Файл: Несенчук А.П. Пламенные печи для нагрева и термообработки металла учеб. пособие.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 10.04.2024
Просмотров: 188
Скачиваний: 4
А .н е с е н ч у к , н. ж м а к и н , и .к а л ь т м а н
п л а м е н н ы е п е н и
дл я н а г р е в а
*и т е р м о о б р а б о т к и
ме т а л л а
А. П. НЕСЕНЧУК, Н. П. ЖМАКИН, И. И. КАЛЫМАН
ПЛАМЕННЫЕ ПЕЧИ
для нагрева и термообработки металла
Допущено Министерством высшего и сред него специального образования БССР в качестве учебного пособия для студентов втузов по специальностям: «Промышленная теплоэнергетика», «Металловедение, обо рудование и технология термической обра ботки металлов», «Машины и технология
обработки металлов давлением»
ИЗДАТЕЛЬСТВО «ВЫШЭЙШАЯ ШКОЛА» МИНСК 1973
6П4.51
Н55 УДК 621.745.33 : 621.78(075.8)
Г чг. |
|
публичная |
Л ? . |
на-, л;о-тоXничѳская |
/ К / Х З |
||
бі |
ілэча ( ' t-г |
||
ЧИТА.-. |
ОГО ЗА Л А . |
|
Р е ц е н з е н т ы :
Ц - Ц - ф о І ^
кафедра «Обработка металлов давлением» Ленин градского ордена Ленина политехнического институ та имени М. И. Калинина; кандидат технических наук, доцент кафедры «Теплотехника и автоматиза ция металлургических печей» Магнитогорского гор но-металлургического института имени Г. И. Носова
И. Б. Гольденберг
3125— 116 Н55 М 304(05)—74 43—74
Издательство «Вышэйшая школа», 1973.
ОТ АВТОРОВ
Книга «Пламенные печи для нагрева
итермообработки металла» предназначе на для студентов энергетических и маши ностроительных вузов в качестве учебного пособия. В ней в соответствии с програм мами курсов, касающихся промышленных печей, рассматриваются вопросы теории расчета печей машиностроительных, авто тракторных и металлургических предпри ятий. Много внимания уделено общеэнер гетическим вопросам рационального ис пользования топлива и экономической эффективности.
Материал пособия подобран и распо ложен таким образом, что им можно лег ко пользоваться при выполнении расчет но-графических работ, а также при изуче нии отдельных теоретических вопросов.
Принимая во внимание задачи, по ставленные перед студентами учебными планами, авторы считали целесообразным
ивполне оправданным составить специ альное учебное пособие, которое позволи ло бы им детально ознакомиться с имею щимися теплотехническими методиками расчета и отдельными вопросами теории печей, используемых для термической об работки и нагрева под ковку, штамповку
ипрокатку. В этой книге приведены лишь
некоторые сведения из области теории и более полно представлена расчетная сто рона вопроса. В пособии рассматривают ся печи, работающие на газообразном и жидком топливах и используемые в маши ностроительной, автотракторной и метал лургической отраслях народного хозяй ства.
Все главы книги и введение написаны авторами совместно.
Пользуясь представившейся возмож ностью, авторы высказывают свою ис креннюю благодарность официальным рецензентам И. Б. Гольденбергу, а также М. С. Эдуардову за тот большой труд, который они проделали при рецензирова нии рукописи.
Отзывы и критические замечания по улучшению книги просим направлять по адресу: Минск, 220600, ул. Кирова, 24, издательство «Вышэйшая школа».
ВВЕДЕНИЕ
Расход энергоресурсов и в первую очередь топлива на терми ческую и тепловую обработку, а также экономичность производства во многом определяются техническим совершенством печного оборудования термических, кузнечных и прокатных цехов. И если учесть, что стоимость ежегодно сжигаемого в Советском Союзе топ лива исчисляется миллиардами рублей, а его транспорт составляет более трети грузооборота страны, то можно представить, насколько важны для народного хозяйства вопросы эффективной работы пла менных печей.
Наряду с экономикой использования энергетических ресурсов перед специалистами ставятся задачи технологического характера, касающиеся качества нагрева, и вопросы условий труда.
Грандиозные свершения решений XXII съезда КПСС и планы, намеченные XXIV съездом Коммунистической партии Советского Союза, касающиеся развития промышленности, в полной мере охва тывают также печное хозяйство, занимающее видное место в ком плексе технологического оборудования. Улучшение работы действу ющих и вновь строящихся возможно как за счет модернизации ста рых, так и путем разработки новых печей, отличающихся совершен ством технологии нагрева и термической обработки, конструкций печного оборудования, сокращения длительности нагрева и интен сификации процессов теплообмена, повышения производительности и тепловой мощности, механизации и автоматизации технологиче ских процессов и теплового режима работы оборудования, а также условий труда.
Эти задачи под силу решить технологам-металловедам в тесном содружестве с энергетиками. Их совместными усилиями можно ре шить многие вопросы, касающиеся внедрения новых прогрессивных процессов и технологий.
Видная роль в создании новых конструкций печного оборудо вания принадлежит отечественным проектно-исследовательским организациям. Из их числа следует особо выделить Теплопроект и Стальпроект. Наряду с проектно-исследовательскими организа циями и научно-исследовательскими институтами, занимающимися разработкой и изучением совершенно новых процессов термической
5
обработки и обработки металла давлением, большой вклад по внед рению новых решений вносят передовые промышленные предприя тия. К ним в первую очередь относятся автозавод имени И. А. Лиха чева, внедривший впервые в Союзе химико-термическую обработку в цементационно-закалочно-отпускном безмуфельном агрегате, ме таллургический завод имени Ф. Э. Дзержинского, Магнитогорский металлургический комбинат и многие другие предприятия.
При этом нужно сказать, что в деле создания нового оборудо вания наши отечественные теплотехники являются подлинными носителями прогресса. Благодаря их успешным разработкам в на стоящее время внедрены или внедряются технологии термической обработки, осуществление которых связано с созданием принципи ально новых конструкций печного оборудования (безокислительный нагрев стали в открытом пламени и расплавленном стекле, химико термическая обработка в безмуфельных агрегатах, нагрев и терми ческая обработка в псевдоожиженном слое, плазменный нагрев
и Др.).
Всему этому способствовали и способствуют научные исследо вания, начатые В. Е. Грум-Гржимайло и плодотворно проводимые
внашей стране М. А. Блинковым, Н. Ю. Тайцем, Ю. И. Розенгартом,
Г.П. Иванцовым, В. Ф. Копытовым, А.В. Лыковым, С. С. Кутателадзе, Ю. А. Суриновым и др.
Г л а в а 1. ТЕХНОЛОГИЯ НАГРЕВА СТАЛИ
Разработке технологии нагрева стали, составлению технологи ческих карт, температурных и тепловых графиков должна предше ствовать большая работа по выявлению влияния ряда технологиче ских факторов и параметров на процесс нагрева и термической обработки.
Температура операции ковки, штамповки, прокатки или термо обработки (закалка, отжиг, отпуск и пр.), а также равномерность прогрева контрольного сечения заготовки или изделия непосред ственно перед выгрузкой в значительной мере определяют характер и интенсивность теплообмена в печи. Достаточно интенсивный теп лообмен для своего осуществления требует выбора вполне опреде ленных температурных и тепловых графиков ведения процесса. Не менее важный фактор, определяющий тепловой режим работы печи,— скорость нагрева металла, которая оценивается по измене нию температуры в единицу времени. Стремление сократить общее время пребывания металла в рабочем пространстве печи требует достаточно высоких скоростей нагрева.
Наряду со сказанным большое влияние на режим нагрева стали оказывает состав печной атмосферы.
1.1. ВЫБОР ТЕМПЕРАТУРЫ ОПЕРАЦИИ КОВКИ, ШТАМПОВКИ, ПРОКАТКИ ИЛИ ТЕРМООБРАБОТКИ
Горячая обработка металла давлением происходит в интервале температур начала и конца операции ковки, штамповки или про катки. Выбор верхнего предела нагрева в основном определяется трудоемкостью операции ковки или штамповки, поскольку осново полагающей, обеспечивающей качество поковок является темпера тура конца операции. Эта температура принимается несколько выше температуры рекристаллизации с учетом скорости и степени дефор мирования. Учитывая сказанное, при свободной ковке целесообраз но первоначальный нагрев вести до предельной (табл. 1.1— 1.4) тем пературы. Для штамповки же предельная температура нагрева должна быть выше на величину, соответствующую потере тепла в процессе деформирования. Если температура на поверхности ме-
Т а б л . 1.1. Температура прокатки |
некоторых марок сталей [1] |
|||||
Марка |
стали |
Максимальная |
|
|||
|
|
Температура конца |
||||
по ГОСТу |
заводская |
температура |
начала |
операции, °С |
||
операции, |
°С |
|||||
|
||||||
15 |
|
|
1260 |
|
850 |
|
12ХНЗА |
|
|
1260 |
|
800 |
|
18ХНВА |
|
|
1220 |
|
850 |
|
ЗОХГСА |
|
|
1240 |
|
850 |
|
60С2 |
|
|
1140 |
|
800 |
|
У7 |
|
|
1220 |
|
750—900 |
|
У12А |
|
|
1200 |
|
800—850 |
|
|
ЭИ366 |
|
1150 |
|
900 |
|
Х12М |
|
|
1170 |
|
850 |
|
Р9 |
|
|
1190 |
|
900 |
|
Р18 |
|
|
1230 |
|
900 |
|
Х9С2 |
ЭСХФ |
|
1240 |
|
900 |
|
3X13H7C2 |
ЭИ72 |
|
1280 |
|
850 |
|
Х17 |
ЭЖ17 |
|
1100 |
|
Не ограничено |
|
Х28 |
ЭЖ27 (ЭИ349) |
|
1100 |
|
750—800 |
|
1Х25Н25ТР |
ЭИ813 |
|
1100 |
|
800 |
|
1Х18Н9 |
эяі |
|
1250 |
|
850 |
|
1Х18Н9Т |
ЭЯ1Т |
|
1250 |
|
850 |
|
Х18Н12М2Т |
ЭИ488 |
|
1180 |
|
900 |
|
Х18Н25С2 |
ЭЯЗС |
|
1180 |
|
850 |
|
Х23Н18 |
ЭИ417 |
|
1200 |
|
900 |
|
Х13Н4Г9 |
ЭИ100 |
|
1180 |
|
900 |
|
П р и м е ч а н и е . |
В таблицах и тексте книги |
буквы |
марок сталей (по ГОСТу) обозна |
|||
чены: А — азот, Б — ниобий, В — вольфрам, |
Г — марганец, Д — медь, |
Е — селен. Ф — ванадий. |
||||
X — хром, Ю — алюминий, О — содержание углерода менее 0,1% |
|
таяла в процессе нагрева превысит допустимый предел, то может произойти перегрев и даже пережог. В противном случае (верхний температурный предел низок) процесс обработки давлением на по следней стадии будет затруднен вследствие повышенного сопротив ления деформации. Следует заметить, что углеродистые и высоко легированные сорта сталей очень чувствительны к пережогу и обла дают большим сопротивлением деформации, что сильно сужает интервал температур, в котором происходит обработка давлением. В свою очередь предшествующий обработке давлением нагрев мало углеродистой стали нужно стремиться выполнять до более высоких температур, чем это имеет место у высокоуглеродистых и легирован ных материалов. И несмотря на несколько повышенный расход теп-
8
|
|
|
|
Т а б л . 1.2. Температурные интервалы ковки |
и штамповки |
||||
|
|
|
|
|
|
некоторых углеродистых и легированных сталей [2] |
|||
|
|
|
|
Марка стали |
Температура начала |
Рекомендуемый интервал |
|||
|
|
|
|
ковки |
(максимальная), |
||||
|
|
|
|
температур ковки, °С |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
°С |
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
2 |
3 |
Ст. 0, |
1, |
2, |
3 |
|
|
1300 |
1280—750 |
||
Ст. 4, |
5, |
6 |
|
|
|
1250 |
1200—800 |
||
Ст. |
7 |
|
|
|
|
|
1200 |
1170—780 |
|
10, |
15 |
|
|
|
|
|
1300 |
1280—750 |
|
20, |
25, |
30, |
35 |
|
|
1280 |
1250—800 |
||
40, |
45, |
50 |
|
|
|
|
1260 |
1200—800 |
|
55, |
60 |
|
|
|
|
|
1240 |
1190—800 |
|
65, |
70 |
|
|
|
|
- |
1220 |
1180—800 |
|
15Г, |
|
20Г, |
25Г, |
ЗОГ |
|
1250 |
1230—800 |
||
40Г, |
|
45Г, |
50Г |
|
|
1220 |
1200—800 |
||
60Г, |
65Г |
|
|
|
|
1200 |
1180—800 |
||
15Х, |
15ХА, |
20Х |
|
1250 |
1200—800 |
||||
ЗОХ, |
38ХА |
|
|
|
1230 |
1180—820 |
|||
40Х, |
45Х, |
50Х |
|
1200 |
1180—830 |
||||
10Г2, |
35Г2 |
|
|
|
1220 |
1200—800 |
|||
40Г2, |
45Г2, |
50Г2 |
|
1200 |
1180—830 |
||||
18ХГ |
|
|
|
|
|
|
1230 |
1200—850 |
|
18ХГТ |
|
|
|
|
|
1200 |
1180—800 |
||
40ХГ |
|
|
|
|
|
|
1200 |
1180—830 |
|
35ХГ2 |
|
|
|
|
|
1220 |
1200—850 |
||
ЗЗХС |
|
|
|
|
|
|
1240 |
1160—820 |
|
38ХС, |
40ХС |
|
|
|
1200 |
1150—830 |
|||
27СГ, |
35СГ |
|
|
|
1260 |
1230—800 |
|||
15ХМ |
|
|
|
|
|
1230 |
1200—800 |
||
ЗОХМ, |
ЗОХМА, 35ХМ |
|
1220 |
1180—850 |
|||||
15ХФ |
|
|
|
|
|
1250 |
1230—850 |
||
20ХФ, |
40ХФА |
|
|
1240 |
1200—800 |
||||
15НМ, |
20НМ |
|
|
1250 |
1230—820 |
||||
20ХН |
|
|
|
|
|
1250 |
1200—800 |
||
40ХН, |
45ХН, |
50ХН |
|
1200 |
1180—830 |
||||
12ХН2, 12ХНЗА |
|
1200 |
1180—800 |
||||||
20ХНЗА |
|
|
|
|
1200 |
1170—800 |
|||
20Х2НЧА |
|
|
|
|
1180 |
1150—780 ■ |
|||
ЗОХНЗА |
|
|
|
|
1180 |
1160—850 |
9