаются. Это
видно на рис. 227.
Для исключительно тяжелых условий (высокая температура,
сильное натяжение) конструкция выполняется так, что зубья
приводного барабана не воздействуют на пальцы звеньев, а пере-
дают усилие на ступицу, отлитую заодно с каждым звеном. В та-
кой прочной конструкции самой слабой частью являются петли;
это хорошо видно на рис. 228. Приводные барабаны надо кон-
струировать так, чтобы звенья цепи не касались поверхности ба-
рабана между зубьями во избежание появления изгибающих уси-
лий. Материал цепи должен выдерживать температуру, при кото-
рой она будет работать, и усилия, которым она будет подвергать-
ся. Сведения о ползучести различных сплавов приведены в т. I.
Рис. 229. Собранная звеньевая лента для печи
Рис. 230. Жароупорные цепи для работы в горячей печи
Детали, несущие нагреваемый материал, привариваются к
нескольким цепям:
1 — подина печи; 2 — каналы для циркуляции печных газов,
3 — направляющие из хромистой стали; 4 — нагреваемый мате-
риал; укладываемый на поперечины; 5 — приварка; 6 — детали
цени и поперечины
Мероприятия по экономии труда
289
Материал, из которого изготовляют цепи для работы при наибо-
лее часто встречаемых температурах — около 850—900°, содер-
жит 35—40% никеля и 15—17% хрома.
Звенья конвейера, на который укладывают небольшие изде-
лия, проектируют так, чтобы получилась сплошная лента без ще-
лей. Кроме того, она снабжается боковыми бортами. Такая лента
показана на рис. 229, где ясно видны эти особенности. Кроме то-
го, на этом рисунке показаны ведущий и холостой барабаны. По-
следний может быть снабжен зубьями, но может быть и без них.
Когда цепь набегает на холостой барабан, напряжения в ней весь-
ма незначительны, поэтому прямые звенья не прогибаются. Если
этот барабан снабжен зубьями, рекомендуется его разделить на
несколько коротких секций и установить их свободно на оси.
Звенья цепи скользят по балкам из легированной стали. Если в
печи должны нагреваться длинные предметы различных разме-
ров, можно делать цепи открытого типа. Такие цепи показаны
на рис. 230.
Вес одного квадратного метра цепных конвейеров, выполнен-
ных из жароупорного металла и предназначенных для легких ус-
ловий работы, составляет около 83 кГ. Натяжение цепи поддер-
живается пружинами, помещенными вне печи, воздействующими
на холостой барабан, или противогрузами, действующими через
рычаги.
Транспортеры из сплошной ленты или из про-
волочной сетки.
Для транспортировки в печи легкого материала целесообраз-
но применять металлическую ленту. Были попытки применить
для этой цели штрипс из легированной стали, однако он оказался
недолговечным, так как краевые разрывы распространялись на
всю ширину. Лучшими по качеству оказались ленты, сплетенные
из проволоки нержавеющей стали. Теперь работает много транс-
портеров с такими лентами. Размер проволоки и густоту плетения
сетки выбирают в соответствии с размерами, весом и формой на-
греваемого материала. Разнообразие различных сеток очень ве-
лико. На рис. 231 видна конвейерная лента из проволочной сетки,
выходящая из печи. В большинстве современных установок лен-
та не выходит на открытый воздух, а постоянно находится внутри
печи. Ленты из проволочной сетки оказались лучшими транспор-
терами. На приводном барабане нет зубьев. Если обычный у гот
обхвата (180°) оказывается недостаточным для создания силы
трения, необходимой для того, чтобы вытягивать садку, устанав-
ливают нажимной ролик. Применяют нажимные ролики разных
конструкций соответственно потребностям. Обычная схема уста-
новки нажимного ролика показана на рис. 232.
В ленточной передаче возникают различные усилия на веду-
щей и ведомой ветвях. Напряжение в ведомой ветви передается
19 В. Тринкс Промышленные печи
290
Мероприятия по экономии труда
окружности холостого барабана. Напряжение в ведущей. ветви
значительно больше. Проволоки в сетке расположены под углом
к направлению силы натяжения, поэтому усилия, действующие
Рис. 231 Автоматическая конвейерная печь с про-
волочной лентой
на проволоку, больше величины напряжения ленты. Кроме того,
предел ползучести проволоки, которая является тянутым материа-
лом, ниже, чем литого материала (см. т. I). Несмотря на эти не-
Рис. 232. Схема установки натяжно-
го ролика для печного конвейера
достатки, сетчатые транспорте-
ры, если они выбраны и приме-
нены надлежащим образом, с
успехом применяются. Суще-
ствуют довольно определенные
соотношения между диаметром
проволоки, типом сетки и ми-
нимально допустимым диамет-
ром барабана. Если диаметр
барабана слишком мал, прово-
локи чрезмерно перегибаются и срок службы ленты сокра-
щается. Существует много способов определения минимально
допустимого диаметра барабана. Одним из них таков: допусти-
мый диаметр барабана считается равным 14 м, деленным на ко-
личество узлов, приходящихся на 1 м длины ленты. Так, если в
ленте приходится 55 узлов на 1 м длины, то допустимый диа-
Рис. 233 Сетчатая лента для небольшой загруз-
ки. Расстояние между осями проволок в сетке
около 25 мм
’ Рис. 234. С етчатая лента для крайне тяжелой
загрузки Расстояние между осями проволок в
сетке 19 мм
292
Мероприятия по экономии труда
метр барабана будет равен 14:55=0,255 м. Другие способы по-
добны этому. Конструкция этих барабанов такая же, как и холо-
стых барабанов, по которым движутся цепные ленты.
Если нагреваемые предметы могут скатываться с ленты, транс-
портеры снабжают бортами. Эти борта выполняют жесткими или
из сетки. В обоих случаях они состоят из коротких отрезков, на-
бегающих один на другой, подобно черепице, как показано на
рис. 229.
Печные конвейеры всех типов поддерживаются рельсами и
балками, выполненными из жаропрочной стали. Изготовители
цепей и лент для печей уделяют большое внимание конструкции
Т аблица 15
Примерные эксплуатационные данные сеточных лент для печных транспортеров
Сетка с ячейкой 38 мм, вес 9,76 кГ)м2
	ч X а и с Е и	Максимальное допустимое нап- ряжение в зоне наивысшей тем- neodi уоы.	кГ/м ширины		Рабочая нагрузка, кГ при расстоянии от бара- бана в торце загрузки до конца камеры нагрева, к			Содержание легирующих эле- ментов в материале, из кото- рого изготовлена проволока дли сеток, %
				1,84	2,75	3,65	
650 700		1488,2 1340		352 352	230 230	166 166	18Сг и 8N1 14Сг	17Сг 18Сг и 8Ni 14Сг	17Сг
760 815		895 445		352 337	230 220	166 161	18Сг и 8Ni 14Сг	17Сг 18Сг и 8N1 25Сг и 12N1	—
870 925		342 253		255 186	166 122	122 88	25Сг и 12Ni	—	— 25Сг н 12Ni 25Сг и 20Nr —
980 1040		194 149		137 102	83 64	64 44	25Сг и 2')Ni 80N1 и 14Cr 34N1 и 19Сг 25Сг и 20N1 80Ni и 14Cr 34N1 и 19Сг
1090 1120 1150		119 106 95		83 68 64	49 44 39	34 29,9 24,5	25Сг и 20N: 80Ni и 20Cr 34Ni и 19Сг 25Сг и 20Ni 80N1 и 20Cr 34N1 и 19Сг 80N1 и 20Сг	—	—
Мероприятия по экономии труда
293
Табл ица 16
Примерные эксплуатационные данные сетчатых лент для печных транспортеров
Сетка с ячейкой 19 мм, вес 34,2 кГ/м2
Температура, ®С	Максимальное допустимое нап- ряжение в зоне наивысшей тем- пера ! у J ы, кГ/м ширины	Рабочая нагрузка, кГ/м* при расстоянии от бара бана в торце загрузки дс конца камеры нагрева, л			Содержание легирующих элементов в материале, из которого изготовлена про- ;	волока для сеток, %
		1,84	2,75	3,65	
650 700	5050 4155	1175 1175	730 730	540 540	18Сг и 8N1 14Сг	17Сг 18Сг и 8N1 14Сг	17Сг
760 815	2535 1640	1175 1175	730 730	540 540	18Сг и_ 8N1 14Сг	17Сг 18Сг и 8Ni 25Cr_ n i2Ni
870 925	1370 995	1020 740	675 478	495 346	25Сг и 12Ni	—	— 25Сг и 12N1 25Сг и 20N1	—
980 1040	730 520	530 365	337 230	245 161	25Сг и 20Ni 80N1 и 14Сг 34Ni и 19Сг 25Сг и 20N1 80Ni и 14Cr 34Ni и 19Сг
1090 1120 1150	416 342 327	284 225 215	176 136 127	122 93 88	25Сг и 20Ni 80Ni и 20Cr 34N1 и 19Сг 25Сг и 20Ni 80NI —20Cr 34Ni и 19Сг 80N1 и 20Сг	—	—
и материалу опор, так как при провисании опор происходит по-
вреждение цепей и лент. При выборе и установке сетчатых кон-
вейеров большое значение имеет опыт изготовителей. Само собой
разумеется, в небольшой главе невозможно изложить этот опыт,
но можно сообщить важнейшие выводы о зависимости мощности,
нагрузки и скорости движения от различных факторов. Для этой
294
Мероприятия по экономии труда
цели приведены рис. 233, 234 и табл. 15, 16. Из таблиц следует,
что допустимая нагрузка на транспортер при прочих равных ус-
ловиях примерно пропорциональна весу 1 м'2 ленты. Также со-
вершенно ясно влияние температуры печи и длины ленты. При
1175° и длине ленты (между барабанами) около 7,3 м полезная
нагрузка равна нулю. На рис. 233 и 234 показаны ленты для
легкой и очень тяжелой нагрузок. Существует много промежуточ-
ных типов для средних нагрузок. Характеристики их подобны
характеристикам, приведенным в табл. 15 и 16. Применение за-
щитных атмосфер — главный довод для использования цепных
транспортеров в печах. Загрузка на горячую цепь и выдача с нее
вызывают некоторые затруднения. В закалочных печах выдача
Рис. 235. Способ загрузки горячей ленты и выдачи с нее:
1 — вибрационный питатель; 2 — лета; 3 — радиационные трубы; 4 — конвейер
нз закалочной ванны; 5 — закалочный бак: 6 — ролики, поддерживающие цепь
проста. Нагреваемые изделия падают с конца конвейера в желоб,
ведущий в закалочную ванну. Пары, поднимающиеся от ванны,
обычно удаляются по отводу. Такая установка схематично пока-
зана на рис. 235. На нем показаны в разрезе радиационные трубы
3. Отдельными кружками показаны в поперешом разрезе роли-
ки 6, поддерживающие цепь. Если нагреваются тяжелые детали,
желоб на выдаче делают наклонным для уменьшения силы удара
о дно закалочного бака. В печах для отжига или для отпуска кон-
вейеры применяют реже, особенно в печах с защитной атмосфе-
рой. Конвейер можно разделить на две части: одна расположена
в камере нагрева, другая — в камере охлаждения. С первой части
конвейера материал выдается на вторую, расположенную ниже.
Приспособление для загрузки материала на конвейер должно быть
устроено так, чтобы потери защитного газа были минимальными.
Среди них следует отметить ранее упоминавшийся вибрационный
питатель, показанный на рис. 235.
Мероприятия по экономии труда
295
Роликовые печи
С помощью роликовой подины хорошо решается проблема
транспортирования материала в печи. Самая простая роликовая
подина состоит из некоторого числа вращающихся роликов, при-
Рис. 236. Роликовая подина в электрической нагревательной
печи
водимых в движение от вала, расположенного вне печи. На
рис. 236 приведена такая конструкция. Ролики изготовляют из
жаропрочного сплава, который может надежно работать при тем-
пературе печи. Способ привода роликов с помощью червячной
передачи, расположенной вне печи, понятен из рисунка. Ролики
должны вращаться достаточно быстро, чтобы не было заметной
разницы между температурой верха и низа, иначе неизбежно их
296
Мероприятия по экономии труда
искривление. Если остановить ролики при температуре печи, они
провиснут.
Роликовая подина применяется при температуре от 650 до
1200°. Первоначально для работы при 1200° достаточно успешно
использовали ролики из огнеупоров. Ряд огнеупорных дисков
насаживали на водоохлаждаемый вал и зажимали пружинами
Рис. 237. Огнеупорный ролик с защитой от разрушения
между шайбами. Ролики укладывали между огнеупорными бал-
ками таким образом, что высокой температуре подвергался толь-
ко верхний сегмент. При каждом обороте все точки поверхности
ролика попеременно нагревались и охлаждались. Разрушающее
действие, обусловленное резкими изменениями температуры,
усиливалось вследствие большой величины градиента темпера-
туры между внутренней и внешней поверхностями огнеупор-
ных колец. По роликам перемещались листы, однако при этом
не удавалось достигать того, чтобы ролики всегда были покрыты
листами. По этим причинам ролики в горячем конце печи треска-
лись и крошились.
В 1947 г. в Англии пытались устранить эти недостатки, раз-
мещая между огнеупорными дисками металлические. Давно было
Мероприятия по экономии труда
297
известно, что при чередовании огнеупора и металлических листов
устраняется отслаивание магнезитового кирпича в мартеновских
печах. Предполагалось, что благодаря повышенной теплопро-
водности металлических дисков будет уменьшаться градиент тем-
пературы в огнеупорном материале и предупреждаться его раз-
рушение. Защищенные таким способом ролики показаны на
рис. 237. Полый вал охлаждается водой и фиксируется в одном
Рис. 238. Печной ролик с оболочкой из карборунда:
/ — оболочка из карборунда; 2 — изоляционный огнеупорный материал; 3 —
стальная муфта; 4 — труба; 5 — изоляционный огнеупорный кирпич; 6 — отвод
воды; 7 — маховичок затяжки; 8 — фасонный кирпич; 9 — подшипник; 10 ~ саль-
ник, 11 — подвод воды
конце в аксиальном положении. На другом конце установлены
пружины, поддерживающие вал в напряженном состоянии и за-
жимающие диски. Вследствие рифленой поверхности металличе-
ские диски соприкасаются с валом на весьма небольшой площа-
ди. Конструкция предназначена для работы при температуре до
1200°. Карборунд выдерживает очень высокие температуры, если
не соприкасается с расплавленным железом или окалиной. Ро-
лик конвейера, выполненный из карборунда, показан на рис. 238.
Этот ролик, появившийся в 1946 г., состоит из трех различных
частей: 1) несущего водоохлаждаемого вала, на котором при по-
мощи шпонок закреплена ребристая оболочка; 2) наружной
муфты из карбида кремния и 3) огнеупорного цемента, скреп-
ляющего эти части (вал и муфту). Ролики этого типа применяют
главным образом для транспортирования изделий из нержавею-
щей стали (при 1150°), поскольку на ней почти не образуется
окалина, гибельная для таких роликов.
Когда листы катали на немеханизированных станах, значи-
тельную часть отжигали в роликовых печах. Малейшая неравно-
мерность в движении чередующихся роликов вызывала на листах
298
Мероприятия по экономии труда
царапины, из-за которых листы браковали или переводили во
второй сорт. Тепло, затрачивавшееся на отжиг этих листов,
было, конечно, потерянным, точно так же, как и тепло, уносимое
водой, охлаждающей валы роликов. Для уменьшения последних
Рис. 239 Ролик с горячими дисками, изолированный от во-
доохлаждаемого вала
потерь были применены ролики с изоляцией. Ролик такой кон-
струкции показан на рис 239 Расширенные ступицы дисков обра-
зуют оболочку. Между ней и валом прокладывается изоляцион-
ный картон (засыпка, конечно, неприменима) Ступицы касаются
холодного вала только на небольшой части его поверхности Поя-
вилось много модификаций роликов этой конструкции, включая
ролики, охлаждаемые воздухом. Своды некоторых печей делались
съемными для облегчения ремонта роликовой подины.
Мероприятия по экономии труда
299
Крутящий момент, необходимый для вращения роликов, весь-
ма невелик.
Если ролики можно поддержать на опорах внутри печи, вал,
идуший к приводу, можно сделать весьма малого диаметра и бла-
годаря этому свести до минимума потери тепла. Конструкция
роликов, в которой претворена эта мысль, показана на рис. 240
и 241. Валы из легированной стали опираются на ролики из та-
Рис. 240. Внутренность печи с дисковыми валами, опи-
рающимися на ролики из жаропрочного материала
кой же стали. Эту конструкцию стали широко применять в начале
40-х годов. Легированная сталь должна быть выбрана с учетом
температуры печи, иметь достаточное сопротивление ползучести.
Время от времени сквозь печь пропускают покрытые графитом
отходы или поддоны. Графит осыпается в подшипники и на опор-
ные ролики. Достижения в отливке легированных сплавов дали
возможность изготовить ролики, конструкция которых показана
на рис. 242. Тело ролика представляет собой полый цилиндр,
полученный центробежной отливкой. К нему приварены шейки
из легированной стали. В т. I показано, что сопротивление ползу-
чести литого материала выше, чем у катаного. Тонкая стейка
ролика оказывает тепловое сопротивление аксиальному теплово-
му потоку. Эти ролики обычно устанавливают на шарикоподшип-
никах, как показано на рис. 243, на котором изображена часть
электрической нагревательной печи. Свободный конец роликов
закреплен так, чтобы свести утечку защитного газа к минимуму.
Ролики, закрепленные для предупреждения аксиального переме-
щения у приводного конца, могут свободно расширяться как
Рис. 241. Ролики из жаропрочного
материала, являющиеся опорой ва-
лов, показанных на рис. 240
Рис. 242. Печной ролик с тонкой стенкой:
1 — стенка: 2 — корпус, полученный центробежной отливкой;
3 — сварной шов; 4 — шейка вала из углеродистой стали; 5 —
место приварки запрессованной шейки
Мероприятия по экономии труда
ЗОЕ
в аксиальном, так и в радиальном направлениях. Возможность
радиального расширения цапфы достигается путем уменьшения
диаметра цапфы на 0,25 мм против диаметра подшипников. На
рис. 243 показан также огнеупорный блок, удаляя который мож-
но вынимать ролики для ремонта. Печные ролики, работающие
под нагрузкой и при температуре печи, конструируют обычно так,
чтобы величина ползучести не превышала I % в течение 10 000 час.
Данные о сопротивлении ползучести различных сплавов приве-
дены в т. I. Ролики подвержены ползучести в меньшей мере, чем
цепи печного транспортера, поскольку каждый элемент роликов
испытывает попеременно то растяжение то сжатие. Ролики вра-
щаются не всегда в одном направлении. При нагреве рулонов
ленты иногда устанавливают следующий режим работы роли-
ков: пять оборотов вперед и три назад. Ж'роупорные ролики
применяют при температуре до 1130°.
Прямые длинные изделия без утолщений, н. пример прутки
или трубы, иногда укладывают прямо на ролики, 'який другой
материал кладут на легкие и прямые подставки (рж Q44). Если
изделия настолько малы, что проваливаются сквозь заз^пы в та-
кой подставке, их укладывают на сетку, приваренную . сверх
подставки, как показано на рис. 245. Во многих случаях реко-
мендуется разделить роликовую подину на секции, чтобы можно
было быстро загружать или выдавать подставки. Некоторые сек-
ции могут непрерывно перемещаться с большей скоростью, чем
другие. Это обусловлено возникновением трения между ролика-
ми и подставками. Работу конвейера можно организовать и так,
чтобы отдельные секции работали с большой скоростью перио-
дически. Скорость вращения роликов и работа заслонок на окнах
печи регулируется с помощью фотоэлементов. Механизм враще-
ния роликов всегда помещается вне печи. Червячный привод
показан на рис. 236. Такой привод можно заменить приводом
302
Мероприятия по экономии труда
с коническими шестернями, но
ная передача (см. рис. 243).
наиболее часто применяется цеп-
Рис. 244. Подставки в роликовых пе-
чах для изделий больших размеров
Рис. 245. Подставки в роликовых
печах для изделий малых размеров
Туннельные печи с выкатным подом
Печи с выкатным подом обладают настолько очевидными
преимуществами в отношении загрузки и выдачи тяжелых и
громоздких предметов, что многие считают их применение при
необходимости непрерывного перемещения нагреваемого мате-
nil—Ж-.ж
VArzl kz] tl
Рис. 246. Непрерывная печь с тележками
JJLJ.СТ,. ДОЦМ.

риала через печь наиболее целесообразным. На рис. 246 пока-
зана конструкция этой печи. Конструкция печей с непрерывным
передвижением тележек в настоящее время достигла высокой
степени совершенства, особенно в керамической промышленно-
сти, где эти печи получили название туннельных. В металлурги-
ческой промышленности и машиностроении такие печи встреча-
ются редко. Они использовались для отжига листового металла
в стопах, пока не получили широкого распространения непре-
рывные листопрокатные станы.
Мероприятия по экономии труда
303
Во время второй мировой войны в туннельных печах нагре-
вали корпуса тяжелых снарядов. В 1953 г. их пытались исполь-
зовать для нагрева круглых заготовок перед прокаткой бесшов-
ных труб.
Такие печи лучше всего применять, если садку сначала нагре-
вают, а затем охлаждают в печи. В таком случае садка, продви-
гаясь от торца загрузки, нагревается за счет тепла газов, уходя-
щих из зоны горения. Продвигаясь из зоны горения к торцу вы-
дачи, садка нагревает воздух для горения. Эти печи успешно
применяются при нагреве тяжелой садки практически постоян-
ного веса. Нагрев такой садки происходит редко. До введения
непрерывных листовых станов он встречался часто. Когда нагре-
вается керамика, никакой окалины не образуется. При нагреве
стали окалина и шлак могут вывести из строя тележки и меха-
низмы их передвижения. Туннельные печи нельзя оборудовать
песочным затвором. Низ тележек защищают от излучения путем
устройства соответствующих пазов и выступов в кладке.
Печи со встряхивающей подиной
Материал можно загружать в печь и транспортировать с по-
мощью стряхивающей подины, используя силы инерции и трения.
Применяют два способа. В первом случае подина движется впе-
ред с ускорением, которое, однако, не настолько велико, чтобы
садка начала двигаться относительно пода. При достижении
определенной скорости подина внезапно останавливается, а сад-
ка по инерции скользит вперед. После этого подина медленно
возвращается назад. При втором способе подина движется впе-
ред так же, как в первом, а затем оттягивается назад с ускоре-
нием, вначале большим, но постепенно уменьшающимся.
Стряхивающую подину хорошо применять для нагрева мел-
ких деталей, например, лезвий, плоских пружин и т. п. Такая по-
дина неприменима для нагрева круглых изделий, например, ша-
ров, цилиндров, конусов. На рис. 247 эскизно изображена элек-
трическая нагревательная печь со стряхивающей подиной. Пер-
вые печи с такой подиной отапливались газом, который исполь-
зовали неэкономично. В показанной печи изделия укладывают
на стряхивающую подину перед торцом загрузки, и в противо-
положном конце они падают в закалочную ванну. Механизм,
сообщающий подине стряхивающее движение, может быть с
электрическим, гидравлическим или пневматическим приводом.
Стряхивающая подина движется как одно целое, хотя в то же
время она должна по-разному свободно расширяться в горячем
и холодном концах печи. Это достигается разделением подины
на секции и их сбалчиванием. Гайки должны быть снабжены
предохранителями от отвинчивания при тряске.
304
Мероприятия по экономии труда
Печи с вибрирующей подиной
Уклон вибрирующей подины весьма малый, настолько малый,
что только шары и цилиндры могут передвигаться вдоль подины
Рис. 247. Печь со стряхивающей подиной:
1 — термопары; 2 — тепловой плавкий предохранитель; 3 — поднна;
4 — зонт для отходящих газов; 5 — пламенный затвор; 6 — механизм
для стряхивания; 7 — нагревательные элементы; 3 — теплообменник;
9 — масляный затвор; 10 — закалочный бак
под действием гравитационной силы. Но когда подина достаточно
интенсивно вибрирует, даже плоские предметы движутся вдоль
нее и при том с постоянной скоростью. Рис. 248 поясняет дейст-
Рис. 248. Схема, разъясняющая дей-
ствие вибрационного питателя
вие вибрации. Каждый предмет
подкидывается под прямым уг-
лом к плоскости пода, а пада-
ет обратно вертикально. Ско-
рость поступательного движе-
ния возрастает с увеличением
уклона подины и повышением
интенсивности вибрации. Само
собой понятно, что подины бу-
дут вибрировать только в том
случае, если материал пода
способен передавать эластич-
ные вибрации. Вибраторы хорошо применять в качестве пита-
телей для цепных конвейеров.
Мероприятия по экономии труда
305
Печи с шагающим подом
После освоения конвейерного способа транспортирования
материалов внимание изобретателей и конструкторов было обра-
щено на использование для этой цели качающихся балок.
Принцип, на котором основан этот способ транспортирования,
понятен из рис. 249. Жесткая балка 2 перемещается по одной из
траекторий — А, Б или В. При движении балки по любой из этих
Рис. 249, Действие качающейся балки в качестве устройства для
транспортирования материала в печи
траекторий изделие, уложенное на неподвижной подине Д при-
поднимается, переносится вперед на некоторое расстояние и
вновь опускается на под в новом месте, а балка продолжает дви-
жение уже под подиной, возвращаясь в исходное положение.
Вместо качающейся балки и неподвижного пода можно устано-
вить две подвижные балки: одна будет подниматься и двигать-
ся вперед, в то время как другая — опускаться и возвращаться
в исходное положение. В последнем случае передвижение мате-
риала ускоряется вдвое. Все, что было написано о применимости
цепей в зависимости от температурных условий, можно отнести
и к балкам. Если температура в печи не превосходит тех преде-
лов, при которых начинается образование окалины, качающаяся
балка работает вполне удовлетворительно. Но для печей, в кото-
рых образуется толстый слой опадающей с нагреваемого мате-
риала окалины, шагающие балки рекомендовать нельзя, потому
что окалина попадает в зазоры между работающими балками,
что вызывает бесконечные аварии, особенно если конструкция
пеЧи и уход за нею не отличаются совершенством.
При перемещении нагреваемого материала с помощью качаю-
щейся балки необходимо, чтобы зазор между балками и подиной
был достаточной величины во избежание забивания его па-
дающей окалиной или заедания при короблении балки. Однако
эти зазоры нужно делать возможно уже, чтобы уменьшить неже-
лательную утечку горячих газов через них.
20 В. Тринкс. Промышленные печи
306
Мероприятия по экономии труда
Промышленные печи работают с небольшим избыточным дав-
лением на уровне пода. Поэтому горячие газы проникают к ме-
ханизму передвижения качающихся балок. В результате даже
лучшая конструкция печи с шагающим подом не свободна от не-
достатков, трудностей и неполадок. Печи этого типа не приме-
няют для температур выше 950°. Одна печь была сооружена для
работы при температуре около 1000°, но успех оказался сомни-
тельным. Для того чтобы печь с шагающим подом работала хо-
рошо, все указанные обстоятельства должны приниматься во вни-
мание не только конструкторами и строителями печей, но также
и эксплуатационным персоналом. Поперечный разрез печи, при
конструировании которой старались учесть эти обстоятельства,
показан на рис. 250. Огнеупорные насадки 1 жестко закреплены
в металлических балках 2, Последние хорошо экранированы от
излучения из рабочего пространства печи напусками кладки. Бал-
ки 2 приводятся в движение с помощью эксцентриков, располо-
женных снаружи печи в обоих ее концах. Под балками оставлено
достаточно места для скопления окалины, но и не слишком мно-
го, чтобы не происходила циркуляция воздуха или продуктов
сгорания между пространством под балками и камерой нагрева
Печь с шагающим подом для нагрева листов перед прессов-
кой показана на рис. 251. При конструировании этой печи также
имелось в виду преодолеть затруднения, указанные выше. Кача-
ющиеся балки движутся по замкнутой прямоугольной траекто-
рии и приводятся в движение двумя гидравлическими цилиндра-
Мероприятия по экономии труда
307
ми. Перемещение балок происходит по траектории В, рис. 249.
Балки выполнены из водоохлаждаемых труб, размещенных в
углублениях между столбами, из которых состоит подина. Про-
дукты сгорания нагревают лист сверху и снизу. Печи этого типа
построены длиной от 3,66 до 7,62 м.
йядух
Рис 251 Печь с шагающим подом для нагрева листов
1 — листы перед загрузкой в печь. 2 — листы в печи, 3 — нагретый лист перед
прессом
На рис 252 видно, как выглядит приводной механизм качаю
щихся балок. На рисунке изображен торец загрузки печи для
нагрева осей. Отчетливо видны двутавровые балки с широкими
полками, на которых лежит шагающий под.
До всеобщего распространения непрерывных листовых станов
печи с шагающими балками из легированной стали и огнеупор-
ными надставками применялись главным образом для нормали-
зации листов. Усовершенствование роликовых подин, применение
центробежной отливки роликов из легированной стали с высокой
устойчивостью против ползучести, использование карборундовых
роликов, защитных атмосфер — все это значительно сузило
область применения печей с шагающим подом.
20*
308
Мероприятия по экономии труда
Печи с подвесным конвейером
- 'Многие изделия целесообразно продвигать в печи в висячем
состоянии. Для этого применяют конвейеры, располагаемые
Риг. 252. Торец загрузки печи с 1йагак>щим подом для
нагрева осей
вверху — монорельсы или двухрельсовые. Совершенно очевидно,
что такое передвижение наиболее подходит для сравнительно
легких предметов при нагреве до 870° или ниже. С 1951 г. верх-
ними конвейерами стали оборудовать печи, в которых нагре-
ваются изделия среднего веса до 1250° Главная трудность, с ко-
торой приходится сталкиваться при применении верхнего
конвейера, заключается в наиболее совершенном уплотнении
щели в своде. Наибольшее давление в печи под сводом и газы
устремляются в любое отверстие в своде. На рис. 253 показан
один из способов снижения до минимума выбивания горячих про-
дуктов сгорания. Две эластичные полосы прижимаются с двух
сторон к двутавровому профилю. Криволинейные полки двутав-
ра препятствуют попаданию посторонних предметов в печь. Рас-
положенная непосредственно под катками цепь, находясь в гори-
зонтальном положении, поворачивается вокруг роликов с верти-
кальными осями. В такой установке нагретое изделие можно
легко снять с крюка и повесить на место другое.
Свод и поддерживающие его опоры необходимо крепить на
очень жестком каркасе. На рис. 253 это не заметно, зато хорошо
видно на рис. 254, wa котором показана верхняя часть другой
Мероприятия по экономии труда
309
печи с подвесным конвейером. Ясно видны косо расположенные
подвески свода и их крепление к каркасу. Монорельсовый кон-
вейер широко применяется в непрерывных сушилах лакирован-
ных изделий. Конструкция устройств, с помощью которых подве-
шиваются отдельные предметы садки, весьма разнообразна. Она
зависит от формы подвешиваемых изделий, а также от изобре-
тательности конструктора. Число их настолько велико, что здесь
их при всем желании не удаст-
ся показать. Рассмотрим толь-
ко один совершенно необычный
и крайне остроумный способ
подвешивания. На рис. 255 по-
казан торец загрузки высоко-
температурной печи (1250°) с
подвесным конвейером для на-
грева заготовок,а на рис.256 —
палец, который заходит в соот-
ветствующее звено конвейера.
Заготовки с небольшим отвер-
стием нагревают перед прес-
совкой в трубы. Отверстие не
позволяет подвешивать их по
оси. Палец приваривается к за-
готовкам перед посадкой их
в печь и затем легко отру-
бается от нагретой заготовки
пневматическим зубилом.
На рис. 255 видны, хотя и не совсем ясно, устройства для
перекрытия щели в своде; они катятся по водсохлаждаемым
краям щели. Эта конструкция идентична показанной на рис. 254,
если не считать того, что в последней не применяется водяное
охлаждение. Подвески выполнены из высокопрочного сплава.
В конструкции, показанной на рис. 255. заслонка у окна загруз-
ки открывается вниз. На стороне выдачи заслонка снабжена
горелкой, которая автоматически отключается, когда заслонка
открывается.
Заслонки печей с подвесным конвейером должны открывать-
ся на самое короткое время. Это достигается различными спосо-
бами. Один из способов заключается в том, что при открытых
заслонках весь конвейер пускается ускоренно на период времени,
пока одна деталь не зайдет в печь в торце загрузки, а другая не
покинет ее в торце выдачи. При таком способе утяжеляется ра-
бота конвейера и происходит раскачивание подвешенных на нем
деталей. При применении другого способа скорость главного
конвейера сохраняется постоянной, а в торце выдачи устанавли-
вают вспомогательный конвейер. Этот конвейер снимает послед-
вейером
Рис 255 Подвесной конвейер для заготовок с «руч-
ками»
Мероприятия по экономии труда
311
июю подвешенную деталь с главного конвейера и быстро выно-
сит ее из печи. Как правило, торец загрузки вспомогательным
конвейером не оборудуют, поскольку здесь потери тепла через
открытое окно невелики.
Вертикальное перемещение материала
Характерной особенностью ранее описанных в настоящей
главе печей является то, что нагреваемые предметы перемеща-
ются в 1Них в горизонтальном нли близком
к горизонтальному направлении. В про-
тивоположность этому в некоторых слу-
чаях приходится прибегать к вертикаль-
ному перемещению, поскольку при этом
экономится производственная площадь.
На рис. 257 показан простейший способ
такого перемещения, применяемый при
отжиге мелких изделий. Нагреваемый
материал загружается сверху и опускает-
ся под действием собственной тяжести
со скоростью, с которой нагретый и отож-
женный материал выгребается снизу.
Выгружать можно лопатой, вилами или
медленно движущимся транспортером. Рис 256. Эксцентриче.
Легко заметить, что область применения окая ПОДВеска заготовки
способа, изображенного на рис. 257, до-
вольно ограничена. Его можно применять для нагрева изделий,
которые опускаются без задержки и которые не повреждаются от
давления вышележащего слоя садки. Этот способ перемещения
-особенно применим при отжиге мелкого литья, фитингов и т. п.
Вертикальное перемещение садки удобно в условиях недостатка
производственной площади, ограничивающего мощность пред-
приятия. С этой точки зрения интересна вертикальная печь для
нагрева автомобильных пружин. Она изображена на рис. 258.
Корзины с нагреваемыми деталями перемещаются цепями, по-
казанными на рисунке штрих-пунктирной линией. Одна из кор-
зин показана на правой проекции. Цепь испытывает напряже-
ние растяжения. Величина ее сопротивления ползучести ограни-
чивает вес перемещаемой садки и температуру в печи.
Вертикальное перемещение связано с определенными преиму-
ществами при нагреве заготовок и квадратных блоков до темпе-
ратуры ковки. Одно из преимуществ состоит в том, что нагрев
можно вести с двух и даже четырех сторон. Такой нагрев осуще-
ствляется в печи, представленной на рис. 259, на котором пока-
заны заготовки, проходящие через печь, оборудованную керами-
ческими полусферическими горелками, и поднимающиеся в ней
312
Мероприятия по экономии труда
одна за другой. Клапан с кулачковым механизмом служит для
управления гидравлическими цилиндрами, при помощи которых
заготовки поднимаются и направляются дальше. Устройство для
поддержания стопы заготовок простое. Практически такая же
Рис. 257 Вертикальное перемещение материа-
ла через печь для отжига:
1 — муфель, 2 — продукты сгорання, 3 — отож-
женный материал
схема использовалась в 1945 г. при индукционном нагреве куби-
ческих заготовок. Если в печи необходимо поднимать круглые
заготовки, то необходимо применять водоохлаждаемые направ-
ляющие для удержания стопы в вертикальном положении. Пред-
принимались попытки вертикального перемещения заготовок
в печи сверху вниз, но в настоящее время при температуре 1200°
и выше это трудно осуществить. Вынимание горячей размягчен-
ной заготовки из-под лежащей на ней стопы заготовок представ-
ляет собой не простую задачу.
Мероприятия по экономии труда
313
Круговое перемещение материала
Во многих отношениях круговое перемещение материала ока-
зывается более удобным, чем прямолинейное. Это относится не
Рис. 258 Вертикальный конвейер в печи для нагрева пружин клапана:
1 — главная горелка. 2 — вспомогательная горелка. 3 — горелки. 4 — водоохлаждае-
мый изолированный вал, 5 ~ огнеупорная разделительная стенка. 6 — термопара;
7 — корзинка для нагреваемого материала, 8 — холостой вал; 9 — вертикальная
направляющая
только к механической обработке материалов, но и к многим
Другим производственным процессам. Рассматривая способы
кругового перемещения, изложенные в настоящей главе, можно
прийти к заключению, что этот метод заслуживает широкого при-
менения.
Для сообщения кругового движения материалу, нагреваемому
314
Мероприятия по экономии ipyda
в печи, прибегают обычно к вращающемуся столу или поду. Та-
кому устройству свойственны определенные характерные черты,
которые следует рассмотреть. Так как каждая точка вращающе-
гося стола совершает круговой путь, то через определенный про-
межуток времени она опять возвращается в исходное положе-
Рис. 259. Печь с вертикальным перемещением заготовок
ние. Чтобы удалить какой-нибудь предмет, находящийся на этом
столе, прибегают к устройству, расположенному вне печи.
Газы из печи (за исключением находящихся на уровне пода)
не должны попадать в цех. Точно так же и воздух не должен по-
падать в печь, особенно если она заполнена защитной атмосферой
В печах малых размеров это достигается уплотнением при
водного вала. В больших печах прибегают к песочному или во-
дяному затвору. Прямолинейный технологический поток нарушает-
ся круглой печью, что видно на рис 260 При рациональном раз-
мещении оборудования этот недостаток можно сделать мало чув-
ствительным Нагреваемые изделия, уложенные или установлен-
Мероприятия по экономии труда
315
ные на поду, не нуждаются в проталкивании. Благодаря этому в
печах с вращающимся подом можно нагревать предметы такой
формы, которые невозможно проталкивать в печи. К таким пред-
метам относятся длинные круглые заготовки, укладываемые на
подине, короткие круглые заготовки, высота которых составляет
менее трех диаметров, устанавливаемые вертикально, листы и
много других профилей В таких печах не требуется никаких кан-
товочных окон.
Рис 260 Схема движения ма-
териалов в печи с вращаю-
щимся подом (план)
Рис. 261 Небольшая печь с
вращающимся подом и од-
ним широким окном
Факторы, воздействующие на прочность конструкции и на
расход топлива, рассмотрены в т. I. Здесь рассматриваются
вопросы, связанные с облегчением и экономией труда.
В печах с вращающимся подом предусмотрено, как правило,
одно окно. Оно должно быть широким, как показано на рис. 261,
для. защиты изделия, нагретого и предназначенного для извле-
чения, от влияния рядом укладываемого холодного Обслужива-
ние такой печи практически такое же, как и камерной Небольшие
изделия загружают и выдают клешами Для больших изделий
применяют оборудование, которое усложняется при увеличении
размеров и веса нагреваемых предметов. Часто применяется
устройство, состоящее из длинного захвата, подвешенного на
монорельсе, как эскизно показано на рис 262 (без клещевого
устройства), или установленного на стойке с поворотом Стойка
в свою очередь расположена на тележке, которая перемещается
по рельсам Такое устройство применяется для загрузки и выда-
чи очень тяжелых предметов, которые не удается перемещать на
весу. Захват у печи приводится в движение обычно с помощью
сжатого воздуха. Воздушный шланг крепится к захвату у точки
316
Мероприятия по экономии труда
его опоры. Для чрезвычайно тяжелых изделий требуется мощ-
ный привод. На конце, обращенном к оператору, захват снабжен
двумя ручками (по одной на каждую руку). Движением одной
ручки управляется зев клещей, движением другой дается ради-
альное перемещение захвату (в печь или из печи). Когда тяже-
лые изделия требуется поднимать, плечо захвата у оператора
становится непомерно длинным. В таком случае цепь (рис. 262)
Рис. 262. Рычаг для обслуживания печи с вращающимся подом
должна поднимать или опускать точку опоры захвата. Подъем-
ник цепи управляется кнопочными выключателями, расположен-
ными на одной из двух ручек захвата. Конечно, можно применять
и некоторые шаржир-машины, описанные в начале настоящей
главы, и они действительно применяются. Подвешенный захват
вытаскивается из печи настолько, чтобы выдать нагреваемый
предмет на конвейер или рольганг, ведущий к прессу, молоту
или прокатному стану. Захват, показанный на рис. 262, часто обо-
рудуется пневматическими клещами. При очень широком окне
под охлаждается, но зато печь может обслуживать один человек,
пользуясь одной машиной. При загрузке и выдаче вращение пода
прекращается. По выдаче нагретого изделия подину вращают
в обратную сторону, загружают холодное изделие и подине
вновь сообщают первоначальное вращение.
Когда нагреваются небольшие изделия для отжига или за-
калки, их можно вытаскивать, сгребать или сбрасывать по же-
лобу. На рис. 263 и 264 показаны такие желоба для выдачи.
В печи, показанной на последнем рисунке, секция подины подни-
мается кулачковым рычагом, когда она оказывается против раз-
грузочного желоба. В этом случае требуется аккуратное разме-
щение материала на подине. В противном случае на каждой сек-
ции подины должны быть предусмотрены высокие борта.
Мероприятия по экономии труда
317
Эффект от применения приспособлений для экономии труда
у печей с вращающимся подом в некоторых случаях значительно
уменьшается или даже сводится на нет вследствие высокой стои-
мости ремонта. Это обстоятельство обсуждалось в т. I.
Некоторые изделия невозможно загрузить на вращающуюся
подину и снять с нее через окно. В таком случае боковые стенки
Рис. 263. Небольшая печь с вращающимся подом
и центральной выгрузкой
и свод сооружают только для части окружности. Открытый сектор
служит для загрузки и выдачи. Такая печь изображена на
рис. 265. Она была построена для светлого отжига рулонов очень
тонкой стальной ленты. Как объяснялось в т. I, радиальный по-
ток 'тепла в рулоне тонкой ленты весьма мал вследствие нали-
чия воздушных прослоек между кольцами рулона. Способы на-
правления основного теплового потока вдоль плоскости ленты
в рулоне, а не перпендикулярно ей описаны в т. I. В печи, изо-
браженной на рис. 265, эта задача решена путем подвода тепла
к обоим концам рулона сверху и снизу. Трубопровод защитного
газа поднимается из-под вращающегося пода, проходит через
него и, конечно, вращается вместе с ним. Защитный газ отклю-
чается вручную перед снятием колпака с рулона. Каждый рулон
318
Мероприятия по экономии труда
уплотнен песочным затвором, а подина, кроме того, — таким же
общим затвором. Эта печь показала хорошие качества в работе.
Печь с вращающимся подом, в которой образуется окалина, не-
обходимо вычищать один раз в неделю. Чистка выполняется так,
чтобы окалина не попадала в песочный затвор.
Рис. 264. Автоматический сбрасыватель для секцион-
ной вращающейся подины
Вращающиеся печи
Некоторые операции в процессе ковки упрощаются при вра-
щении не только подины, но и всей печи в целом. На рис. 266
показан разрез такой печи. В ней нагревают концы крупных заго-
товок. Вместо вынутой из отверстия нагретой заготовки тотчас
вставляют холодную. Горючий газ подается сверху по оси печи
через уплотненное вращающееся соединение. Вода для охлаж-
дения и электроэнергия подводятся также по оси печи снизу.
Электроэнергия необходима для питания привода вентилятора,
снабжающего печь воздухом для горения. Вентилятор установ-
лен на печи и вращается вместе с нею.
Винтовое перемещение
В цементном производстве, при обжиге известняка и в ме-
таллургическом производстве материал часто продвигается в
вращающейся печи по винтовой линии. Такая печь представляет
собой установленный наклонно барабан. Нагреваемый матери-
ал загружается з приподнятый конец печи. Вследствие враща-
• Рис. 265. Разрез печи с вращающимся подом для непрерыв-
ного отжига рулонов
320
Мероприятия по экономии труда
тельного движения барабана материал стремится подниматься в
направлении, перпендикулярном оси вращения. В печи матери-
ал поднимается на некоторую' высоту по стенке барабана,
описывая дугу; высота подъема материала зависит от величины
коэффициента трения между материалом и стенкой барабана.
Рис 266 Вращающаяся печь для нагрева концов заготовок
Затем он опускается обратно, однако не по той дуге, по которой
подавался вперед, а в вертикальной плоскости. Материал про-
двигается зигзагами от торца загрузки к торцу выдачи. Ско-
рость продвижения материала вдоль печи зависит от угла нак-
лона барабана, от числа оборотов его и от коэффициента тре-
ния между материалом и стенками печи. Длину барабана нель-
зя менять, нельзя изменять и коэффициент трения между мате-
риалом и стенками печи. Поэтому время пребывания материа-
ла в печи обычно регулируется изменением наклона оси бара-
бана или числа оборотов его, или тем и другим вместе.
Из описания зигзагообразного движения материала в печи
следует, что выражение «винтовое перемещение», собственно
говоря, вводит в заблуждение; однако это выражение более чем
какое-либо другое характеризует это перемещение. Следует за-
Мероприятия по экономии труда
321
метить, что при некоторых других сходных способах переме-
щения, описываемых ниже, движение материала гораздо ближе
подходит к понятию движения по винтовой линии. Печь, в ко-
торой реализуется зигзагообразное перемещение по винтовой
линии, показана на рис. 267. Наклон вращающегося барабана
можно изменить, поворачивая маховичок, который связан с чер-
вячной передачей и с зубчатым сегментом. Вместе с тем из ри-
сунка видно, каким образом материал из барабана пересыпа-
ется в бак для охлаждения, а оттуда автоматически удаляется
Рис. 267. Вращающаяся барабанная печь с регулируемым наклоном
лотковым транспортером. Вращательное движение должно пе-
редаваться барабану в точке поворота наклонной оси, чтобы
достигалось правильное зацепление при любом наклоне. Это за-
труднение можно обойти, если разместить двигатель непосред-
ственно на каркасе печи. Барабан с гладкими стенками, пока-
занный на рис. 267, очевидно, непригоден для перемещения
круглых изделий, например шариков или роликов. Такой мате-
риал стал бы выкатываться из наклонной печи, не проделывая
зигзагообразных движений по винтовой линии. Если надо пере-
мещать легко перекатывающийся материал, вращающийся ба-
рабан лучше установить горизонтально, снабдив его внутри вин-
товыми выступами. Эта идея, давно использованная в метал-
21 В Тринкс Промышленные печи
322
Мероприятия по экономии труда
лургии, реализована в установке, показанной на рис. 268. В уст-
ройстве такого типа скорость продвижения материала в печи за-
висит исключительно от шага винта и от скорости вращения ба-
рабана. Количество пропускаемого материала зависит от скоро-
сти подачи его в барабан. Печь, изображенная на рис. 268, обо-
рудована автозагрузчиком (показан в левой стороне рисунка),
который подает материал в печь с заданной и регулируемой ско-
ростью. Как можно заметить на рисунке, печь работает вполне
Рис. 268. Автоматическая вращающаяся барабанная печь:
/ — загрузочный бункер; 2 — нихромовая реторта, 3 — горелка; 4 — камера горе-
ния; 5 — пирометр, 6 — привод
автоматически. Материал в печи перемещается при помощи
внутренних винтообразных направляющих лопастей. Поэтому
печь весьма охотно применяют для термообработки мелких де-
талей. Однако область применения описанных печей ограничена.
Если изделие вследствие своей конфигурации может застревать
на винтовых выступах, оно будет вращаться вместе с бараба-
ном, не продвигаясь вперед. Это обстоятельство наряду с тем
фактом, что независимо от того, из какого материала изготов-
лена реторта — из металла или из огнеупора, она теряет при
высоких температурах механическую прочность, отводит этим
печам определенную область применения. Она все же довольно
обширна — печи применяют для отжига, закалки, отпуска или
воронения небольших изделий из латуни, меди, стали или дру-
гих металлов, размеры которых примерно одинаковы во всех
направлениях (не слишком удлиненных), например, разных пе-
тель и проушин, скоб, кнопок, колпачков, ковшей, кружков для
чеканки монет, стальных шариков, зубьев для пил, гвоздей, бол-
тов, заклепок, колец, разных пружин, гаек — короче, всех мел-
ких изделий, которые могут проходить в печи без задержки, не
закупоривая ее. Между прочим, надо отметить, что вращающий-
Мероприятия по экономии труда
323
ся барабан с винтообразными выступами внутри не надо устаг
навливать с наклоном, перемещение материала в нем обеспечи-
вается как в одну, так и в другую стерону, тогда как гладкий
барабан необходимо наклонять. Автоматические загрузки, прод-
вижение и выдача в барабанных печах плохо совмещаются С
применением защитной атмосферы. Поэтому барабанные печй
в настоящее время используют для нагрева металла не так
часто, как это было до появления защитных атмосфер.
Самостоятельное, без помощи каких-либо устройств, j
перемещение нагреваемого материала в печи 1
i
Проволоку, цепи и ленту можно протягивать в печи. В про-
изводстве проволоки такой способ транспортирования применял-*
ся задолго до конца прошлого века. Проволока нагревается вс]
время протяжки в печи, а затем подвергается дальнейшей об]
работке, проходя через свинцовую, соляную или закалочную
ванну. Существуют различные сочетания этих процессов. Если
на проволоке нет узлов и она может быть подвергнута доста-
точному натяжению и если обеспечивается нужное направление
ее движения, то ее можно нагревать в большом муфеле или в
открытой печи. На рис. 269 показано, как заводятся в печь й
протягиваются через нее 72 нитки проволоки. Печь отапливает-
ся мазутом. Если не соблюдать установленных выше условий*
проволока начнет запутываться в печи и рваться. Поэтому для
проволоки некоторых сортов предпочитают индивидуальные ци-
линдрические муфели. В муфель или муфели можно вводить за-
щитную атмосферу. Во многих проволочных цехах применяю?
электрический нагрев, используя проволоку в качестве сопро|
тивления; значительно реже применяют индукционный нагрев.
Случай нагрева, когда сама проволока служит электрически^
сопротивлением, показан на рис. 270. Для этого проволоку про^
пускают через контактную ванну. Проволока нагревается пере;
менным током на пути от контактной к свинцовой ванне. Времй
нагрева составляет менее 10% от необходимого времени при му-
фельном нагреве. Пропорционально уменьшается образование
окалины. При этом для нагрева проволоки не требуется никакой
пеЧи, вместо этого ее просто покрывают только легким зонтом.
Однако для нагрева контактной и свинцовой ванн требуется
устройстве печи или применение электронагрева. Холодная про-
волока, входя в контактную ванну, поглощает из нее тепло. Обе
ванны застывают при перерыве работы на воскресенье.
Устройство печей с непрерывным протягиванием проволокй
для термообработки аналогично устройству печи, изображен-
* Автор в этом случае называет способ перемещения «материал сам себе
конвейер».
огг/ огг/
Рис. 269 Печь, через которую от одного конца к другому протягивается много ниток проволоки:
1 — вытяжной вентилятор; 2 — свинцовая ванна; 3 — печь
Мероприятия по экономии труда
325
ной на рис. 269. Такие печи весьма удобны при массовом произ-
водстве, так как рядом можно пропускать много ниток проволо-
ки. Участие рабочего при нормальном процессе состоит только
в том, что он сваривает в стык передний конец нового бунта про-
волоки с задним концом предшествующего бунта. Характер ра-
боты по ликвидации последствий обрыва проволоки различный
для разных печей. Когда обрыв происходит в печи, снабженной
индивидуальными муфелями для каждой проволоки, последнюю
протягивают с помощью прутка, проталкиваемого через муфель.
В открытой печи или в печи с широким муфелем оборванную
проволоку прикрепляют к соседней и протягивают через печь.
Рис. 270. Электрический нагрев проволоки за счет ее со-
противления:
1 — генератор переменного тока; 2 — контактор; 3 — нагре-
вающееся сопротивление. 4 — свинцовая ванна
При помощи клещей, или пользуясь асбестовыми перчатками,
конец проволоки обводят вокруг роликов в свинцовой или соля-
ной ванне. Эта работа требует уменья, так как делается, по су-
ществу, на ощупь. Непрерывное протягивание ленты через печь
наблюдалось автором еще до 1931 г. Усовершенствование этих
печей и расширение области их применения шло вместе с разви-
тием листовых станов. В таких печах нагревают ленту из цвет-
ных металлов, а также из стали разных марок (углеродистой и
легированной).
- Печи с непрерывным движением ленты имеют важное зна-
чение для металлургического производства. Они должны быть
запроектированы с учетом специфических требований. Эти тре-
бования касаются атмосферы в печи, скорости нагрева, конеч-
ной температуры, времени выдержки при температуре печи и
скорости охлаждения. Печи с протягиванием ленты строят для
горизонтального и для вертикального перемещения. Горизон-
тальные печи характеризуются ограниченной производительно-
стью и используются главным образом для нагрева нержавею
щей стали. Лента может провисать в печи по цепной линии или
лежать на роликах, как показано на рис. 271. Ленту нагревают
в пламенных печах, если при этом нет опасности повреждения
32b
Мероприятия no экономии труда
металла. Печь, показанная на рис. 271, наполнена защитным
газом. Холостые ролики изготовляют из беззольного мягкого
графита и монтируют на валу из нержавеющей стали. Вал опи-
рается на графитовые подшипники.
Чтобы печь для нагрева ленты была действительно непре-
рывно действующей, ее оборудуют у торцов петлеобразователя-
ми, в которых должно содержаться достаточно ленты, чтобы, не
прерывая движения, установить новый рулон и снять обработан-
ный.
На мощных заводах горизонтальные непрерывно действую-
щие печи занимают слишком большую площадь цеха. Поэтому
Рис 271 Непрерывно действующая печь для нагрева стальной ленты, про
тягиваемой через зоны нагрева и охлаждения
на таких заводах устанавливают вертикальные, или, как их на-
зывают, башенные печи. На рис. 272 эскизно показана такая
печь. В действительности количество ветвей бывает больше, чем
показано на этом рисунке, — до пяти в камере нагрева и до де-
вяти в камере охлаждения. В нагревательной башне (слева) ра-
диационные трубы установлены по всей высоте. Нагревательные
камеры и первая камера охлаждения заполнены защитным га-
зом. Нагревательными элементами служат электрические со-
противления или радиационные трубы. Степень нагрева и ох-
лаждения регулируются в широких пределах. Ставятся опыты
по нагреву ленты в жидкой среде, однако возникающие при
этом трудности настолько велики, что этот метод практического
применения не получил.
Для того чтобы сделать вертикальные печи по-настоящему
непрерывно действующими и экономящими труд, их снабжают
большим количеством вспомогательного оборудования. Здесь
нет возможности описать и показать это оборудование, поэтому
хотя бы перечислим его. Перед входом ленты в печь устанавли-
вают следующее оборудование: загрузочное устройство, управ-
ляемое пневматически; разматыватель; ножницы; автомат для
сварки швов; очиститель, скруббер; бак для промывки; сушило,
первый зажим; петлеобразователь; второй зажим. На стороне
выдачи устанавливают пресс для проб, третий (натяжной) за-
жим, ножницы, моталку, пневматический разгружатель Вспо-
Мероприятия по экономии труда
327
могательное оборудование занимает большую площадь, чем са-
ма печь с камерой охлаждения. Башенная печь не является в
полном смысле печью, внутри которой материал продвигается
без какой-либо помощи. Верхние графитовые ролики — при-
водные.
Рис. 272. Башенная печь для отжига стальной
лен гы
Непрерывные ленточные печи похожи на такие же печи для
нагрева проволоки, поскольку трудовые затраты при нормаль-
ном процессе весьма малы. Совсем другое дело, когда возника-
ют неполадки, например, когда лента рвется в печи. Обрыв воз-
можен вследствие плохой сварки или надрыва, появившегося
еще при прокатке. Число разрывов ленты в печи становится все
меньше, благодаря тому что обращено серьезное внимание на
причины их возникновения, так как последствия разрывов обхо-
дятся дорого как на печи, так и на стане. Если все же разрыв
328
Мероприятия по экономии труда
происходит, то для того, чтобы его обнаружить и ликвидиро-
вать, печь приходится опоражнивать и раскрывать снизу и свер
ху. Ленту сбрасывают через ложное окно внизу печи, затем ее
прикрепляют к ленте или проволоке, пропускаемой через лож-
ное окно вверху печи. Оборванную ленту поднимают кверху,
укладывают на ролики и прикрепляют груз. Вращая верхний
ролик, продвигают ленту настолько, чтобы можно было ее свя-
зать с другим концом обрыва с помощью заплаты, которую за-
тем перед сматыванием в рулон удаляют.
Минимальная производительность, при которой! можно ре-
комендовать применять башенные печи, колеблется от 10 до
15 т/час ленты легкого профиля; для ленты тяжелого профиля
соответствующая величина составляет 15 и 20 т'час.
Автоматическое перемещение в соляных ваннах
Механическое перемещение материала в расплавленных со-
лях можно осуществить с помощью конвейера, расположенного
Рис. 273. Ванная печь с непрерывным перемещением изделий
над ванной. Для этого требуется пять ступеней движения: пер-
вая — для подвода садки к ванне; вторая — для опускания ее в
ванну; третья—для горизонтального транспортирования в ван-
не; четвертая—для подъема садки из ванны и пятая — для от-
вода ее от ванны. Часть операций может быть выполнена од-
ним сложным механизмом. Практически одно и то же оборудова-
ние необходимо как для закалочной, так и для отпускной ванн.
Этот механизм схематично изображен на рис. 273. Один кон-
вейер поднимает садку, переносит ее поверху и опускает в ван
ну, где горизонтальное перемещение совершается с помощью
Мероприятия по экономии труда
329
другого транспортера. Пройдя ванну, садка автоматически под-
хватывается, поднимается, проносится в горизонтальном нап-
равлении и опускается для следующей операции, например для
закалки. Вертикальное перемещение в ванну и обратно можно
совершать быстро, но горизонтальное передвижение (на рисун-
ке скорости горизонтального и вертикального перемещения по-
казаны одинаковыми) должно быть медленным. В противном
случае садка будет раскачиваться в конце горизонтального пу-
ти. Поскольку период качаний зависит от длины маятника, мо-
жет случиться, что садка вместо того, чтобы опуститься в ван-
ну, ударится о ее борт.
Медленное окольное движение приводит к понижению тем-
пературы садки на пути между нагревательной и закалочной
ваннами.
Конвейер подводят к ванне через узкую щель. Это делается
для экономии тепла и во избежание неудобств для обслуживаю-
щего персонала. Ясно, что цепная петля и горизонтальный тран-
спортер не могут лежать в одной плоскости. К ванне подходят
два горизонтальных конвейера Они приводятся в движение
храповиками. Подвески, на которых подвешена садка, надо
сконструировать так, чтобы они могли автоматически перехо-
дить с одного конвейера на другой.
На этом мы закончим описание основных способов переме-
щения нагреваемого материала в печах. Не вредно заметить,
что для подачи материала к печам и отвода от печей также ис-
пользуют различные механизмы — конвейеры, рольганги и пр.
Однако настоящая книга не представляет собой трактата о
внутризаводском транспорте. На этом основании транспорт вне
пределов печи, каким бы он ни был сам по себе интересным,
здесь в деталях не рассматривается.
Устройства для облегчения и удобства работы
В конструкцию печей входят ещё узлы, которые хотя непос-
редственно не служат целям экономии труда, но приводят к ней
косвенным путем, улучшая условия труда персонала, обслужи-
вающего печь. Не подлежит сомнению тот факт, что производи-
тельность человека, который работает, не подвергаясь чрезмер-
ной жаре или вредным газам, будег больше, чем другого, под-
вергающегося этим вредным влияниям.
Рассматриваемые устройства связаны больше с пламенными
печами, чем с электрическими. Последние не дымят, и кроме то-
го, вследствие высокой стоимости электроэнергии обычно хоро-
шо теплоизолируются. Понятно, хорошая изоляция в равной ме-
ре полезна и для пламенных печей и должна применяться всю-
ду, где представляется возможность.
330
Мероприятия по экономии труда
Часто продукты сгорания очищенных газов и жидкого топли-
ва выбрасывают прямо в помещение цеха. Если это допустимо
для небольшой печи, установленной в хорошо вентилируемом
помещении, то в других случаях не терпимо. Для отвода газов,
выбивающихся из рабочих окон печи, устанавливают зонты,
а от них делают отводы через крышу или, в крайнем случае, до
такой высоты, где не бывает людей. Зонтам придают различную
форму в зависимости от конструкции печи, которую они обслу-
живают, и от формы здания, в котором они размещаются. На
рис. 274 показана печь, снабженная с обоих концов зонтами.
Продукты сгорания, выходя из окон такой печи, скоро запол-
нили бы все помещение, если их не удалять, как показано. Зон-
Рис. 274. Установка зонтов для отвода газов от печи
ты для отвода продуктов сгорания надо предусматривать еще
в проекте печи, так как конструкция устройства для отвода га-
зов может влиять на расположение печи в цехе. Часто отводы
от зонтов через крышу здания оказываются на пути мостовых
кранов, если это обстоятельство своевременно не предусмотрено
в проекте. Оно, несомненно, служит препятствием при уста-
новке зонтов и отводов от них. В таком случае выход находят
в устройстве боровов и установке дымовых труб. Необходимо
принимать во внимание условия работы крановых машинистов.
В кабине движущегося крана не трудно было бы поддерживать
нормальную температуру с помощью кондиционирования воз-
духа, однако почти невозможно подать туда снаружи свежий
воздух. Если даже для отвода продуктов сгорания предусматри-
вают дымовые трубы, все же часто устанавливают еще и зонты,
поскольку промышленные печи работают с небольшим положи-
тельным давлением на поду. Если окно часто открывается или
открыто постоянно, выходящие газы заполнят помещение, если
не собирать их под зонты и не отводить через крышу.
Работа у щелевых печей ковочных машин особенно изнури-
тельна для рабочих, так как все продукты сгорания выходят че’
рез постоянно открытую щель прямо в лицо кузнецам. Водоох-
лаждаемые щиты, подвешенные перед щелью, — хорошее до-
Мероприятия по экономии труда
331
полнение к этим печам. Такие щиты устанавливают на расстоя-
нии, достаточном, чтобы большая часть продуктов сгорания под-
нималась по щели между щитом и печью. Вода подается через
брызгало в верхней части щита и собирается в желоб внизу.
Пространство между щитом и печью можно также накрыть зон-
том и отводить от печи продукты сгорания. Щит не всегда ох-
лаждается водой. Толстый слой асбокартона, приклепанный к

Рис. 275. Кузнечная щелевая печь со щитом н воздуш-
ной отдувкой продуктов сгорания
щиту со стороны печи, служит также хорошей теплоизоляцией.
Часто в пространстве между щитом и печью помещают трубы
для нагрева 1воздуха, необходимого для горения, как показано
на рис. 275. Вследствие большой скорости, с которой про-
дукты сгорания выходят из щели, они имеют тенденцию про-
скакивать под щитом в цех, а не поворачивать в пространство
между щитом и печью. С помощью сжатого воздуха, который
подается по трубе с отверстиями, расположенной под порогом у
щели, продукты сгорания отдуваются в нужном направлении.
Этот отбойник хорошо виден на рис. 275.
Аналогичную роль выполняют цепные завесы, описанные в
т. I. Такие завесы были испытаны на разных заводах и в конце
концов отвергнуты, так как в них легко запутываются нагревае-
мые изделия, вызывая тем самым неожиданные задержки. Это-
"о обстоятельства пытаются избежать, снабжая низ цепей в ме-
-Т1х, где в них могут запутаться изделия, короткими трубками.
332
Мероприятия по экономии труда
В таком случае изделия действительно едва ли могут запутать-
ся в завесе. В т. I было указано, что с точки зрения обеспечения
прочности и необходимого срока службы заслонок не требуется
прибегать к их водоохлаждению в случае нагревательных и от-
жигательных печей. Однако иногда все же применяют водоох-
Рис. 276. Водоохлаждаемая печная заслонка:
/ — огнеупорный кирпич; 2 — сварной шов, 3 — вход; 4 — выход
лаждаемые заслонки для облегчения условий труда у печей, хо-
тя это и вызывает некоторое повышение расхода топлива. Одна
из конструкций таких заслонок, хорошо себя оправдавшая, по-
казана на рис. 276. Видно, что заслонка в основном выполнена
из стального литья, на лицевой стороне приварен стальной лист
Трудность выполнения такой заслонки состоит в получении
плотной (без раковин) водонепроницаемой стальной отливки.
Поэтому предпочитают подобные заслонки делать сварными.
Необходимо иметь в виду, что водоохлаждаемые заслонки тя-
желые. Весьма эффективный способ защиты от излучения тон-
кой заслонкой показан на рис. 277; преимущество этого спосо-
ба состоит и в том, что его можно применить к существующим
Мероприятия по экономии труда
333
заслонкам. С помощью нескольких болтов к лицевой стороне
заслонки крепится тонкий лист, служащий воздухоохлаждае-
мым экраном. Экранирующее действие такого щита можно по-
высить, выполнив его из двух ли-
стов с асбестовой прокладкой меж-
ду ними. Правда, щит такой кон-
струкции может коробиться. При
некоторых производственных про-
цессах приходится пользоваться
различными печами с постоянно от-
крытыми окнами, перед которыми
работает обслуживающий персонал.
Например, при производстве свар-
ных труб рабочие обязаны непре-
рывно следить за состоянием штрип-
сов и подводить их к валкам стана
как раз тогда, когда их температу-
ра достигает белого каления. В этом
случае оказывается непригодным ни
цепная завеса, ни другое какое-ли-
бо простое приспособление. Для
защиты рабочие надевают маски,
кроме того, их обдувают вентиля-
торами. Для этой цели используют
много всяких вентиляторов. При
Рис 277. Заслоикч с экра
ном от излучения
обслуживании некоторых печей рабочим приходится длительное
время находиться в неудобном и горячем месте. В таких случаях
к рабочему месту обычно подается холодный воздух, чтобы по
возможности облегчить условия труда у печей
ГЛАВА VI
СРАВНЕНИЕ РАЗЛИЧНЫХ ВИДОВ ТОПЛИВА
И ТИПОВ ПЕЧЕЙ
Основные показатели для сравнения
Когда появляется необходимость в установке новых печей,
возникает вопрос о выборе наилучшего типа печи и наиболее под-
ходящего источника тепловой энергии. Руководящим принципом
при выборе должно быть прежде всего максимальное снижение
стоимости единицы готовой продукции. Метод сравнения не всег-
да правилен, но пользоваться им приходится, чтобы обеспечить
наилучшее решение при минимуме затрат и затруднений как для
потребителей, так и для поставщиков топлива и печей. Решение
вопроса затрудняется еще и потому, что неблагоприятные резуль-
таты сравнения могут вызвать недовольство некоторых фирм, за-
интересованных в изготовлении и продаже печного оборудования.
Поэтому все личные соображения должны быть отброшены и в
расчет должны приниматься только неоспоримые факты. В отли-
чие от других, данная глава должна показаться не научней и за-
полненной скорее общими рассуждениями. Однако приходится
констатировать, что в повседневной обстановке мы можем подой- '
ти к тому или иному вопросу строго научно только в ограничен-
ном числе случаев и что мы вынуждены принимать важные реше-
ния, основываясь только на некоторых, часто даже противоречи-
вых сведениях. Правильно старое утверждение, что инженер —
это такой работник, который может принять правильное решение
даже при недостаточных данных.
Выводы, сделанные ниже на основе сравнения различных ви-
дов топлива и типов печей, содержат некоторые положения, ко-
торые уже рассматривались в предыдущих главах.
Ниже приводится классификация, которая дает приблизитель-
ное представление о многообразии возможностей, возникающих
при работе печей. Для сравнения выбрано шесть основных пока-
зателей, которые перечислены в таблице, а именно: источник теп-
ловой энергии, использование тепла отходящих газов, способ пе-
редачи тепла, метод загрузки и перемешения материала в печи,
способ подвода тепла, состав атмосферы в печи. Необходимо кри-
тически сопоставить все варианты внутри каждого из этих шести
показателей. В этой же главе следовало бы также рассмотреть и
вопрос об автоматическом или ручном регулировании темпера-
Сравнение различных видов топлива и типов печей
335
туры в печи. Однако здесь этот материал опущен, поскольку он
был подробно обсужден в гл. III.
классификация признаков, служащих для сравнения топлив и типов печей
Источник тепла
Использование тепла отходя-
щих газов
Виды передачи тепла
Устройства, применяемые для
загрузки и перемещения мате-
риалов
Способ подвода тепла
I
Состав атмосферы в печи
Электрическая энергия; топливо: газооб-
разное, жидкое, твердое
На под01рев садки; в котлах-утилизаторах;
на подогрев топлива или воздуха в реге-
нераторах и рекуператорах
Садка в камере горения; садка в муфеле;
горение в муфеле, солевые и свинцовые
ванны, излучение, конвекция
Неподвижный под шахтные печи: выдвиж-
ные подины; толкатели, конвейеры, бара-
баны. вращающиеся поды печей непрерыв-
ного действия
Частичный (односторонний) нагрев; включе-
ние нагреваемого изделия в качестве
электрического сопротивления, индукцион-
ный нагрев; отопление снизу; отопление с
боков, отопление сверху; отопление со всех
сторон; рециркуляция продуктов сгорания
Продукты сгорания; воздух; защитная атмо-
сфера
Так как любой вариант каждого показателя можно скомбини-
ровать с любым вариантом другого показателя, то общее число
возможных комбинаций и, следовательно, типов печей, как пока-
зывает элементарный математический расчет, исчисляется тыся-
чами. Поэтому будем вести сравнение отдельных вариантов толь-
ко внутри каждого столбца.
Источники тепловой энергии; их влияние на конструкцию
промышленных печей и на стоимость нагрева в них
Источники тепловой энергии делят на две большие группы, а
именно: 1) в которых тепловая энергия получается при сжигании
топлива в самой печи или в примыкающей к печи топочной каме-
ре; 2) в которых тепловая энергия получается в результате пре-
образования электрической энергии. Основные свойства различ-
ных видов топлива были подробно рассмотрены в гл. 1. Здесь же
'дан обзор источников тепловой энергии с точки зрения их влия-
ния на качество нагрева промышленных изделий и на стоимость
этого процесса.
Стоимость топлива или электроэнергии составляет во многих
случаях совершенно незначительную часть общей стоимости вы-
пускаемых изделий и даже суммарной стоимости нагрева. В этих
условиях влияние вида используемой энергии на качество нагре-
ваемых изделий приобретает первостепенное значение, а стои-
мость единицы тепла отходит на задний план. Встречаются, од-
336
Сравнение различных видов топлива и типов печей
нако, и такие случаи, когда стоимость топлива составляет значи-
тельную часть общей стоимости готовой продукции, а влияние
вида топлива на качество нагреваемого материала пренебрежимо
мало. Тогда стоимость килокалории становится решающим фак-
тором при выборе источника тепла.
Стоимость топлива или электрической энергии для заданного
процесса .нагрева зависит в основном от двух факторов: 1) от сто-
имости 1 мгкал тепла при полном сжигании топлива и 2) оттого,
какая часть тепла, выделяющегося при горении топлива, остает-
ся в печи. Можно прибавить еще третий фактор — от доли непра-
вильно нагреваемой садки, если это объясняется свойствами топ-
лива. То же относится и к электрической энергии.
Что касается первого фактора, то в гл. 1 приведены соответ-
ствующие данные о стоимости топлива. Эти данные относились
к времени перед сдачей этой книги в печать *. Хотя цены на уголь
за прошедшие годы непрерывно росли, некоторые полагают, что
впредь цена угля в связи со все повышающейся механизацией
угольных шахт останется постоянной. Однако при этом не учи-
тывается, что число шахт, механизация которых рентабельна, не-
уклонно уменьшается. Если степень механизации не изменится,
ю цены на уголь должны возрастать быстрее, чем на нефть и при-
родный газ, так как для добычи угля из-под земли необходимы
рабочие, в то время как нефть и газ сами выходят на поверхность
после того, как пробурены скважины.
Рост цен на уголь отражается и на стоимости тех видов топли-
ва, которые получаются из угля: кокса, генераторного, светильно-
го, водяного, коксового и доменного газов, а также смолы.
Второй фактор — доля топлива, которое остается в печи, —
зависит от теоретической температуры горения топлива. Эти тем-
пературы .приведены в гл. 1. В т. I сообщаются данные о доле теп-
ла, уходящего из печи с дымовыми газами.
Цена топлива зависит также от расстояния между местом до-
бычи и местом его потребления. В настоящее время для перевоз-
ки используют главным образом водный и железнодорожный
транспорт, иногда автотранспорт. Природный газ и нефть транс-
портируют на большие расстояния по трубопроводам. Электриче-
скую энергию передают по проводам, что обходится дешевле
всего.
Надо подчеркнуть, что стоимость электрической энергии, не-
смотря на повышение цены на уголь и на рабочую силу, не увели-
чивается или увеличивается очень мало. Количество топлива, за-
* Подробные сведения о ценах на уголь, нефть и природный газ см. в из-
дании Института по битуминозному углю «Comparative Economics of Open—
Hearth and Electric Furnaces», 1953. Цены даны за время до 1950—1951 гг.
для различных штатов. На стр. 62 этого издания приведены предположитель-
ные цены на топливо до 1975 г.
Сравнение различных видов топлива и типов печей
337
трачиваемого на производство единицы электроэнергии, вследст-
вие применения пара более высокого давления и температуры по-
низилось. Стоимость рабочей силы, необходимой для выработки
единицы электроэнергии, также уменьшилась благодаря установ-
ке более мощных котлов и турбин. Однако надо учесть, что в по-
вышении параметров и в использовании более мощных агрегатов
уже почти достигнуты физически возможные и экономически обос-
нованные пределы. Надо поэтому рассчитывать, что в дальнейшем
из-за роста цен на уголь и повышения заработной платы стои-
мость электроэнергии также будет расти. С другой стороны, сле-
дует иметь в виду, что с изменением температуры расход элек-
троэнергии изменяется очень незначительно. С ростом темпера-
туры в печи возрастают потери тепла через контакты нагрева-
тельных элементов, общие же потери тепла относительно малы.
В США для отопления печей используют преимущественно
природный газ, электроэнергию и жидкое топливо. Все больше
устанавливается комбинированных горелок для сжигания попере-
менно газа или нефти, либо обоих топлив одновременно. Во мно-
гих нагревательных печах используют электрическую энергию
или природный газ, сжигаемый в радиационных трубах. Выбор
того или иного источника тепла почти всецело зависит от местных
цен на газ или электричество. Газеты, защищающие интересы элек-
трической промышленности, отмечают каждый случай перевода
пламенной печи на использование электрической энергии, а газе-
ты, защищающие интересы газовой промышленности, наоборот,
подчеркивают каждый факт замены электрической печи газовой.
При правильном конструировании печей использование обоих ис-
точников тепловой энергии дает одинаково хорошие результаты.
На металлургических заводах всегда имеется в распоряжении
свое так называемое отбросное топливо — коксовый и доменный
газы и смола. Обычно другое топливо не покупается, за исключе-
нием угля для котельных. В случае забастовки или промышлен-
ной депрессии в коксовых печах сжигают природный газ. если
газовые компании располагают его запасом.
В тех странах, где недостает нефти или природного газа,
по необходимости используют топливо других видов. Превосход-
ным топливом для печей является городской газ (смесь ретортного
и водяного газов). Очищенный генераторный газ — также хоро-
шее топливо. Но без подогрева топлива или воздуха или того и
другого одновременно использование этого газа в высокотемпе-
ратурных печах не экономично. Во всех странах, где имеются за-
лежи угля или запасы водной энергии, используют электрическую
энергию. Следует отметить, что металлургическое производство
в ряде европейских стран существует уже более 1000 лет. Высо-
кокачественный нагрев и тепловая обработка разных изделий до-
стигались при помощи древесного угля, который в настоящее вре-
22 В. Триикс. Промышленные печн
338
Сравнение различных видов топлива и типов печей
мя с таким же успехом заменяется коксом. По сравнению с дру-
гими странами США обладают особым обилием топлив разных
видов.
Бутан и пропан, являющиеся обычно побочным видом топлива,
применяются в качестве основного топлива для малых печей. В
крупных’ же печах их сжигали во время войны, когда правитель-
ство принимало на себя связанные с этим расходы.
В США для котельных топок, как правило, применяют уголь-
ный порошок. Для промышленных печей, за малым исключением
он используется только как аварийное топливо в военное время.
Исключением являются некоторые кузнечные цехи и мастерские
При сжигании большинства топлив можно успешно применять
автоматическое регулирование температуры и горения. При сжи-
гании угля и кокса это регулирование менее чувствительно.
Для хорошего автоматического регулирования при использова-
нии неочищенного генераторного газа требуются тщательная
разработка схемы с учетом свойств этого газа и внимательная
эксплуатация.
Во многих местах этой книги пылевидный уголь называется
аварийным топливом, используемым только в случае крайней не-
обходимости. В подтверждение этого приведем следующую вы-
держку из материалов фирмы «Бабкок и Вилькокс», которая про-
водила длительные и разнообразные испытания по сжиганию пы-
левидного топлива: «Единственной трудностью, которая мешает
широкому распространению пылевидного угля в металлургичес-
кой промышленности, является отложение золы не только на сад-
ке, но и на стенах и на своде печи, а также в дымоходах. Посколь-
ку температура отходящих газов во многих случаях близка к тем-
пературе плавления золы, последняя налипает на стенках до такой
степени, что необходимы частые остановки печей для чистки га-
зоходов. Это особенно неприятно для современных печей, где при-
меняются рекуператоры или другие теплообменники. В прошлом
не было приложено достаточно усилий для решения этой пробле-
мы и, если только в стране достаточно нефти и газа, даже и высо-
кой стоимости, промышленность всегда предпочитает их, а не пы-
леугольное топливо».
Использование тепла отходящих газов
Говоря об утилизации отбросного тепла, специалисты по пе-
чам имеют в виду использование физического тепла дымовых га-
зов. Между тем имеются и другие виды потерь тепла: потери от
механического недожога, потери через стены печи, потери теп-
ла в контактах нагревательных элементов в электрических пе-
чах. Практически специалисты правы, так как более чем в 95%
случаев используется только тепло отходящих газов.
Сравнение различных видов топлива и типов печей
339
При выборе печи почти всегда приходится решать вопрос —
остановиться ли на простой конструкции, без использования теп-
ла отходящих газов или же на более сложной, но зато исполь-
зовать это тепло. Этот вопрос уже рассматривался в т. 1. Оста-
ется только резюмировать сделанные там выводы и сопоставить
преимущества и недостатки различных методов утилизации тепла.
Поскольку, сжигая в печах любое топливо из обычно употреб-
ляемых видов, достигают температуры, достаточной для промы-
шленного нагрева (до 1250°), целесообразность расходования
средств для экономии тепла целиком зависит от возможности воз-
местить повышенные затраты на оборудование более экономич-
ной эксплуатацией. В том случае, когда печи работают с больши-
ми перерывами, стоимость оборудования для использования теп-
ла отходящих газов не будет окупаться. Экономия от снижения
расхода топлива при этом будет незначительной по сравнению с
увеличением капиталовложений даже при учете роста цен на
топливо.
С другой стороны, если печь работает в значительной мере
непрерывно, в особенности при температуре выше 850°, расходы
на оборудование для использования тепла отходящих газов быст-
ро окупаются Умеренный предварительный подогрев садки оку-
пается почти во всех печах, даже работающих с перерывами, на-
пример в печах для закалки быстрорежущей стали. В них есть
возможность над основной нагревательной камерой оборудовать
при очень небольших затратах камеру для предварительного по-
догрева. Во многих методических печах с фронтальной топкой
предварительный подогрев также окупается, что видно из кривых,
помещенных в т. I в главе о методических печах. Из этих кривых
явствует, что хорошее использование топлива в методических пе-
чах получается при низкой производительности печи, когда про-
дукты сгорания покидают ее с температурой ниже 700°. При на-
греве стали это соответствует работе с весовым напряжением
площади пода от 220 до 290 кГ^-час. При повышении произ-
водительности печи расход топлива также растет. Если удельная
производительность (на 1 № площади пода в час) методических
печей не превышает 220—290 кГ/м? -час, применение других
устройств для утилизации тепла отходящих газов (регенерато-
ров, рекуператоров и т. д.) дает экономию топлива, составляю-
щую лишь незначительную долю затраченного капитала, так как
тепло отходящих газов уже достаточно хорошо используется для
предварительного подогрева садки.
Теоретически возможности использования тепла продуктов
сгорания для нагрева садки в методических печах с толкателями
могут быть очень большими, однако на практике они ограничи-
ваются длиной печи. При большом удлинении печи мощность тол-
кателя повышается, увеличивается опасность нагромождения на-
22*
3.40
Сравнение различных видов топлива и типов печей
греваемых изделий друг на друга, растут потери тепла через сте-
ны. Экономию тепла в короткой печи можно осуществить двумя
способами. Первый —это удлинение пути нагреваемого матери-
ала путем перемещения его сначала в вертикальном направле-
нии, а затем — в почти горизонтальном. Второй способ — пропус-
кать горячие продукты сгорания через рекуператор.
Рис. 278. Подогрев заготовок, расположенных вертикально
На рис. 278 изображена печь, в которой экономия тепла осу-
ществляется первым способом. Нагреваемые заготовки уклады-
вают на поперечные балки (получается штабель) и подымают до
тех пэр, пока боковые держатели (собачки) штабелей с нагре-
ваемыми заготовками не станут на предназначенные для них
упоры. Это устройство сходно с устройством, показанным на
рис. 259, но более сложно. Конструкторы печей вряд ли будут
в настоящее время проектировать такие печи. По рис. 278 видно,
что требуется много труда для укладки нагреваемых заготовок
в определенном порядке на поперечные стержни, а затем для
удаления последних после того, как они раскалились. Такие шта-
беля заготовок, утилизирующие тепло, вводились в эксплуата-
цию тогда, когда рекуператоры еще не достигли современной
степени совершенства.
В настоящее время практически сооружают короткие, но до-
статочно экономные печи, в которых экономия тепла осуществляет-
ся по второму способу. С первыми металлическими рекуператора-
ми в США происходили серьезные аварии, поэтому печи стали
оборудовать керамическими рекуператорами. Затем в эксплуата-
Сравнение различных видов топлива и типов печей
341
цию вошли комбинированные рекуператоры; из огнеупора на сто-
роне высокой температуры и металлические на холодном конце.
Ко времени написания этой книги решительное преобладание по-
лучили полностью металлические рекуператоры, правильно скон-
струироваыные и изготовленные из соответствующего жароупор-
ного материала. Печи еще больше были укорочены, когда, кроме
фронтальных горелок, стали устанавливать боковые. При этом из
печи уходят газы с такой высокой температурой, которую не мо-
гут выдержать плохо сконструированные рекуператоры.
В том случае, когда садка нагревается и охлаждается в одной
и той же нагревательной методической печи потери тепла будут
невелики. Таков процесс обжига керамических изделий и про-
цесс отжига металлов. В туннельной печи продукты сгорания на-
гревают подаваемую в печь садку, а выдаваемая из печи садка
подогревает вдуваемый в печь воздух. В печи бесконечной длины
с хорошей теплоизоляцией вряд ли вообще понадобилось бы до-
бавлять топлива. Однако с удлинением печи и увеличением коли-
чества изоляции капитальные затраты повышаются. Наиболее
экономичная длина печи и толщина изоляции определяются как
оптимальные величины при учете и сравнении единовременных
капитальных затрат и эксплуатационных расходов на топливо.
В электрических отжигательных печах нет продуктов сгора-
ния, которые могут подогревать поступающую в печь садку, и не
требуется нагревать воздух. Такие печи проектируются с двумя
потоками нагреваемых изделий, идущими в противоположных на-
правлениях. Они нагревают и охлаждают друг друга. Электриче-
ские нагревательные элементы монтируют в центре по длине печи.
В туннельных и подобных им печах очень эффективно исполь-
зуют отходящее тепло. Однако и для этого использования тепла
существуют пределы, обусловленные скоростью нагрева, выдер-
жкой изделий при высокой температуре и скоростью охлаждения.
В т. I было подсчитано количество тепла, которое можно
сэкономить с помощью рекуператоров и регенераторов, а также
приведены данные о величине необходимых теплообменных по
.верхностей. Остается обсудить стоимость сэкономленного тепла.
Отношение количества тепла, которое может быть возвращено
в печь и использовано, к количеству тепла, оставшемуся в печи,
можно выразить через отношение разности температуры уходя-
Ншх газов и комнатной температуры к разности теоретической
температуры горения и температуры уходящих газов.
Это отношение является приближенным, так как теплоемкость
уходящих газов меняется в зависимости от температуры. Из это-
го отношения видно, что чем ниже теоретическая температура
горения и чем выше температура в печи и температура отходящих
газов, тем больше тепла отходящих газов можно использовать.
Невозможно охладить отходящие газы до комнатной температу-
342
Сравнение различных видов топлива и типов печей
ры, если не установить бесконечно большой и совершенно тепло-
непроницаемый рекуператор. Точно так же температура газов,
входящих в рекуператор, не может точно равняться температуре
газов, уходящих из печи. Вследствие этих обстоятельств редко
есть смысл использовать более 60% теоретически доступного
для утилизации тепла.
Если, например, в печи для нагрева слябов сжигается топливо
высокой теплотворности, теоретическая температура горения ко-
торого равна 2090°, и продукты сгорания уходят из печи с темпе-
ратурой 1315°, тогда в печи используется тепло, соответствующее
перепаду температур в 775°. В рекуператоре можно вернуть теп-
ло, соответствующее 60% перепада температур от (1300—40) =
=755°. При этом потребление топлива практически снизится на-
половину. Если принять стоимость печи этого типа за 100 единиц,
то установка рекуператора такой печи обходится <в 35 единиц. Та-
ким образом, при увеличении капиталовложений на 35% расход
топлива снижается на 50%.
Стоимость установки рекуператора зависит от величины по-
верхности нагрева, материала теплопередающей поверхности и
объема работ по сооружению установки. Поверхность нагрева те-
плообменника можно рассчитать на основе данных, приведенных
в т. I. Выбор материала определяется температурой теплопереда-
ющей поверхности. Количество необходимых деталей зависит от
конструкции рекуператора. Произведение величины теплопере-
дающей поверхности на толщину стенки определяет объем и вес
металла, необходимого для получения нужной поверхности нагре-
ва. Стоимость единицы веса металла зависит от качества послед-
него и от формы его элементов, используемых для изготовления
рекуператоров (литье, листы или трубы). Стоимость сооружения
рекуператоров превышает приблизительно в два с половиной —
три с половиной раза стоимость металла. Меньшее значение отно-
сится к высоколегированным сплавам, большее — к низколегиро-
ванным. Кроме стоимости сплава, в стоимость рекуператора вхо-
дят стоимость кожуха и монтажа установки.
Если печь работает плохо, то даже хорошо запроектированный
и выполненный рекуператор не дает ожидаемой экономии. В ме-
тодической печи может быть слишком широко открыто окно за-
грузки. При высоком давлении в печи и слишком низко опущен-
ном (открытом) шибере в борове дымовой трубы большое ко-
личество дымовых газов уходит в атмосферу, не попадая >в ре-
куператор. Если, наоборот, давление в печи низко и разрежение
в борове велико, то в рекуператор засасывается холодный воз-
дух. В том случае, когда в продуктах сгорания наблюдается
большой недожог, <в рекуператоре может возникнуть догорание,
температура которого может превысить допустимую для рекупе-
ратора данной конструкции. Это снижает срок службы рекупе-
Сравнение различных видов топлива и типов печей
343
ратора и тогда приходится часто менять поврежденные секции.
Поэтому рекуператор должен быть легко доступен. Надо еще
раз подчеркнуть, что нельзя располагать рекуператор под печью.
Рис. 279 Отдельно стоящий рекуператор для печей
малых и средних размеров, применяемый при запы-
ленных дымовых газах:
I — отверстия для чистки; 2 — наружный корпус; «3 —
противовес; 4 — внутренний цилиндр
В Западной Европе рекуператоры устанавливают на удобных
местах вблизи печей. На рис. 279 изображен вертикальный ре-
куператор, устанавливаемый обычно для малых и средних пе-
чей. Эти рекуператоры (немецкой конструкции) не засоряются
пылью, уносимой продуктами сгорания. На рис. 280 показан
рекуператор для крупных печей.
344
Сравнение различных видов топлива и типов печей
Некоторые печи не могут быть оборудованы рекуператорами,
например печи с большим числом рассредоточенных на значи-
тельном расстоянии отверстий для выхода продуктов сгорания.
Рис. 280. Отдельно стоящий рекуператор для
крупных печей, применяемый при запыленных
дымовых газах:
1 — скользящее соединение; 2 — перегородки; 3 —
трубчатка теплообменника; 4 — изоляция. 5 —
днище, охлаждаемое воздухом; 6 — утрамбованная
изоляция
В таких печах для установки рекуператора необходимо соорудить
ряд хорошо изолированных газопроводов от каждого отверстия
и соединить их в общий изолированный газопровод, ведущий к
рекуператору. Можно устанавливать и отдельные рекуператоры
Сравнение различных видов топлива и типов печей
345
у каждого отверстия, отводя от них нагретый воздух к ближай-
шим горелкам. Стоимость таких сооружений довольно велика. По
этой же причине рекуператоры не устанавливают у печей, служа-
щих для закалки и отжига и снабженных радиационными тру-
бами.
Последовательно расположенные цилиндрические печи, рас-
положение которых схематически показано на рис. 146, также
не приспособлены к соединению с рекуператорами, хотя удель-
ный расход топлива не больше, чем в печах других типов. Вла-
дельцы таких печей потратили немало сил, чтобы применить
здесь рекуператоры, однако до сих пор не нашли удачного реше-
ния этой задачи.
Кирпичные регенераторы, как правило, используют для ути-
лизации химического тепла колошникового газа доменных печей
или тепла продуктов сгорания стале- и стеклоплавильных печей.
Впервые регенераторы были применены не для утилизации тепла,
а для повышения температуры горения. Их использование для
металлонагревательных печей весьма ограничено. До 1930 г. ре-
генераторы были типовым узлом нагревательных колодцев. В на-
стоящее время эти печи оборудуют рекуператорами. Наиболее
эффективно применение регенераторов у печей для нагрева тя-
желых блюмов и кузнечных поковок различного размера и веса.
Однако экономия, получаемая в кузнечных печах для нагрева из-
делий из высокоуглеродистой стали, в значительной степени сни-
жается, так как после каждого нагрева печь вместе с регенера-
тором необходимо охлаждать, чтобы не повредить новую холод-
ную садку. Для нагрева высокоуглеродистой стали столь же эф-
фективна, если не лучше, печь более простой конструкции. Если
все же установлен регенератор, сталь необходимо предваритель-
но подогревать до температуры синеломкости в отдельной подо-
гревательной камере. При нагреве мягкой стали, например кон-
струкционной, предварительный подогрев не обязателен, ее мож-
но загружать прямо в горячую печь. Для оборудования регене-
ративной печи установками автоматического регулирования тем-
пературы или атмосферы необходимо большое количество спе-
циальной аппаратуры.
Использование тепла отходящих газов в котлах-утилизаторах
было рассмотрено в т. I. Основным выводом из приведенных там
материалов является тот, что установка котлов-утилизаторов вы-
годна только тогда, когда пар может быть использован вблизи пе-
чи, например для парового молота или для распыливания жидко-
го топлива — нефти или смолы. Расходы на заработную плату ра-
бочим, необходимым для наблюдения за котлами-утилизаторами,
разбросанными в крупных кузнечных цехах с большим числом пе-
чей, намного превышают стоимость топлива, которое может быть
сэкономлено благодаря установке этих котлов. Быстрый рост за-
346
Сравнение различных видов топлива и типов печей
работной платы существенно изменил картину по сравнению с той,
которая наблюдалась 30 лет назад.
На рис. 281 показана интересная, хотя и не типовая установка
для экономии тепла.
Рис. 281. Соляная ванна с механической угольной тон-
кой и использованием тепла отхотящих дымовых тазов:
1 — горячая промывка; 2 — ванна для подогрева; 3 — со-
ляная ванна; 4 — бак с маслом для закалки, 5 — угольный
бункер; 6 — привод стокера
Способы передачи тепла
Печи можно сравнивать по способу передачи тепла от его ис-
точника к нагреваемому материалу. С этой точки зрения печи мо-
жно разделить на три группы. К первой относятся печи, в кото-
рых источник тепла — продукты сгорания или электрические на-
гревательные элементы — передает садке тепло непосредственно,
без промежуточной стенки. Печи этого типа часто называют печа-
ми с непосредственным нагревом, с открытой нагревательной ка-
мерой, камерными или безмуфельными. Ко второй группе
относятся те печи, в которых тепло передается садке через му-
фель, т. е. через разделительную стенку. Стенки, окружающие
садку со всех сторон, называются муфелем. Когда же стенки ок-
ружают пространство, в котором происходит горение, они образу-
ют так называемую радиационную трубу. В некоторых печах
практикуется двойная защита от непосредственного воздействия
на садку пламени и дымовых газов: садка заключается в муфель,
а пламя и дымовые газы — в радиационные трубы. Соляные и
свинцовые ванны также играют для садки роль муфеля. К треть-
ей группе относятся те печи, в которых тепло генерируется в са-
мой садке при включении ее в электрическую цепь или при индук-
ционном нагреве.
В печах первой группы, в которых продукты сгорания и садка
находятся в одной камере и не разделены промежуточной стенкой,
тепло передается садке излучением и конвекцией. При высоких
температурах преобладает излучение. В печах, работающих при
температурах ниже 540°, главную роль играет конвекция. Элект-
рические нагревательные элементы перелают тепло преимущест-
венно излучением, по крайней мере при высоких температурах.
Сравнение различных видов топлива и типов печей
347
Из данных испытаний и расчетов, помещенных в обоих томах,
известно, что горячие дымовые газы передают свое тепло не толь-
ко садке, но и своду и боковым стенам печи, которые в свою оче-
редь излучают это тепло на садку. Непосредственный обогрев сад-
ки используется в том случае, когда соприкосновение с продукта-
ми сгорания не причиняет садке серьезного вреда. При этом мо-
жно применить самую дешевую печь. Прямой нагрев необходим
и при такой температуре, которую не могут длительно выдержать
ни муфели, ни радиационные трубы. При температурах около 1000°
или выше сталь не только окисляется, но и обезуглероживается.
Поскольку оба эти процесса зависят не только от температуры,
но и от времени, окисление и обезуглероживание при очень быст-
ром нагреве снижаются. Для скоростного нагрева требуются сле-
дующие условия: топливо должно сгорать в исключительно корот-
кое время, прежде чем продукты сгорания отдадут существенную
часть тепла садке и стенам, а расход топлива должен быть таким,
чтобы продукты сгорания покидали печь с температурой, значи-
тельно превышающей конечную температуру нагрева садки. Ско-
ростной нагрев, или, как его часто называют, нагрев при большом
температурном перепаде, не только снижает окалинообразование
и обезуглероживание, но также приводит к уменьшению габари-
тов и, возможно, к удешевлению печи. Недостатками скоростного
нагрева являются большой расход топлива и необходимость очень
быстро принимать меры в случае перерыва в подаче нагреваемых
заготовок. Для скоростного нагрева необходимо большое число
горелок, что видно на рис. 147 и на фотографии, приведенной
на рис. 282. Часть цилиндрических секций, образующих многока-
мерную печь, изображенную на рис. 146, более детально показа-
на на рис. 283. Преимущества скоростного нагрева известны, но
их не всегда можно использовать. Крупные заготовки из стали
некоторых сортов при быстром нагреве дают трещины. Это те сор-
та стали, которые перед красным калением характеризуются низ-
кой теплопроводностью и при температуре красного каления еще
очень тверды. Данные о минимальном безопасном времени нагре-
ва для заготовок из сталей различного химического состава и раз-
ных размеров приведены в журнале «Industrial Heating» за июнь
1954 г. Для слитков требуется, например, большее время нагрева,
чем для кованых или катаных заготовок соответствующего раз-
мера при том же химическом составе стали.
Передача тепла конвекцией. В печах, в которых
температура не превышает 500°. тепло передается садке главным
образом, но не полностью конвекцией. В таких печах применяют
очищенное топливо, которое обычно сжигают в отдельной топоч-
ной камере, через которую заставляют циркулировать газы, за-
бираемые вентилятором из камеры (нагрева. Печь такого типа
иногда называют печью с принудительной циркуляцией. Важно.
Рис. 282. Печь с толкателем для скоростного нагре-
ва заготовок под ковку
Горелка
Рис. 283. Секции многокамерной цилиндрической печи непрерывного
действия для скоростного на-рева
Сравнение различных видов топлива и типов печей
349
чтобы рециркулирующие газы соприкасались со всей поверхно-
стью садки. Для этого в зависимости от формы садки устанавли-
вают различные приспособления —перегородки, решетчатые стен-
ки или механизмы для вращения отдельных нагреваемых изделий.
Как уже было указано, для быстрого конвективного нагрева
необходимо, чтобы движение дымовых газов происходило с боль-
шой скоростью, что в свою очередь требует применения дымосо-
сов большой мощности. Таким образом, для нагрева требуете»,
расходовать не только тепло, но также и механическую энергию.
Высказываемое иногда мнение о том, что для хорошего нагрева
садки требуется 8—10-кратная циркуляция дымовых газов, не-
верно, так как при этом не учитывается влияние скорости газов,
которая имеет решающее значение. Конвективный нагрев, для ко-
торого применяется рециркуляция газов, осуществляется при тем-
пературе до 750°.
Передача тепла теплопроводностью. При помо-
щи теплопроводности тепло передается главным образом в соля-
ных и свинцовых ваннах, так как расплав в этих ваннах обладает
большой плотностью. Жидкие соли или свинец на холодной садке
затвердевают, но быстро снова расплавляются, нагреваясь путем
теплопроводности и конвекции. Затвердевание соли смягчает теп-
ловой удар по садке. Тем не менее, нагрев садки происходит очень
быстро, так что крупные заготовки из мягкой стали нагревают-
ся до 370° либо в продуктах сгорания печей, либо в соляных ван-
нах, где соль при этой температуре находится в расплавленном
состоянии.
Соляные и свинцовые ванны действуют, как муфели: исклю-
чают воздействие атмосферы на садку и обеспечивают равномер-
ный нагрев изделия со всех сторон. Одним из последствий интен-
сивной теплопередачи является то, что температура ванны прак-
тически та же, что и нагреваемого изделия. Независимо от време-
ни пребывания в ванне садка не перегревается, если только на-
чальная температура ванны не будет слишком высока. В вание
можно одновременно нагревать и тонкие и толстые детали.
Цианистые ванны не обладают преимуществом соляных и
свинцовых ванн — независимостью качества нагрева от времени
пребывания в ванне. Время, температура и состав ванны опреде-
ляют глубину поверхности, на которую цементуется нагреваемое
стальное изделие. Кривые, характеризующие эту зависимость для
цианистой ванны обычного состава, показаны на рис. 284.
Соляные и свинцовые ванны могут сравниваться с другими
устройствами для нагрева как с точки зрения способа теплопере-
дачи так и выбора атмосферы в печи. Поэтому область их приме-
нения уместно рассмотреть в связи с условиями теплопередачи.
Ванные печи особенно пригодны, когда необходим одновремен-
ный точный нагрев изделий различных размеров и толщины. Хотя
350
Сравнение различных видов топлива и типов печей
они иногда используются для нагрева крупных заготовок, наибо-
лее широкая область их применения — нагрев небольших изделий,
которые можно перемещать вручную. Ванные печи наиболее под-
ходят для ремонтных мастерских. При массовой продукции их
следует заменять печами других типов. Вопрос о том, что доро-
же— нагрев с образованием окалины или нагрев в защитной ат-
мосфере (имея в виду и ванные печи), будет обсужден в следую-
щем разделе этой главы.
Рассмотрение методов пе-
редачи тепла приводит к сле-
дующим заключениям. Непо-
средственная теплопередача
от дымовых газов главным
образом излучением и частично
конвекцией происходит преи-
мущественно в наиболее про-
стых и дешевых печах. Такая
передача тепла используется
только в том случае, когда об-
разование окалины не вредит
изделию или когда оно даже
желательно, так как помогает
удалению поверхностных поро-
ков. Сталь перед прокаткой и
ковкой в подавляющем боль-
шинстве случаев нагревают.
Рис. 284. Кривые зависимости глу-
бины цементации в цианистых ван-
нах от температуры
в продуктах сгорания. Исключения были указаны выше, в преды-
дущих главах. При понижении температуры роль излучения при
нагреве падает, а роль конвекции возрастает. Примерно при
температуре около 650° конвекция начинает преобладать. В низ-
котемпературных печах и сушилах основным способом передачи
тепла является конвекция, излучение служит небольшим допол-
нением. Как уже указывалось ранее, в таких печах для обеспече-
ния равномерности нагрева применяется рециркуляция или про-
сто циркуляция дымовых газов с избытком воздуха. В низко-
температурных печах, где садка нагревается излучением от
электрических нагревательных элементов или от радиационных
труб, выше и ниже садки устанавливают специальные вентилято-
ры для того, чтобы обеспечить передачу части тепла конвекци-
ей. Передача тепла теплопроводностью в настоящее время осу-
ществляется только в соляных и свинцовых ваннах. Ведутся
эксперименты по отжигу полос белой жести в жидкости, обла-
дающей высокой теплопроводностью, но эти опыты еще не нача
ли применять в промышленной практике.
Муфельные печи теперь мало применяют. Широкое употребле-
ние получили печи с радиационными трубами (пламя в муфеле).
Сравнение различных видов топлива и типов печей
351
Они используются таким же образом, как и электрические нагре-
вательные элементы.
Способы подвода тепла
При сравнении различных способов подвода тепла к нагрева-
емым изделиям надо прежде всего различать частичный и общий
нагрев.
Частичный нагрев. Обычно частичному нагреву подвер-
гается один или оба конца стержня или трубы, например нагрев
головок снарядов и бомб для выса щи и других кузнечных опера-
ций. Иногда нагревают среднюю часть заготовки. При частичном
Рис 285. Щелевая печь для нагрева концов заготовок:
/ — изоляция; 2 — изоляционный кирпич 3 — холопные заготовки. 4 — нагретые за-
готовки; 5 — щель 100 мм; 6 — шлаковая летка 125X125 мм; 7 — 6 упорных болтов
размером 19 X 76
нагреве температура изделия, разумеется, не может быть равно
мерной: она снижается от нагретого места к холодному. В нагре-
той же части необходимо получить такое распределение темпера-
тур, которое требуется для последующего процесса обработки.
Частичный нагрев важно проводить возможно быстрее с тем, что-
бы минимально нагревалась остальная часть заготовки, но чтобы
в то же время в ней не возникало чрезмерных напряжений, свя-
занных со слишком быстрым нагревом. В большинстве случаев
промышленного нагрева таких чрезмерных усилий в материале
не возникает.
Когда из стержня куют несколько деталей с применением ча-
стичного нагрева, то резкой границы между горячей и холодной
частями стержня не требуется, так как то тепло, которое попало
в холодную часть, будет использовано при последующем нагреве
стержня. Многие печи, применяемые для частичного нагрева, как
например печь, приведенная на рис. 285, конструктивно весьма
просты. Пунктиром обозначено положение оставшегося конца
заготовки. Высовывается из печи только такая часть заготовки,
352
Сравнение различных видов топлива и типов печей
которая необходима для прочного ее захвата инструментом.
Обычно для нагрева используют мазут. Концы заготовки доводят
до белого каления так, что на пути к молоту или прессу со
стержня капает металл. Заготовка попадает в штамп чистой, без
окалины. В печи, конечно, образуется шлак, для удаления кото-
рого предусматривается шлаковая летка. Хотя этот способ нагре-
ва кажется средневековым, им пользуются и в настоящее время.
Рис. 286 Вращающаяся печь с постепенным автоматическим продвиганием
в нее нагреваемых изделий
В соответствии с характером производственного процесса, сле-
дующего за частичным нагревом заготовки, часто требуется, что-
бы существовала достаточно четкая граница между нагретой и
холодной частями изделия. Это относится, например, к обработке
головной части артиллерийских снарядов и ковке головок фугас-
ных бомб. Простым способом получения такой границы является
погружение изделия в соляную ванну на такую его длину, на ко-
торую оно должно быть нагрето. При этом получается очень рез-
кая граница. Однако прилипающей к изделию солью разъедает-
ся рольганг, несущий изделие к прессу. По этой причине этот в
других отношениях хороший метод частичного нагрева применя-
ется редко.
Четкую границу можно также получить, если сначала нагреть
только конец изделия, а затем постепенно, продвигая его в зону
высокой температуры, нагреть изделие до заданной длины. Для
выполнения такого нагрева существует ряд приспособлений. На-
греваемые изделия, например не окончательно обработанные ар
Сравнение различных видов топлива и типов печей
353
тиллерийские снаряды, можно постепенно вручную или автома-
тически вдвигать в печь. Печь для такого нагрева показана на
рис. 286. Вся печь для частичного нагрева снарядных головок
вращается. Каждый снаряд при помощи неподвижно установлен-
ного обода постепенно вдвигается внутрь печи. Нагреваясь, сна-
ряды вращаются вокруг своей оси. Имеется и другой способ для
достижения той же цели: снаряды, установленные вертикально
Z2T---н
Рис 287 Печь для нагрева концов труб:
1 — водоохлаждаемая втулка. 2 — газоход, <3 — цель-
нотянутая труба, 4 — огнеупорный конус (пробка)
в соответствующие стаканы в конвейерной цепи, проходя через
печь, вращаются. Заготовки движутся между двумя вертикаль-
ными стенками уменьшающейся высоты, благодаря чему все
большая часть заготовки открывается для нагрева
Можно получить достаточно четкую границу между холодной
и нагретой частями заготовки другими способами. На рис. 287
показана печь для нагрева цельнотянутых труб. Каждая труба
проходит через водоохлаждаемую втулку. Выходу газов через
трубу препятствует пробка из огнеупорного материала.
Для частичного нагрева в массовом производстве часто приме-
няют индукционный способ. Конец трубы (рис. 287) можно на-
греть, помещая внутри трубы индукционную катушку и обраба-
тывая его после удаления катушки, не трогая с места.
Нагрев средней части стержня или трубы часто называют
23 В Трннкс Промышленные печи
354
Сравнение различных видов топлива и типов печей
местным. Такой нагрев выполняется или с помощью большого
числа горелок типа паяльных ламп, или при помощи электриче-
ской индукции. Местный нагрев выполняется для последующей
закалки путем погружения в жидкость. При этом печь не нужна.
Более того, во многих случаях она даже мешает. Правильность
этого утверждения явствует из рис. 288, на котором показан мест-
ный индукционный нагрев с последующей закалкой на месте. Та-
кой метод закалки широко применяется при массовой продукции.
Общий нагрев. Полный или общий нагрев практикуется
в том случае, когда необходимо, чтобы температура нагреваемо-
Рис. 288. Схема индукционного нагрева и
закалки с помощью одного и того же уст-
ройства:
1 — отверстия для жидкости, направляемой под
давлением на нагретую поверхность; 2 — ввод
охлаждающей жидкости для закалки; 3 — вы-
сокочастотное магнитное поле; 4 — индуктор
для перемещения магнитного поля в нужное
место; 5 — поверхность, нагреваемая на рас-
стоянии при помощи токов Фуко и гистерезиса;
6 — деталь, подвергаемая местному нагреву И
закалке
го изделия в любой точке была одинаковой, т. е. чтобы изделие
было равномерно прогрето. Печи для полного нагрева можно
сравнивать по методам подвода тепла. Предпочесть следует те
печи, в которых заготовка нагревается равномерно и наиболее
простым образом.
Наиболее равномерный нагрев, безусловно, достигался бы
при подвешивании заготовок внутри печи или соляной ванны. Од-
нако возможность подвешивания ограничивается как температу-
рой в печи, так и весом нагреваемого изделия. Можно безопасно
нагревать довольно тяжелые изделия, например гроздья артилле-
рийских снарядов или даже корпуса баков, при температуре
870°. При температуре 1260° тяжелые заготовки уже нельзя нагре-
вать в подвешенном состоянии, так как подвески в течение дли-
тельного времени нагрева могут растягиваться и даже рваться.
В оводах печей периодического действия, в которых несколько
заготовок нагревается одновременно, предусматривают отвер-
стия для подвески изделий. При температуре выше 870° обычно
избегают нагревать тяжелые изделия в подвешенном состоянии.
Однако из гл. V известно, что в методической печи заготовки
среднего веса можно нагревать подвешенными при температуре
до 1260° и что для достижения этого применяется много остро-
умных приспособлений. В соляных ваннах нагревается обычно
более легкая садка, поэтому время нагрева сокращается. По
этим причинам соляные ванны вполне пригодны для нагрева за-
готовок в подвешенном положении.
Сравнение различных видов топлива и типов печей
355
Близким к идеальному является нагрев деталей в печи с цеп-
ным конвейером при подаче тепла под цепи и над ними.
Очень хорошо подвод тепла можно осуществить также при ус-
тановке нагреваемых изделий на стойках или подставках, доста-
точно тонких и высоких, чтобы доступ тепла был свободным со
всех сторон. Выбор высоты, толщины и материала стоек зависит
от температуры и веса заготовок. Если температура не превыша-
ет 900°, можно применять стойки из чугуна и стали. При более вы-
сокой температуре они быстро выходят из строя вследствие окис-
ления. Кроме того, они прогибаются из-за низкого сопротивления
ползучести. Высокие и тонкие подставки из карборунда при высо-
ких температурах устойчивы и прочны, но разъедаются расплав-
ленным железом и жидким шлаком. Высокие стойки из самого
лучшего кирпича разрушаются при загрузке печи и при выдаче
из нее. Поэтому при температурах выше 900° предпочтительно
применять низкие столбики (или выступы) из кирпича. Несмотря
на небольшую высоту над подом, подвод тепла будет достаточно
равномерным, если отдельные изделия садки расположить на
поду печи таким образом, чтобы излучение от дымовых газов и
свода на подину могло отражаться на нижнюю часть садки. При
температурах ниже 760° излучение уже недостаточно сильно и
тогда в пространство ниже садки подводят продукты сгорания.
Равномерный подвод тепла достигается также в том случае,
когда на под вертикально устанавливают нагреваемые цилиндры
или призмы. Если длина такого изделия больше трех диаметров
(или трех коротких сторон), значительно увеличивается опас-
ность опрокидывания. При случайном падении одного из них
опрокидываются и многие другие, в результате чего не только
приходится много платить рабочим за то, чтобы поднять изде-
лия, но нарушается также равномерность нагрева.
Необходимо указать, что при равномерном подводе тепла не
обязательно достигается равномерная температура во всей нагре-
ваемой заготовке, что относится в особенности к изделиям, имею-
щим прямоугольное и квадратное сечение с острыми ребрами.
При равномерном подводе тепла к таким телам на ребрах и уг-
лах устанавливается более высокая температура, чем на плоских
гранях. При скоростном нагреве массивных изделий ребра и в
особенности углы расплавятся прежде чем температура основ-
ной массы (по толщине) достигнет заданного значения.
Во многих методических печах с толкателями применяется од-
носторонний нагрев. В этом случае при длительном нагреве мож-
но достигнуть почти (но не полностью) равномерного распределе-
ния температуры « садке. Время нагрева, как указано в т. I, оп-
ределяется линейными размерами изделий. Если температура
печи равна заданной конечной температуре нагрева заготовок,
23*
356
Сравнение различных видов топлива и типов печей
равномерная температура в них установится только при беско-
нечно большом времени нагрева. Практически же при односто-
роннем нагреве решение задачи сводится к очень быстрому на-
чальному нагреву и к последующему выравниванию темпера-
туры в отдельной томильной камере. В ней поддерживается
температура немного выше заданной конечной температуры ме-
талла. Чтобы достичь еще более равномерного нагрева, темпе-
газы
Рис. 289. Методическая печь с отоплением со стороны торца загрузки*
а — температура боковой стенки печи (по радиационному пирометру); б — темпе-
ратура на глубине 13 мм ог поверхности заготовок (по термопаре); в —темпера-
тура в центре заготовки (по термопаре); 1 — горелки, используемые при задерж-
ках в работе сгана; 2 — термопара автоматического регулирования температуры
ратуру в томильной камере следует поддерживать даже несколь-
ко ниже температуры выдачи.
Если в методической печи нагревают заготовки толщиной бо-
лее 100 мм, то односторонний нагрев применяют редко. В случае
нагрева больших по размеру заготовок создают тепловые потоки
снизу и сверху садки. Но и при таком двустороннем подводе теп-
ла быстрый нагрев в начале процесса и томление при более низ-
кой температуре следует считать рациональными.
Первоначальный быстрый нагрев достигается благодаря ус-
тановке горелок сбоку, выше заготовок. Боковой нагрев ниже
заготовок возможен, но затруднителен. Другим способом обес-
печения быстрого нагрева является отопление методической
печи с холодного торца загрузки. Соответствующая печь и рас-
Сравнение различных видов топлива и типов печей
357
пределение температур в садке показаны на рис. 289. Несмотря
на преимущества двух рассмотренных способов отопления, они
не получили распространения в США, так как при этом не дости-
гается хороший и в то же время экономичный нагрев.
Следует рассмотреть подробнее термины — нижнее, боковое
и верхнее отопление.
Нижнее отопление обозначает, что топливо сжигается ниже
садки, т. е. ниже уровня пода, для того, чтобы избежать затруд-
нений, связанных с холодным подом. Как уже указывалось в т. I,
подина при этом теплая, но не горячая. Однако при одном толь-
ко нижнем обогреве не гарантируется равномерное распределе-
ние тепла в садке. Дымовые газы, покидающие топку, должны
равномерно проходить по камере нагрева, чтобы предотвратить
образование внутри печи «горячих участков». В т. I, гл. «Движе-
ние газов в печи» подробно изложены способы правильного рас-
пределения газов в печи для получения наиболее равномерного
нагрева изделий. Если нижний нагрев используется совместно
с рециркуляцией, как схематично показано на рис. 290, то до-
стигается хорошее распределение тепла в печи и равномерный
нагрев изделий. Горящие струи подсасьнвают газ из нагрева-
тельной камеры. К сожалению, при малой производительности
рециркуляция наименее энергична, хотя при этом она наиболее
нужна. Она может быть усилена путем подачи избыточного воз-
духа через горелку или отдельное сопло.
Для осуществления так называемого бокового отопления
требуется устройство перевальной стенки. Последняя разби-
вает факел и направляет продукты сгорания таким образом,
чтобы, несмотря на одностороннее горение, тепло равномерно
распределялось по камере нагрева. Если перевальная стенка
высока, одна циркуляция не обеспечивает равномерного рас-
пределения температуры. В этом случае стенка выкладывается
решетчатой и, кроме того, переменной высоты по длине печи.
На рис. 291 ясно показана перевальная решетчатая стенка.
Рисунок изображает печь для отжига с двумя рядом располо-
женными топочными камерами. Схема хода дымовых газов и спо-
соб, применяемый для их правильного направления и обеспечения
циркуляции с целью равномерного распределения тепла, также
.ясны из рисунка. В ряде случаев перевальная стенка целиком или
частично выполняется из карборунда, в результате чего излучение
этой стенки используется для нагрева мертвых углов печи, кото-
рые слабо омываются газовым потоком.
Печь с боковой нефтяной топкой изображена на рис. 292.
Печь сконструирована так, чтобы в ее пределах (насколько это
возможно для печей с холодным подом) достигалось равно-
мерное распределение температуры. Успешная работа печей
с боковым отоплением зависит от правильной циркуляции газов
358
Сравнение различных eudoe топлива и типов печей
в большей степени, чем у
печей других типов. Цир-
куляция газов в свою оче-
редь зависит от скорости
подачи топлива или ско-
рости входящих продук-
тов сгорания, от правиль-
ности растоложения вход-
ных отверстий, от прост-
ранства над перевальной
стеной и от расположения
выходных отверстий для
дымовых газов Эти во-
просы более подробно
рассмотрены в т 1, в главе
«Движение газов в пе-
чах»
Боковой обогрев также
часто применяется в соля-
ных и свинцовых ваннах,
отапливаемых нефтью Та-
кие печи показаны на
рис 293 и 294 На первом
изображена боковая топ-
ка маленькой ванны, а на
втором — ванны глубиной
Рис 291 Отжигательная печь с боковы
ми стокерными топками и перевальной
стенкой
Рис 290 Печь с нижним об)
гревом с рециркуляцией газов,
засасываемых факелом
600 мм Продукты сгорания входят в нагревательную камеру по
касательной вблизи верхней части печи Если бы они поступали
снизу, то при разогреве после полной остановки она могла бы
взорваться.
Рис 292 Печь с видвнжным подом и ботвой неф
тяной топкой
Рис 293 Неболошая
ванная печь с боковой
топкой
Рис 294 Глубокая ванная
печь с боковым обогревом,
осуществляемым на двух
уровнях
360
Сравнение различных видов топлива и типов печей
Выражение «печь с верхним отоплением» относится к такому
типу печей, в которых топочная камера располагается выше на-
гревательной, а между ними сооружается решетчатый свод или
арка, как показано на рис. 295. Печи с верхним обогревом отап-
ливают почти исключительно мазутом и конструкция их поэтому
приспособлена к этому виду топлива. Печи работают при темпе-
ратуре от 650 до 750°. При верхнем обогреве достигается равно-
мерное распределение тепла по всей длине печи. Это положитель-
ное свойство указанных печей достигается за счет перерасхода
Рис. 295. Печь с верхней нефтяной топкой:
1 — подъем заслонки; 2 — топочная камера; 3 — колпачки
гляделок; 4 — регулирующая заслонка; 5 — нагревательная
камера; 6 — противовес; 7f — дверная скоба
топлива вследствие значительных потерь тепла большими топоч-
ными камерами; перерасход топлива может быть уменьшен при
сооружении печей из высокоогнеупорного материала и хорошей
их изоляции.
Печи с нижней, боковой или верхней топками остались нам в
наследство от ранних дней нефтяного отопления. Нефтеочистители
и фильтры были еще плохими, маленькие форсунки засорялись и
забивались. Это было достаточной причиной для установки не-
большого числа крупных форсунок, что в свою очередь потребо-
вало конструирования специальных печей, в которых достигалось
бы равномерное распределение температуры. Небольшие части-
Сравнение различных видов топлива и типов печей
361
цы, засорявшие маленькие форсунки, легко проходили через круп-
ные форсунки. Кроме того, работа персонала при небольшом чи-
сле форсунок облегчается. Установка, состоящая из небольшого
числа крупных форсунок с относящимися к ним трубопроводами,
стоит дешевле установки из большого числа малых форсунок и
соответствующих трубопроводов. Однако общая стоимость соору-
жения печей с нижней боковой или верхней топками довольно вы-
сока.
Не следует думать, будто при большом числе малых форсунок
обязательно достигается равномерный нагрев садки. Если требу-
ется нагреть несколько крупных заготовок, например для отжига,
то регулирование форсунок должно отличаться от того, которое
является наилучшим для нагрева заготовок других размеров и
формы. Неквалифицированный или небрежный рабочий, не отре-
гулировавший форсунки для новой садки, может при нагреве
крупных заготовок перегреть их отдельные части. Поверхность
некоторых изделий не повреждается из-за перегрева, но поверх-
ность других изделий, например роликов для прокатных станов,
повреждается. Перегретые места становятся мягкими, и ролики
бракуются покупателем или самим поставщиком. Несколько круп-
ных форсунок, установленных так, что создается вихревая цирку-
ляция, трудно отрегулировать неправильно. Однако сами по себе
они еще не обеспечивают равномерный нагрев. Чтобы достигнуть
его, садка должна быть приподнята над подиной. В последней или
вблизи нее должны быть предусмотрены и правильно расположе-
ны дымоходы и обеспечена возможность вдувать избыточный
воздух, когда необходимо снизить температуру пламени.
Печи с нижним отоплением сооружают не только для обогрева
пода и обеспечения, таким образом, равномерной температуры в
печи. На рис. 296 изображена печь, отапливаемая пылевидным
углем. Она была сооружена в тот период, когда ощущался дефи-
цит нефти. Топка для пылеугольного топлива располагается зна-
чительно ниже пода и тепло через него не может передаваться
садке. Топка служит только для сжигания угля и улавливания
отлагающейся в ней золы. Потери тепла подземной топочной ка-
меры через стены невелики, в результате чего температура в ней
приближается к теоретической температуре горения. При горении
угля с теоретически необходимым количеством воздуха, подогре-
тым до 250°, теоретическая температура горения доходит до 2250°,
а при 30%-ном избытке воздуха—-до 1900°. Никакой доступный
по цене огнеупор не может выдержать ни такой температуры, ни
действия золы. Когда конструкция печи, показанная на рис. 296,
была опубликована, ее объявили «последним словом» техники.
Вскоре после этого положение с нефтью улучшилось и «последнее
слово» было предано забвению. Здесь эта конструкция показана
как пример нелепости.
362
Сравнение различных видов топлива и типов печей
Следует отметить, что невозможно охватить все типы печей
какой-либо классификацией. Известны, например, печи, кото-
рые одновременно отапливаются и сбоку, и снизу. Содержание
понятий, принятых в качестве основы для классификации, так-
же меняется. Примером этого может служить термин «прямой
(непосредственный) нагрев». В течение многих лет он означал,
что топливо сжигается в той же камере, в которой нагревают
изделия, или в крайнем случае, что эта камера примыкает к
ней. В пятидесятых годах это выражение приобрело дополни-
тельный, несколько отличный от прежнего смысл. Когда листы
Рис. 296. Печь с выдвижным подом и иижией
пылеугольной топкой’
1 — регулирующая заслонка, 2 — горелка, 3 —
люк для чистки. 4 — трубопровод подогретого
воздуха
металла начали отжигать под легким и газонепроницаемым
колпаком, который обогревался снаружи радиационными тру-
бами, то термин «прямой нагрев» еще сохранял свой старый
смысл. Когда же выяснилось, что разница в стоимости пережо-
га внутренних колпаков или радиационных труб не существенна
и что патентное право можно обойти, ссылаясь на то, что горение
происходит между внутренними и наружными колпаками, тогда
прямым нагревом стали называть обогрев внутреннего колпака
дымовыми газами, хотя бы последние и не проходили под кол-
пак, где находилась садка и не соприкасались с нею. Правда,
противопоставление «радиационные трубы или прямой нагрев»
сохранилось и до момента сохранения настоящего труда (1954 г.).
Ранее было указано, что равномерная подача гепла не обя-
зательно приводит к равномерному распределению температур
Сравнение различных видов топлива и типов печей
363
в садке. Характерным примером является нагревание ленты,
свернутой в рулон. На рис. 297, взятом из прейскуранта, схе-
матически показаны правильный и неправильный способы на-
грева рулона. (Фактически материал такой толщины, какая
показана на рисунке, нельзя свернуть ib рулон). Когда рулоны
перемещаются в печи на роликовом поду, нагрев с обоих тор-
цов осуществить не трудно. Если же тепловой поток будет рав-
номерно направляться на поверхность рулона (по всем его вит-
кам), то последний надо изолировать цилиндром. Для охлаж-
дения такого рулона требуется больше времени, чем для на-
грева
Нагрев садки протекающим по ней элек-
трическим током. Этот способ подачи тепла (если его
можно гак назвать) был рассмотрен в предыдущих главах.
В этом параграфе надлежит разобрать вопрос, при каких ус-
ловиях генерация тепла внутри садки при помощи электриче-
ского тока эффективнее, чем подача к ней тепла извне. В этой
главе уже был обсужден вопрос о частичном электрическом на-
греве. Полный нагрев заготовок, включаемых в качестве сопро-
тивлений, также рассматривался ранее, на стр. 141—143. Индук-
ционный нагрев заготовок весьма удобен При нагреве заго-
товок длиной до 1 м, которые могут перемещаться вручную,
получается также экономия заработной платы. На рис. 298
видно, как легко ©ти заготовки вставлять и вынимать из печи.
Когда заготовка нагреется, она автоматически выталкивается
из индукционной катушки. Затем она захватывается фрикцион-
ными валками и укладывается на лопатку, откуда рабочий на-
правляет заготовку к прессу или молоту. При этом не требу-
ется никаких подъемных устройств. Преимущества этого спосо-
ба очевидны. При таком нагреве окалина практически не обра-
зуется. Нагрев всегда продолжается в течение одного и того же
364
Сравнение различных видов топлива и типов печей
времени. В рабочем помещении чисто и не жарко. Однако ин-
дукционный нагрев имеет и свои недостатки. Среди них преж-
де всего высокая стоимость оборудования для генерирования
тока высокой частоты или стоимость конденсаторов, если обо-
грев производится током низкой частоты. Для нагрева загото
вок, существенно различающихся по сечению, длине или фор-
ме, необходимы различные катушки. Правильная намотка но-
Рис, 298. Автоматическая выдача стержней, нангре-
тых токами высокой частоты
вых катушек для обеспечения одинакового нагрева концов за-
готовки требует опыта, и, наконец, индукционный нагрев, так
же как и другие способы электрического нагрева, связан с
большими расходами на электроэнергию.
При нагреве крупных изделий-—круглых диам. 200 лии или
квадратных, сторона которых равна 175 мм, преимущества ин-
дукционного нагрева весьма незначительны. Для индукцион-
ного нагрева квадратного стержня, длина стороны которого со-
ставляет 175 мм, требуется в зависимости от величины тока от
17 до 25 мин. За это время уже образуется окалина. При го-
ризонтальном расположении тяжелых заготовок трудно их за-
крепить в определенном положении, мешает также окалина,
которая осыпается с них. При вертикальном расположении раз-
мягченные заготовки могут наклониться и расплавиться с
той стороны, которая окажется ближе к индукционной катуш-
ке. Заготовки необходимо поддерживать в центре катушки в
Сравнение различных видов топлива и типов печей
365
строго вертикальном положении при помощи полос (штрипсов)
из жароупорной стали. Без специального крана (для нагрева-
тельных колодцев) транспортирование тяжелых заготовок в
секции нагрева и оттуда к прессу, молоту или прокатному ста-
ну весьма затруднительно. Если же заготозки должны быть
уложены под пресс или молот строго горизонтально, то обязан
тельно нужен специальный кран с манипулятором для захвата
и укладки заготовок.
С другой стороны, первоначальные затраты на оборудова-
ние для индукционного нагрева крупных заготовок значительно
меньше, чем на оборудование для нагрева изделий небольшого
размера, так как для крупных изделий можно с успехом ис-
пользовать ток частотой 60 гц. В промышленности этот метод
применялся уже с начала сороковых годов, но сообщения о нем
были опубликованы только недавно (в 1953 г.). Осенью 1953 г.
компания West Penn Power (Вест Пенн Пауэр) в течение не-
скольких недель демонстрировала в Унионтаун (в Пенсильва-
нии) опыты для того, чтобы убедить владельцев кузнечных
установок и прокатных станов, что сталь можно успешно нагре-
вать током частотой 60 гц. В табл 17 даны результаты испы-
таний, проведенных в присутствии автора.
Таблица 17
Сорт стали	Размеры загото- вок. мм	Средняя конечная темпериту ра нагре- ва. °C	Время г’агрева, мин.	Коэфф и ци- ен! мещ нести (cosr). %	Удельный расход электро- энергии кат ч/ш
0,40%С	200 X 200 X 900	1205	18	60—30	288
0,40%С	15иХ 450x800	1200	31,5+10,5т*	56—26	279
Нержавею- щая	150X450X750	1145	31+20т+6+Зт	25,5—22	271
Нержавею- щая	300 x300 X 750	1230	48+9т	48—22	305
* Цифра при букве «т» обозначает время томления в катушках. Если катушка не
заизолирована огнеупором, томление в ней нецелесообразно, так как водоохлаждаемая
катушка поглощает тепло Для третьего слитка приведены средние конечные температу-
ры нагрева, так как распределение температур по сечению заготовки было далеко не
равномерным. Она колебалась от 1020 до 1240°.
Компания Дженераль Инжиниринг, проводившая испытание вместе с компанией Вест
Пенн Пауэр сообщает следующие приближенные данные о первоначальных затратах иа
оборудование, относящиеся к 1953 г
1	При высокой частоте с преобразователем частоты в виде двнгатель-генератора: от
150 до 200 долл за I кет, от 60 000 до 80 000 долл на I т продукции.
2	Прн дв<йной частоте (60 гц и несколько более высокой частоте) От 60 до 100
долл, за 1 кет. От 20 000 до 30 000 долл на 1 m продукции.
3	При члеготе 60 гц. от 30 до 50 долл, за 1 квпг и от 10 000 до 15 000 долл, на
I tn продукции.
В эти суммы входит стоимость преобразователей частоты
(там, где они нужны) аппаратуры по улучшению коэффициента
366
Сравнение различных видов топлива и типов печей
мощности, распределительного устройства, индукционных кату-
шек и основного оборудования по транспортированию загото-
вок. Сюда не входят затраты по преобразовательной подстан-
ции. Нужно прибавить еще расходы на дополнительные катушки
при нагреве изделий различных размеров.
Компания, производившая испытания, рекомендует применять
токи высокой частоты только для изделий, сечение которых со-
ставляет менее 30 мм2, две частоты при размере сечения от 30
до 150 мм2 и низкую частоту для заготовок, сечение которых пре-
вышает 150 лглг2.
Индукционный нагрев обычно происходит настолько быстро,
что окалинообразование незначительно. Однако, как уже было
сказано выше, окалина в ряде случаев все же образуется.
Примеры подвода тепла к садке
Во многих производствах на способ подвода тепла к садке
большое и даже решающее влияние оказывают технологиче-
ские операции, предшествующие нагреву или выполняемые
за ним. Это подтверждается опытом работы шахтных печей или
нагревательных колодцев. Во время нормальной эксплуатации
расход тепла в нагревательных колодцах весьма небольшой, так
как температура сердцевины слитков превышает заданную и толь-
ко поверхность, особенно на ребрах, холоднее. Согласно ста-
рому правилу, время нагрева слитка в нагревательных колод-
цах должно быть равно (времени его транспортирования,
т. е. времени между разливкой слитков и посадкой их в колод-
цы. Любые задержки, происходящие до посадки слитков в ко-
лодцы, приводят к тому, что слитки становятся темно-красными
и даже совсем холодными. Несмотря на эти отклонения, слит-
ки из нагревательных колодцев должны выдаваться равномерно
нагретыми с равномерной температурой по всей поверхности.
Казалось бы, наилучший нагрев достигается при размещении
каждого слитка в отдельной камере и нагреве последней с
помощью большого числа маленьких горелок. В конце прошлого
столетия в Германии были применены индивидуальные камеры,
но этот способ подачи тепла к слиткам оказался весьма несовер-
шенным. В США были установлены крупные многоместные на-
гревательные колодцы для одновременного нагрева 12 слитков.
Европейцы их презрительно называли «общей могилой». Задача,
которая должна быть разрешена при эксплуатации таких печей,
следующая: как подать тепло к слиткам, чтобы достичь необхо-
димой для прокатки на блюминге равномерности нагрева. За
исключением того случая, когда сжигается доменный газ, темпе-
ратура в нагревательном колодце обычно очень высока. Для эко-
номии топлива воздух для горения всегда подогревается, хотя
Сравнение различных видов топлива и типов печей
367
при сжигании топлива высокой теплотворности можно было бы
обойтись и холодным воздухом.
На рис. 299 показаны различные способы подвода тепла.
В некоторых случаях перегревается верх, в других — середина,
в третьих — низ нагреваемого слитка. Разность температур на
концах слитка в 35 или даже 50° не имеет значения, так как со-
временные блюминги настолько мощны, что, несмотря на неко-
торое различие температур вдоль оси слитка, они прокатывают
блюмы до одинакового сечения. Неравномерность температуры
слитка вдоль его окружности более вредна. Когда холодная сто-
рона оказывается при прокатке снизу, блюм ударяет по рольгангу
и вызывает повреждения. Когда же более холодная сторона ока-
зывается сверху, то блюм имеет тенденцию обернуться вокруг
верхнего валка стана. Квалифицированный прокатчик, разумеет-
ся, знает, как уменьшить вредные последствия неравномерного
нагрева, но он не может предотвратить изгиб блюма, который
после обжатия с трудом входит в калибр. После выяснения этих
обстоятельств отказались от ранее принятой практики установки
слитков в колодцах с наклоном к стенам.
На основе изучения рис. 299, можно увидеть недостатки раз-
личных способов подвода тепла. Если слитки расположены не
слишком тесно, то при нагреве сверху и выводе газов через от-
верстия вблизи подины достигается достаточно равномерный на-
грев. Многие современные нагревательные колодцы в Европе
оборудованы горелками, установленными в несколько вертикаль-
ных рядов. Пламя одного ряда горелок направлено по часовой
стрелке, другого ряда — против часовой стрелки. Регулярно, че-
рез определенные промежутки времени, направление пламени ре-
версируе гея.
В некоторых европейских странах, особенно в тех, в которых
есть дешевая гидроэнергия, с 1952 г. установлены электрические
нагревательные колодцы. Нагревательные элементы выполняют
из карборундовых трубок, наполненных нефтяным кбкеом. В та-
ких колодцах окалина составляет менее 10% того количества,
которое образуется в пламенных колодцах. С 1955 г. в США
начали внедрять электрические нагревательные колодцы.
Способы загрузки, выдачи и перемещения изделий в печи
Оборудование для загрузки изделий, перемещения их в печи
и выдачи из нее описано в гл. V. В этом разделе должен быть
разрешен следующий вопрос: какой способ загрузки, выдачи и
перемещения изделий в печи будет наилучшим в данных усло-
виях. В общих чертах ответ прост: наилучшим будет тот способ,
который (при хорошем нагреве) будет наиболее дешевым как по
капитальным затратам, так и по амортизационным расходам и
Рис 299. Способы подвода теп
регенераторы; 2 горелка; 3 — горелки; 4 — горелочное отверстие;
ла в нагревательных колодцах;
5 — горелка только с одной стороны колодца; 6 — тангенциальные горелки
24 В. Трннкс. Промышленные печи
370
Сравнение различных видов топлива и типов печей
расходам на эксплуатацию и ремонт. В одних случаях выбор обо-
рудования затруднителен, в других можно принять решение легко.
Печи, в которых при разной температуре нагревают легкие
изделия различных размеров и формы, должны быть периодиче-
ского действия. Для них не требуется другого оборудования для
подачи изделий, кроме клещей. Если при всех прочих равных
условиях нагреваемые изделия слишком тяжелы и их нельзя пе-
ремещать вручную, то устанавливают рычаг, опора которого под-
вешивается на монорельсе или крепится на тележке. Длинное
внешнее плечо перемещают вручную, а короткое вводится в печь,
как показано в гл. V. Изделие захватывается при помощи колен-
но-рычажного (шарнирного) механизма. Необходимым элемен-
том оборудования является лоток с проточной водой, в которую
погружают горячий конец клещевого захвата между операциями.
Это относится и к соляным ваннам, которые также предназна-
чены для нагрева изделий разных размеров и формы. Хорошо
осуществляется нагрев разнообразных изделий перед закалкой
в универсальной печи, изображенной на рис. 169. Загрузка и вы-
дача в ней полностью механизированы.
Для крупных слитков и тяжелых блюмов разных размеров,
которые должны быть нагреты до 1200—1250° и после нагрева
обработаны под прессом или молотом, загрузочные устройства
наиболее сложны. Для таких заготовок нужно устанавливать
группу печей периодического действия, обслуживаемых общей
шаржир-машиной. Последняя может передвигаться по рельсо-
вому пути и укладывать заготовки на рольганг прокатного стана
Она может строиться как машина универсального типа и пере-
двигаться в любом направлении для выбора заготовок из печи
и подачи их к молоту или прессу. Если загрузочная машина слу-
жит манипулятором при проведении ковочных операций, то для
непрерывной работы пресса необходимо установить дополнитель-
ное загрузочное оборудование. В прокатных цехах тяжелые и
длинные заготовки прямоугольного сечения и даже небольшие
слитки нагревают в методических печах. Толкатель перемещает
изделия в печи. Если выдача изделий из печи осуществляется под
действием силы тяжести, то не требуется никакого оборудования,
за исключением устройства для блокировки движений толкателя
и заслонки окна выдачи. В печах с боковой выдачей нужен от-
дельный выталкиватель для выдачи заготовок. Тяжелые слитки
всегда нагревают в нагревательных колодцах, которые наилуч-
шим образом отвечают требованиям технологии, экономичного
размещения оборудования и облегчения загрузки и выгрузки.
При этом используется клещевой кран, поднимающий нагретые
слитки и доставляющий их к трансферкару.
Для нагрева материала, уложенного навалом, всегда пред-
почитают печь с выдвижным подом. Она работает в диапазоне
Сравнение различных видов топлива и типов печей
371
температур от 650 до 1250°. Единственным специфическим меха-
низмом для перемещения пода в печи является выталкиватель.
Остальную работу выполняет обычный кран.
Печи с вращающимся подом хороши для нагрева изделий
среднего размера и в особенности для изделий такой формы, ко-
торые трудно передвигать толкателем. Существуют много уст-
ройств для загрузки и выдачи изделий (в зависимости от веса
последних) — от ручных клещей до сложных загрузочных машин.
В массовом производстве при нагреве изделий в пределах
550—950° почти повсюду применяют механизмы непрерывного
передвижения (автоматические конвейеры). Какой механизм из
описанных в гл. V является наиболее подходящим для того или
иного конкретного случая, зависит от многих обстоятельств, ко-
торые невозможно здесь рассмотреть.
Исключительный интерес представляет следующий вопрос:
как отжигать холоднокатаную ленту — в рулонах, пользуясь пе-
чами периодического действия, или в несвернутом виде в печах
непрерывного действия (башенных) ? На рис. 300 показана непре-
рывная башенная печь, а на рис. 301—колпаковые печи для
периодического отжига.
Каждый из этих способов отжига имеет своих стойких защит-
ников. Для правильного выбора одного из этих способов необ-
ходимы совместные исследования металлургов и механиков.
Установки для непрерывного отжига производительно-
стью от 20 кг до 30 т в час существуют с 1930 г. Таким способом
отжигают ряд металлов, а именно: золотую фольгу, никелевую
фольгу, бериллиевую медь, кремнистую сталь, жесть. В пользу
непрерывного отжига свидетельствуют следующие доводы.
1.	Готовая продукция выходит с тонкой зернистой структу-
рой и необходимой жесткостью.
2.	В непрерывном отжиге подготовительная стадия очистки
входит в общий процесс и для нее не требуется отдельной уста-
новки.
3.	При непрерывном отжиге в башенной печи нужна гораздо
меньшая площадь цеха, чем в других случаях.
4.	При температуре выше 850° ленту можно отжигать без
повреждения, в то время как при отжиге в рулонах при такой
температуре края ленты слипаются (свариваются). Чтобы избе-
жать этого при периодическом отжиге, применяется покрытие
ленты хроматом марганца. На это требуется добавочная опе-
рация, кроме того, ленту после отжига надо очищать.
5.	Вследствие большой скорости, с которой лента проходит
через башенную печь, в ней одновременно находится мало ме-
талла по сравнению с количеством его в отжигательных печах
периодического действия.
24*
Рис. 300. Башенная печь для непрерыв-
ного отжига ленты
Рис. 301. Группа печей периодиче-
ского действия для отжига рулонов
Сравнение различных видов топлива и типов печей
37J
6.	Правильно запроектированная башенная печь достаточно
гибка в работе, в ней можно в широких пределах менять время-
температурные циклы как в нагревательной, так и в томильной
зоне.
Защитники периодического отжига (в рулонах) приводят сле-
дующие доводы в свою пользу.
1.	Отжиг в рулонах также гибкая операция. Рулоны можно
группировать по размерам, нагрузку можно подбирать, а циклы
отжига менять.
2.	Рулоны бронзовой и медной лент, отжигаемые в колпако-
вых печах, получаются светлыми.
3	Капитальные затраты и эксплуатационные расходы на точ
ну валовой продукции составляют только часть соответствующих
расходов для башенной печи.
Эти утверждения далеки от истины, которая, как обычно в
спорах, находится где-то посередине. Сравнение обоих способов
нагрева, выполненное В. Р. Уэйром, дало следующие результаты 1
Показатели сравнения
Удельная площадь пода,
м2!т ....................
Капитальные зацаты, долл/т
Расход топлива ккал/т . .
Расход защитного газа,
Затраты на ремонт . . . .
Обследовано .	. .
Непрерывный отжиг
Периодический отжиг
0,8	1,05
1,4	1,0
126000	252000
23,2	38,8
Одинаковые
100 рулонов	100 рулонов
нагреваемых	нагреваемых
Нормы труда на очистку,
чел-час!т..................
Нормы труда на отжиг,
чел час]т..................
50 рхлонов
охлаждаемых
400 рулонов
охлаждаемых
0,25
0,39
0,32
Эта таблица составлена в предположении одинаковой произ-
водительности печей непрерывного и периодического действия,
а именно по 5000 т >в месяц. Для этого вместо 1 башенной печи
потребовалось бы 2'/6 печи периодического действия с 6,5 поди-
нами при общем весе садки 90 т.
Затраты труда на очистку ленты при непрерывном процессе
в башенных печах включены в нормы труда на отжиг.
С того времени, когда составлялись эти данные, были введены
улучшения в процессы отжига рулонов, прокатки и сварки ленты,
поэтому в настоящее время разрывы ленты в башенных печах
случаются гораздо реже, чем прежде. Разрыв в секции охлажде-
• Данные взяты из доклада, представленного в 1950 г на собрании Американского
Института железа и стали в Чикаго
374	Сравнение различных видов топлива и типов печей
ния можно исправить в течение 1 часа. Разрыв в нагревательной
секции может вызвать до 8 час. простоя печи. Отдельные данные
приведенного выше сравнения изменились, однако соотношение
расходов осталось то же.
Результаты сравнения можно подытожить следующим обра-
зом. Ленты различных размеров и химического состава при раз-
ных температурах эффективнее отжигать в рулонах. Непрерыв-
ный отжиг целесообразнее выполнять при массовом производстве
ленты постоянного размера. При этом можно допустить измене-
ние химического состава ленты в довольно широких пределах.
Примером продукции постоянного размера и химического со-
става может служить лента, используемая для изготовления про-
бок бутылок и крышек для банок. Мощные непрерывные полосо-
вые (штрипсовые) станы оборудованы печами для обоих спосо-
бов отжига. Эти станы пока имеются не всюду, но в ближайшее
время следует ожидать их более широкого распространения.
Сравнение показывает также, что печники и прокатчики все
время стремятся снизить эксплуатационные расходы. В этом их
ограничивают требования потребителей в отношении качества ме-
талла.
Сравнение атмосфер в печах
Роль естественных атмосфер (продуктов сгорания) и контро-
лируемых (искусственно приготовленных) атмосфер уже рассма-
тривалась в гл. IV. Здесь мы поставим только следующий вопрос:
когда металлы можно нагревать в продуктах сгорания или в воз-
духе и когда их нужно нагревать в искусственных атмосферах?
В некоторых случаях ответ дать легко, а в других — очень трудно.
Крупные стальные слитки, очевидно, выгоднее нагревать в
продуктах сгорания. Образование окалины на слитках часто даже
желательно, для того чтобы выжечь поверхностные пороки, на-
пример холодные наплывы, появляющиеся при разливке. Ока-
лина, образовавшаяся при нагреве, отпадает ib прокатном стане
и ее возвращают в мартеновскую или доменную печь. Нагрев
этих слитков в защитной атмосфере не дает никакого выигрыша,
так как обезуглероженный слой в процессе прокатки становится
очень тонким (раскатывается).
Наоборот, подлежащие закалке изделия из мягкой стали
должны быть науглерожены или цианированы (нитроцементиро-
ваны) только в искусственной атмосфере, которая может быть га-
зообразной или жидкой. Светлый отжиг большинства промыш-
ленных металлов также должен выполняться в защитной атмос-
фере.
Между этими двумя крайними случаями существует много
случаев отжига, для которых при консультации металлурга,
экономиста и инженера-печника необходимо выбирать атмосферу,
Сравнение различных видов топлива и типов печей	37 ъ
руководствуясь ответом на следующий вопрос: что в конце кон-
цов обойдется дороже — нагрев в защитной атмосфере (включая
и цианирование) или понижение качества изделий и, следова-
тельно, их цены при нагреве в продуктах сгорания или в воздухе?
Можно привести следующий пример. Стальные заготовки, на-
греваемые при высокой температуре, обезуглероживаются. Ча-
сто эти заготовки приходится заново нагревать для восстановле-
ния в них углерода или же снимать с них на станке обезуглеро-
женный и размягченный слой. Обе эти операции обходятся до-
рого.
Из этого можно сделать заключение. Если отжигаемые изде-
лия все равно нужно подвергать механической обработке, то
дорогой отжиг в защитной атмосфере не является необходимым.
То же самое можно сказать и о тех заготовках, цена которых не
снижается из-за налета окалины. В том же случае, когда целью
нагрева является светлый отжиг, науглероживание или цианиро-
вание поверхности защитная атмосфера необходима.
При решении вопроса полезно учесть и нижеследующие об-
стоятельства. Печи с искусственной атмосферой обходятся доро-
же, чем с естественной. Цена самой дешевой защитной атмосфе-
ры равна примерно 32 центам за 100 м3 газа. Относительная
стоимость различных атмосфер была приведена на стр. 224—225.
Стоимость защитной атмосферы, приходящейся на единицу
нагреваемого материала, получают как произведение количе-
ства израсходованной на единицу продукции атмосферы на ее
цену. Расход защитной атмосферы на тонну нагреваемого ма-
териала колеблется в очень широких пределах. Общих законо-
мерностей для предварительного определения расхода защит-
ного газа не существует. На необходимый объем защитного газа
в первую очередь влияет метод загрузки и выдачи садки из пе-
чи. Изготовители печей и генераторов защитного газа собрали
много материала (иногда за счет потребителей) о среднем рас-
ходе этого газа. По понятным причинам эти изготовители обыч-
но рекомендуют генераторы более мощные, чем это нужно для
нормальной эксплуатации. Стандартной величиной для колпа-
ковой или колокольной печи является 1,4 м3 в час на 1 м длины
песочного затвора. В опытах, произведенных автором, песочный
затвор был глубоким и хорошо утрамбованным. Поэтому рас-
ход газа, равный всего 0,65 м3/час .на метр длины песочного за-
твора, давал уже хорошую защиту.
При удалении из печи воздуха для заполнения ее требуется
большой объем защитного газа. Это положение может быть
разъяснено простой аналогией. Невозможно получить чистую во-
ду в чашке, где находится грязная, если ее промыть одной
чашкой чистой воды. Для получения практически чистой воды ее
надо промыть четырьмя чашками чистой воды. Инженеры-печ-
376
Сравнение различных видов топлива и типов печей
ники аналогичным образом очищают печь от воздуха пятикрат-
ным объемом защитного газа. При медленной очистке нужно
меньше газа, чем при быстрой, так как в последнем случае будет
происходить завихрение и перемешивание газа с воздухом.
В печах с окнами и заслонками к ним расход защитного газа
зависит от плотности заслонок, от частоты их открывания и от
состава атмосферы за ними. Ниже приведены извлечения из ма-
териалов Surface Combustion Corporation (Корпорации поверх-
ностного горения) о потребности в защитном газе для муфельных
печей.
Размер муфеля, мм	Количество потребного защитного газа
для быстрой очистки печи, м3/час
305 X 254 X 790	5,1
560 X 355 X 975	8,5
Исходя из того, что пять объемов защитного газа дают доста-
точную очистку, получаем, что маленький муфель очищается за
3,6 мин., а большой — за 7 мин. 1
Если заслонки плотны и открываются редко и в особенности
если предусмотрен тамбур перед окнами, то при нормальной экс-
плуатации расход защитного газа для быстрой очистки гораздо
меньше указанного выше. Часто устанавливают поэтому неболь-
шой газогенератор защитного газа и подключают его к газголь-
деру.
Однако в печах с роликовым подом для нагрева длинных труб
или полос окна по необходимости должны быть все время откры-
ты. В этом случае скорость подачи защитного газа не определяет-
ся задачей очистки печи от воздуха.
Она обусловливается непрерывной утечкой газа. Само собой
понятно, что никаких тамбуров здесь устроить нельзя. В каче-
стве примера можно привести печь такого типа с окном шири-
ной 1220 мм и высотой подъема заслонки 100 мм. Для защиты
садки требуется 425 м^час защитного газа, несмотря на прово-
лочные сетки и асбестовые канаты, которые свисают вниз и за-
крывают садку, состоящую в данном случае из труб. Если трубы
короткие, они могут перемещаться в печи на поддонах с помощью
толкателя или на роликах. Окна тогда могут быть большую
часть времени закрыты и перед ними можно сделать тамбур.
При этих условиях расход защитного газа будет составлять лишь
небольшую часть приведенного выше.
В массовом производстве в настоящее время при закалке, на-
углероживании и цианировании обязательно применяют защит-
ную атмосферу, приготовленную в отдельном газогенераторе. Как
1 Разница во времени объясняется тем, что газо1енераторы строятся
по типовым размерам, вследствие чего соотношение между производитель
ностью генератора н объемом печи не может быть всюду одинаковым.
Сравнение различных видов топлива и типов печей
377
уже указывалось в гл. IV, сталь нагревается до 1200° или даже
до 1300° без образования окалины и без использования отдель-
ного генератора газа. Печи для нагрева таким способом показа-
ны на рис. 166 и 167. Нужно решить вопрос, когда использование
этого способа эффективно и когда он не представляет выгоды.
Нагрев стали в продуктах весьма неполного сгорания выгоден,
когда металл идет на штамповку под молот или пресс. Благо-
даря отсутствию окалины увеличивается продолжительность
работы штампа; сталь не нужно нагревать до оплавления; в печи
не образуется шлак.
При введении этого метода в обычную практику металлурги-
ческих заводов встретились с тем фактом, что (как ранее уже ука-
зывалось) образование окалины иногда полезно. Если же появле-
ние обезуглероженного поверхностного слоя на заготовках вред-
но, то после прокатки на блюминге этот слой сжигается огневой
зачисткой (в струе кислорода). К 1954 г. у большинства инжене-
ров металлургических заводов еще не было твердой уверенности
в том, что нагрев блюмов и слябов до температуры прокатки без
образования окалины действительно выгоден. Они сравнивали
капитальные вложения и эксплуатационные расходы. Нагрев до
высокой температуры в защитной атмосфере, которая создается в
результате большого недожога, имеет преимущество для некото-
рых специальных процессов горячей обработки, при которых на
заготовке не должно быть окалины. Он также выгоден для нагре-
ва без окалины некоторых жароупорных сталей. В то время как
окалина легко отпадает от углеродистой стали, она чрезвычайно
прочно пристает к некоторым сортам жароупорной стали. Окали-
на закатывается в металл и может быть удалена потом 'только
путем травления кислотой.
Предотвращение образования окалины у таких сталей жела-
тельно и выгодно.
Выбор источника тепловой энергии и типа печей
В результате приведенного критического сравнения возникает
вопрос: как проще всего использовать эти данные при выборе
одной или нескольких печей? Очевидно, что выбор источника
тепла только на основании стоимости одной калории недостато-
чен и что должны быть учтены и другие факторы. К сожалению,
еще не существует такой формулы, в которую можно было бы
подставить все переменные и получить правильный ответ. Воз-
можно, однако, дать определенную логическую цепь рассужде-
ний, которую с некоторыми изменениями можно было бы при-
менить в любом конкретном случае. Ниже сделана попытка раз-
вернуть такую цепь. На примерах из промышленной практики
25 В Триикс. Промышленные печи
378
Сравнение различных видов топлива и типов печей
мы постараемся также показать, до какой степени случайные
обстоятельства могут влиять на решение задачи.
Промышленную печь можно выбрать различными способами:
1. Можно обратиться к промышленным справочникам, где поме-
щены адреса изготовителей печей, или получить информацию из
объявлений в технической печати. Можно затем запросить изго-
товителей и выбрать печь на основе предложенных ими чертежей
и цен, пользуясь также консультацией экономистов.
2. Можно также посоветоваться со специалистом-консультан-
том, который выберет наиболее подходящее оборудование.
3. Наконец, можно посетить заводы, где установлено оборудо-
вание, предназначенное для аналогичного производства, изучить
печи и эффективность их работы и выбрать наиболее подходящие
для данных условий работы.
Последний способ применяется чаще всего для наиболее от-
ветственных печей, так как при этом можно быть уверенным, что,
установив печь, совершенно подобную той, которая уже успешно
работает ряд лет, не возникнут неприятные сюрпризы, простом
или необходимость проводить эксперименты. В то же время, если
рабски следовать этому методу, то технический прогресс будет
задержан. Время от времени создаются новые конструкции пе-
чей, новые источники тепла и кто-нибудь должен быть первым,
кто их испытает и введет. Ультраконсервативные люди, которые
никогда не устанавливают никакого оборудования, кроме старо-
го, испытанного в течение многих лет, могут оказаться через не-
которое время перед фактом, что большая часть их оборудования
совершенно устарела.
В том случае, когда новая печь имеет большое значение для
производства, рекомендуется использовать все три способа выбо-
ра. Если же речь идет о небольшой печи, то не надо тратить мно-
го времени и средств, так как в случае ошибки в выборе можно
легко установить новую печь.
При выборе источника тепловой энергии и печи ставится цель,
чтобы стоимость конечного продукта хорошего качества была ми-
нимальной. Внимательное чтение обоих томов данной работы по-
казывает, что для достижения этой цели должно быть учтено
очень много факторов. Перечень этих факторов (далеко не пол-
ный) приводится ниже.
Это — стоимость самой печи, земляных работ, фундаментов,
рекуператора или регенераторов, газоходов и дымовой трубы;
стоимость эксплуатации и ремонта, стоимосгь остающегося в печи
тепла на единицу веса нагреваемого материала. Последняя со-
ставляющая сама зависит от многих факторов: стоимости тепла,
получаемого при сжигании топлива или за счет электрической
энергии, стоимости доставки топлива к печи и удаления отброс-
ных продуктов, стоимости вспомогательного оборудования, на-
Сравнение различных видов топлива и типов печей
379
пример нефтеподогревателей, трансформаторов, генераторов вы-
сокой частоты, газоочистителей и т. д. Играют роль также соот-
ветствие топлива технологическому процессу и стоимость уст-
ройств для перехода от одного вида топлива к другому.
Далее, заработная плата нагревальщиков, руководящего пер-
сонала, оплата персонала во время простоев (сюда прибав-
ляются расходы на составление заявок на материалы и оборудо-
вание и частично на составление платежных ведомостей).
Учитываются также стоимость загрузки и выдачи нагреваемых
изделий, стоимость отбраковки или потери вследствие снижения
сортности готового продукта; потери на окалину и сгорание части
садки и затраты на операции по удалению дефектов, полученных
изделиями в печи; стоимость защитного газа; стоимость потерь
тепла, излучаемого на рабочие места, также снижающих произ-
водительность печи.
Расходы по приспособлению печи для работы с изделиями
различных размеров, форм и химического состава.
Чтобы выбрать применительно к крупной печи наиболее
удачную комбинацию всех указанных элементов, нужен опытный
и умный инженер-печник. И можно сказать, что хорошая догад-
ка, основанная на длительном опыте, намного лучше, чем дли-
тельные расчеты неопытного инженера. Однако и наилучший ин-
женер может делать ошибки и неправильно оценивать обста-
новку.
Нет людей без недостатков. В переписке или при личных пе-
реговорах упускаются небольшие, но важные детали. Поэтому
конструктору и консультанту рекомендуется получить у заказчи-
ка письменные или устные ответы на длинный опросный лист. За-
казчику может не понравиться заполнять большой опросный
лист, ио эта неприятность не может идти ни в какое сравнение
с теми осложнениями, которые могут возникнуть вследствие
неправильного выбора источника тепловой энергии, плохой кон-
струкции печи и устройств для перемещения изделий, непригод-
ности генератора защитного газа, недоразумений с поставкой
отдельных элементов оборудования и еще ряда других плохо
решенных вопросов.
Разумеется, в ряде случаев обсуждение всех перечисленных
факторов было бы абсурдным и смешным. Если, например, не-
большой ремонтной мастерской требуется печь для нагрева слу-
чайных поковок и для закалки инструмента, болтов и других не-
больших изделий, конечно, нет необходимости обращаться к кон-
сультанту. В этом случае достаточно посмотреть соответствую-
щий каталог и купить какую-либо печь известного типа. Не надо
покупать генератор защитного газа, достаточно приобрести про-
стейшее устройство для цементации или закалки. Можно купить
также небольшую соляную ванну.
25*
380
Сравнение различных видов топлива и типов печей
При выборе источника тепловой энергии и типа печи важно
прежде всего выяснить вопрос: должна ли печь быть дешевой,
хоть и недолговечной и неэкономичной, или она должна быть
прочной, экономичной, но зато более дорогой.
На выбор рода топлива и типа печи большое, а иногда и реша-
ющее влияние оказывают местные условия. Выражение «местные
условия» надо понимать широко — от отдельного предприятия до
целого континента. В США природный газ сейчас доступен в тех
местах, где еще 5—10 лет тому назад его совершенно невозможно
было получить. В то время электрическая энергия часто была де-
шевле, чем искусственный газ или даже нефть. Подвод природно-
го газа к ряду мест кардинально изменил условия таким образом,
что газ стал более дешевым, чем электрическая энергия. Изгото-
вители печей и инженеры-печники должны чутко улавливать все
изменения и предугадывать их на ближайшее будущее. Во мно-
гих странах вовсе нет природного газа и нефти, за исключением
импортной или полученной из угля путем его гидрогенизации
В этих странах выбор топлива, разумеется, ограничен.
Во время войны в промышленных печах допускалось сжигание
пылеугольного топлива. В мирное время в густо населенных райо-
нах это признали вредным. Если все же какое-либо предприятие
предполагает сжигать пылевидный уголь, то размол последне-
го должен быть исключительно тонким и дымовая труба настоль-
ко высокой, чтобы сажа и зола не отлагались в пределах город-
ской черты. Особенно важно соблюдение этих условий в том слу-
чае, когда город и завод расположены в долине. Зола очень тон-
ко размолотого угля уносится от высокой дымовой трубы на да-
лекое расстояние.
В книге о промышленных печах нет возможности перечислить
и описать все местные условия, влияющие на выбор вида топлива
и типа печи. Чтобы иллюстрировать многообразие местных усло-
вий, приведем лишь несколько примеров. Печь может быть рас-
положена на уровне земли или на верхнем этаже. Производствен-
ные площади могут быть ограничены. Могут встретиться затруд-
нения при удалении продуктов сгорания или вследствие утечки
обычно ядовитых защитных газов. Важны также конкретные тре-
бования металлурга. Если необходим медленный нагрев и вы-
держка в течение длительного времени при постоянной темпера-
туре, а затем медленное охлаждение, то при заданной производи-
тельности печь должна быть больших размеров.
Интересно сравнить периоды двух войн. В 1917 г. стальные
слитки ковались паро-гидравлическим ковочным прессом. Так как
пар можно было использовать рядом с печью (для ковки), то
печь отапливали углем, сжигаемым на стокере, а пар получали в
котлах-утилизаторах, нагреваемых отходящими газами. Инжене-
ры не имели опыта по отоплению промышленных печей углем.
Сравнение различных видов топлива и типов печей
381
Под стокер не подавали пар и кладка над стокером очень быстро
прогорала. Тогда котел стали непосредственно отапливать углем
(перенесли стокер из печи к котлу), а в печах стали сжигать
нефть.
Когда же вскоре в этом районе появился природный газ,
расширенные кузнечные цехи переключились на этот газ. Для
использования тепла отходящих газов руководство завода со-
орудило регенеративные печи, показанные на рис. 92, т. I (4-е из-
дание). За изготовление чертежей печей была заплачена значи
тельная сумма. Газ и воздух подавали в печь с небольшой ско
ростью. Горение в значительной мере происходило в пристроен-
ных регенераторах. Чтобы избавиться от этого, в топочное про
странство вдували струю пара высокого давления. Пар является
балластом и не поддерживает горения. Вообще он снижает тем-
пературу пламени, но в данном случае он повышал ее, так как
содействовал лучшему смешению топлива и воздуха. Однако
при этом увеличилось окалинообразование. По причинам, более
подробно изложенным в т. I, ожидаемой экономии топлива в этих
печах не получилось. После этого была установлена сдвоенная
печь, для того чтобы отходящие из одной камеры газы подогре
вали слитки в другой. Эта печь показана в т. на рис. 123.
После выдачи одного уже нагретого слитка действию газо
вого пламени подвергался другой подогретый слиток, поступив-
ший из предыдущей камеры. Хотя сдвоенные печи очень хоро-
ши, так как в них осуществляется медленный подогрев и хоро-
шо используется тепло, все же и от них пришлось отказаться
ввиду того, что их производительность была недостаточной для
ковочного агрегата. Тогда каждую печь стали отапливать само-
стоятельно. Окончательная конструкция этих печей похожа на
конструкцию печи, показанной на рис. 196 (см. стр. 258), с тем
различием, что здесь под является неподвижным, так как слитки
недостаточно велики, чтобы оправдать устройство печи с выд
вижным подом.
Эта «комедия ошибок» является еще одним доказательством
той мысли, которая уже высказывалась в ряде разделов этой
книги, а именно: когда вопрос экономии топлива становится
в противоречие с требованиями технологического процесса, эко-
номия топлива отходит на второй план, уступая нуждам техно-
логии. То же относится и к настоящему времени. Блюмы и не-
большие слитки нагревают с такой скоростью, которая ограни
чивается только опасностью образования трещин. При скорост-
ном нагреве уменьшается число необходимых печей и снижается
окалинообразование. Однако экономия топлива мала, так как
дымовые газы уходят из печи при весьма высокой температуре
Достигнуты успехи в определении высшей допустимой скорости
нагрева. Она является функцией химического состава стали н
382
Сравнение различных видов топлива и типов печей
линейных размеров заготовок. Исследовательскую работу по
этим вопросам проводят главным образом технологи, а не из-
готовители печей.
Во время второй мировой войны ковалось большое количест-
во корпусов фугасных бомб. Большинство корпусов изготавли-
вали из бесшовных или электросварных труб. Для выполнения
различных кузнечных операций концы труб нагревали. В тех
местностях, где имелся природный газ, строили главным обра-
зом газовые нагревательные печи. На рис. 287 (см. стр. 353)
изображена такая газовая печь для нагрева концов труб. При
массовом нагреве труб лучше всего пользоваться высокочастот-
ным индукционным нагревом. На одном заводе по производству
бомб, в районе которого еще не было природного газа, приме-
нение индукционного нагрева было вызвано необходимостью
Поблизости были газовые заводы, но их мощности оказались не-
достаточными. Эти заводы не расширялись, так как вскоре пос-
ле войны в этом районе ожидался подвод природного газа. Ин-
дукционные катушки помещали в трубу. Благодаря этому пресс
мог ковать нагретые части трубы без задержки. На заводе од-
новременно работало 5 нагревательных линий и 5 прессов. Пре-
имущество индукционного нагрева заключается в том, что теп-
ло можно сконцентрировать там, где это нужно. Горячий ме-
талл проходит под прессом быстрее и легче, чем охлажденный.
Осевые силы уплотняют стенки трубы в горячей зоне больше,
чем в охлажденных зонах. Концы труб нагревались так быстро,
что не было потребности в специальных печах. На одном прес-
се ковалась только носовая часть бомбы. После окончания этой
операции ее хвостовая часть ковалась на другом прессе.
Откованный корпус бомбы следовало нагреть еще раз для
закалки и снова для отпуска. Учитывая форму бомбы, восполь-
зоваться индукционным нагревом было нецелесообразно. Для
нагрева следовало бы применить мазут, но руководство завода
решило использовать бутан. Высокая стоимость бутана не выз-
вала возражений, так как расходы несло правительство. Был
применен стандартный способ подвески бомб в печи. Случайно в
закалочной печи поддерживающий бомбу стержень отогнулся и
бомба упала вниз. Подина печи была расположена на столь
большой высоте от подвешенных бомб, что бомба могла оста-
ваться на подине до тех пор, пока печь не была остановлена
В заключение надо упомянуть о том, что если предваритель-
но не была проведена большая экспериментальная работа, то
для нагрева новых изделий не рекомендуется сразу устанавли-
вать непрерывную печь, даже снабженную автоматическим ре-
гулированием. Целесообразность установки такой печи без
предварительной проверки сомнительна, так как для нового из-
делия может не подойти нагрев, получаемый в этой печи. Эко-
Сравнение различных видов топлива и типов печей	383
номия топлива и труда не имеет смысла, если нагреваемые из-
делия будут испорчены. Поэтому следует нагревать новые изде-
лия в печах периодического действия (включая н соляные
ванны) и лишь после того как будет полностью отработан тех-
нологический процесс устанавливать устройства для непрерыв-
ного автоматического нагрева. Более детальное обсуждение это-
го вопроса выходит за рамки книги о промышленных печах и от-
носится скорее к вопросу об организации производства.
ГЛАВА VII
техника безопасности
Несчастные случаи с эксплуатационным персоналом у печей
происходят по разным причинам. К ним относятся: 1) взрывы
и пожары; 2) поражения электрическим током; 3) отравления,
4) травмирование падающими и качающимися тяжелыми пред-
метами. В меньшей степени несчастные случаи происходят
вследствие прикосновения к поверхностям, которые кажутся хо-
лодными, а на самом деле являются горячими, а также вследст-
вие того, что рабочий в течение слишком длительного времени
смотрит в раскаленную печь (катаракт у нагревальщиков) или
вследствие выбивания пламени.
Взрывы и пожары
Взрывы могут произойти как в печи с естественной атмосфе-
рой, так и в печи, наполненной защитной, но горючей атмосфе-
рой. Взрывы происходят чаще в газовых печах и реже в нефтя-
ных. Если температура в печи превышает 750°, взрывы происхо-
дят редко, так как при такой или более высокой температуре
любое топливо или горючая смесь, поступающие в топку, не-
медленно загораются и в печи не может скопиться большое ко-
личество невоспламенившейся, взрывоопасной смеси. В печах
или сушилах, где температура поддерживается ниже 550°, взрыв
может произойти в любое время и в особенности при первом
зажигании холодной печи или после ее длительного отклю-
чения.
Когда в темную иеразогретую печь подают горючий газ или
взрывоопасную смесь и применяют горящий факел, зажигание
может вызвать различную по силе вспышку •— от легкого хлоп
ка до серьезного взрыва. При открытых окнах печи поврежде
ния от взрыва уменьшаются, но зато рабочий, подносящий фа-
кел, если он не находится в стороне или не пользуется специаль
ным зажигающим устройством, с помощью которого можно
действовать из-за угла, обязательно будет обожжен. Число
взрывов значительно уменьшилось после введения запальников,
конструкции которых были описаны в гл. II. Запальники зажи
гаются не все сразу, а поочередно, вводя таким же образом в
работу и горелки. Группы очень близко расположенных горелок
можно зажигать сразу.
Техника безопасности
385
К запальникам в газовых печах газ подается по отдельным
газопроводам, которые подключаются к магистрали перед глав-
ным регулирующим вентилем. При выключении электрического
тока на этих линиях автоматически закрывается предохрани-
тельный клапан. Когда же электрический ток будет подан сно-
ва, сначала зажигают запальники, а потом включают предохра-
нительный клапан. Независимая подача в запальники только
какого-либо газа, например бутана, не обеспечит безопасности.
Необходимо предусмотреть также подвод воздуха, который дол-
Рис. 302. Печь, оборудованная отдельной газовой
линией для запальников
жен поступать к запальникам и после выключения тока. Тамг
где всегда имеется электроэнергия, можно использовать остро-
умное устройство для поджигания запальников. Оно состоит из
нескольких электрических запальных свечей, расположенных
у носика запальников. Свечи зажигаются с интервалом от 6 до
10 сек. В соответствии с требованиями техники безопасности эти
свечи должны регулярно проверяться. При нормальной эксплуа-
тации венчик каждой свечи нагревается до красного каления. На
рис. 302 показано, как это устройство располагается на цилинд-
рической печи. Легко различить два отдельных газопровода для
горелок и для запальников. Ясно видна также электрическая
проводка для запальных свечей.
Бостонское фабрично-заводское общество взаимного стра-
хования от пожара разработало много правил техники безопас
ности. При выполнении всех этих правил трубопроводы и электри-
ческая проводка становятся очень запутанными, особенно при
386
Техника безопасности
инстанционном кнопочном управлении. Применение устройств,
соответствующих требованиям техники безопасности, значитель-
но снизило число несчастных случаев, хотя полностью их не уст-
ранило. Если, например, основной предохранительный клапан
на магистральном трубопроводе протекает, а ручной отключаю-
щий вентиль будет открыт, то газ будет протекать в печь. Обо-
рудование трубопроводов предохранительными клапанами с
эластичными (пружинящими) седлами устраняет эту опасность
К запальникам для нефтяных форсунок всегда подводят газ.
Потребление газа при этом так мало, что даже искусственный
газ обходится недорого. Если нет газа общего пользования, то
для запальника можно с успехом использовать пропан, бутан
нли пары легких погонов нефти.
Для того чтобы обеспечить соблюдение правил техники бе-
зопасности, необходимо, чтобы сварщик у печи был хорошо про-
инструктирован, внимательно изучил печь, трубопроводы и щит
управления. На предприятии, на котором работает ряд печей,
безопасность, безусловно, повышается, если установлена специ-
альная должность форсунщика, который проверяет горелки и
инструктирует сварщиков.
Распространение защитных атмосфер увеличило возмож-
ность возникновения взрывов. Ряд защитных атмосфер содер-
жит водород, окись углерода или и то и другое. С точки зрения
техники безопасности самое важное правило заключается в том,
чтобы постоянно поддерживать избыточное давление в печи и
тем самым не допускать попадания в нее воздуха. Давление в
печи можно поддерживать автоматически. Если температура в
печи превышает 750°, воздух, проникающий в печь, немедленно
используется для горения. Если же воздух проходит в печь, ко-
торая должна пускаться, то образуется смесь, могущая взор-
ваться, когда печь нагреется до температуры воспламенения этой
смеси. При аварии с регулятором давления для защиты печи
устанавливается еще другое предохранительное устройство.
Это — электрически нагреваемая трубка, в которой при засосе
воздуха сразу возникает горение. Трубку располагают вблизи
подины, так как внешний воздух тяжелее атмосферы в печи. В
соответствии с требованиями техники безопасности необходимо,
чтобы весь воздух из печи был удален до того как печь нагре-
ется до температуры 750°. Весьма надежный способ очистки пе-
чи автор наблюдал в 1931 г. в Германии. На подину печи нап-
равляли углекислый газ, получаемый из дымовых газов элек-
тронстанции. Газ вытеснял воздух. Когда весь воздух из печи
был удален, небольшой факел пламени у отверстия в верхней
части печи погасал. Тогда под свод печи подводился защитный
горючий газ. Если после этого небольшое пламя, горящее у от-
верстия внизу печи, зажигало защитный газ, вытекающий из
Техника безопасности
387
этого отверстия, то можно было считать, что очистка печи от
воздуха завершена.
В тамбурах также могут произойти взрывы, если печь заполне-
на горючими газами. Давление вытесняет газы из печи в тамбур
Если туда же всасывается воздух, то может образоваться
взрывчатая смесь. В этом случае упомянутая выше электричес-
ки нагреваемая трубка вызывает и поддерживает горение,
вследствие чего не происходит накопления холодного воздуха и
образования взрывчатой смеси при открывании окна печи.
Поражение электрическим током
В современных установках промышленных печей поражения
электрическим током очень редки. Все зажимы электрических
линий защищаются от замыканий. При перегорании же элек-
трического нагревателя мало найдется неосторожных, которые
станут его заменять, когда он еще находится под напряжением
Поддон в электрической печи периодического действия мо-
жет быть переполнен нагреваемыми изделиями. Вследствие рас-
ширения металла при нагреве часть изделий может скатиться
с поддона. Если такое изделие коснется электрического нагре-
вателя, то печь на некоторое время может выключиться. В том
случае, когда нагревальщик, наблюдая за печью в глазок, за-
метит выкатившееся изделие, он может открыть окно и втолк-
нуть изделие обратно на прежнее место. Если печь находится
под напряжением, нагревальщик может получить серьезные по
ражения электрическим током. Поэтому в соответствии с прави-
лами техники безопасности необходимо, чтобы при открывании
окон печи напряжение автоматически выключалось.
С каждой стороны в автоматизированной конвейерной печи
должно быть всегда открытое отверстие. В таких печах возмож-
на только защита от чрезмерной высоты подъема заслонки (при
помощи выключателя у последней). Отдельные изделия садки
не могут скатиться с ленты конвейера, так как на ней — будь
она составной (пластинчатой) или сетчатой — предусмотрены
борта. Между лентой и электрическими нагревательными эле-
ментами должно быть достаточное пространство с тем, чтобы
изделие, все же упавшее с конвейера, не коснулось сопротивле-
ния. У нагревальщика нет необходимости касаться садки. При
повреждении конвейера печь выключается для ремонта, и вык
лючатель запирается.
Отравление
Основные ядовитые вещества, содержащиеся внутри печей
и в атмосфере около них, — окись углерода и цианистые соеди-
нения (пары и соли).
388
lexHUKQ. безопасности
Окись углерода входит в состав многих газообразных топ
лив (см, табл. 1 стр. 14—15). Утечка ее через неплотности в газо-
проводах опасна. Подводящие газопроводы являются вспомога
тельным оборудованием печи Вопрос об их проектировании,
Рис. 303. Соляная ванна с вытяж-
ным колпаком для отвода ядовитых
паров
которых поддерживается горение,
конструкции и эксплуатации
выходит за рамки этой кни-
ги. Надо все же напомнить
о том, что окись углерода не
имеет запаха и что ее моле-
кулярный вес равен 28, что
весьма близко к среднему
молекулярному весу возду-
ха, равному 29.
Окись углерода является
также составной частью не
которых защитных атмосфер.
При загрузке тамбуров или
выдаче из них нагревальщик
может получить некоторую
дозу ядовитого газа. Однако
опасность серьезного отрав-
ления практически мевелика
Нагревальщик всегда стоит
на некотором расстоянии от
окна. Кроме того, операции
с защитным газом, составной
частью которого является
окись углерода, выполняют
ся обычно очень быстро, что
5ы (насколько возможно удер-
жать его в тамбуре.
Если печи с защитными
атмосферами работают с ок-
нами, открытыми в течение
продолжительного времени,
их оборудуют колпаками, в
чтобы сжечь большую часть
водорода и окиси углерода, покидающих печь. Иногда уходящую
из печи защитную атмосферу выводят по трубам на открытый
воздух. Еще больше чем персонал, работающий у печей, подвер-
жены отравлению ядовитыми газами крановщики мостовых кра
нов.
Пары циана исключительно ядовиты. По этой причине сосу
ды с цианистыми солями всегда оборудуют вытяжными зонта
ми, которые отводят пары. Такое устройство показано на
рис. 303. Кроме того, ванны с цианистой солью обычно распола
Техника безопасности
389
гают на верхнем этаже предприятия, а обслуживающий персо-
нал снабжают перчатками, передниками и газовыми масками.
На многих предприятиях ванны с цианистой солью теперь за-
менены печами сухого (газового) цианирования.
Нанесение травм падающими и качающимися тяжелыми
предметами
В процессе эксплуатации на обслуживающий персонал из
печи ничего не падает. Во время сооружения или ремонта печи
обычно принимаются меры предосторожности. При эксплуата-
ции опасность угрожает со стороны противовеса заслонки, ко-
торый может быстро опуститься и попасть на ноги рабочему,
обслуживающему печь. Поэтому у противовесов обязательно
должно быть жесткое ограждение.
Работающим у печи могут быть причинены серьезные ране-
ния падающими и качающимися тяжелыми предметами не у са-
мой печи, а вне ее пределов. На предотвращение этих несчаст-
ных случаев влияет не конструкция печи, а конструкция и пра-
вильная эксплуатация загрузочных машин и кранов. При са-
мой лучшей конструкции печи крановщик может косо захватить
тяжелое изделие или слишком быстро пустить или остановить
кран. Особенно опасно, если рабочий, обслуживающий печь,
окажется зажатым между качающимся тяжелым предметом
и печью.
Редактор А. И. Евдокименко
Редактор издательства Т. И. Киселева
Технический редактор М. Р. Клейнман
Сдано в производство 15/VI 1960 г.
Подписано в печать 31/1-1961 г.
Бумага 60Х92'/1б бум. л. = 24,50 печ. л
Уч.-изд. л. 23,84 Изд. N 2480
Т-00718 Заказ 459
Тираж 5300	Цена 1 р. 87 к.
Металлургнздат
Москва Г-34, 2-ой Обыденский пер., 14
Типография Металлургиздата,
Москва, Цветной б., 30
ЗАМЕЧЕННЫЕ ОПЕЧАТКИ
Стр.	Строка	Напечатано	Должно быть	По чьей вине
23	14—13 си.	тепла. выделяемого при сжигании извлекаемого бензола.	тепла в выделяемом бен- золе	Изд.
23	3 сн.	Одна тонна	Одна короткая тонна (907,2 кГ)	Пер.
26	8—9 СВ.	коэффициент	термический коэффициент	>
29	Табл. 4, пункт б, 6 св.	подача угля и уборка зо- лы	уборка угля и золы	
30	20 сн.	коэффициент	термический коэффициент	>
32	Табл, б 5 св.	чистый бутан	нормальный бутан	>
37	17 св.	Вязкость в градусах Бомэ	Удельный же вес в гра- дусах Бомэ или АНИ	Ред. изд.
44	8 сн.	вязкость	Соотношение между вяз- костью и температурой	Пер.
46	12 сн.	4 0% печей	4 0 печей	»
48	16 сн.	производительности уста- новки,	размеров кусков постав- ляемого угля,	Пер.
58	13 сн.	сварочной	томильной	>
73	17 сн.	фронт	конус	>
85	7 св.	отвечают;	отвечают: скорость отры- ва.	>
86	9 св.	160	760	»
86	10 св.	распространения пламеци в результате ударной	распространения ударной	>
94	25 св.	на 15е.	равной 15,6®.	Изд-
97	24 св.	к ннм присоединяется	выделяется	Пер.
101	9 сн.	свод	под	X
112	3—4 св.	производительностью.	тепловой нагрузкой.	»
112	7—6 сн.	при ПОСТОЯННОЙ нх	для достижения постоян- ной	>
149	16 св.	выше 1040°	ниже 104 0е	Авт.
1 60	1 2 сн.	175	375	>
161	6 св.	целесообразен	возможен	Пер.
163	13—12 сн.	(для расплавления доба- вочной соли, для на- чального разогревала н- НЫ)	, расплавления добавоч- ной соли, начального разогрева ванны	Пер. из,
165	9 св.	425	460	Пер.
176	11 сн.	периодический	рассредоточенный	»
181	10 св.	пирометр с термопарой, помещаемой	термопару, помещаемую	>
199	8 св.	углерод	окись углерода	>
200	Подрисуноч- ная подпись	Нижнюю строку не читать		Ред. из
207	21 св.	газа	смеси	Пер.
219	3 св.	1	9, 14	>
223	16 св.	непрерывные	периодические	»
234	7 г.	проходит через сальнико- вые уплотнения.	уплотняется	Пер. из
Стр.	Строка	Напечатано	Должно быть	По чьей внве
263	16—15 сн.	конструкции	или сжатия	Пер.
338	3 «н.	в контактах	через выводы	»
341	11 св.	методической печн	нагревательной печи не- прерывного действии	»
345	9 св.	не больше	в них больше	Тин.
361	18 св.	роликов	валков	Пер.
366	3 св.	преобразова тельной	электрической	»
387	13 св.	замыканий	возможности прикоснове- ния к ним	»
Зака» 45В