Виды и состав топлива для НУ.

Теория горения топлива.

Виды и состав топлива для НУ.

Все существующие виды топлива разделяются на твердые, жидкие и газообразные. Для нагрева используется также тепловое действие электрического тока и пылевидное топливо. Некоторые группы топлива, в свою очередь, делятся на две подгруппы, из которых одна представляет собой топливо в том виде, в каком оно добывается, и это топливо называется естественным; другая подгруппа — топливо, которое получается путем переработки естественного топлива; это топливо называется искусственным.
Твердое топливо: а) естественное — дрова, каменный уголь, антрацит, торф; б) искусственное — древесный уголь, кокс и пылевидное, которое получается из измельченных углей.
Жидкое топливо: а) естественное — нефть; б) искусственное — бензин, керосин, мазут, смола.
Газообразное топливо: а) естественное — природный газ; б) искусственное — генераторный газ, получаемый при газификации различных видов твердого топлива (торфа, дров, каменного угля и др.), коксовальный, доменный, светильный и другие газы.
Все виды топлива состоят из одних и тех же элементов. Разница между видами топлива заключается в том, что эти элементы содержатся в топливе в различных количествах. Элементы, из которых состоит топливо, делятся на две группы. К первой группе относятся те элементы, которые горят сами или поддерживают горение. К таким элементам относятся углерод, водород и кислород. Ко второй группе элементов принадлежат те, которые сами не горят и не способствуют горению; к ним относятся азот и вода. Особо от названных элементов стоит сера. Она является горючим веществом и при горении выделяет тепло, но ее присутствие в топливе нежелательно, так как при горении серы выделяется сернистый газ, который переходит в нагреваемый металл и ухудшает его механические свойства.
Выше было сказано, что количество тепла, выделяемое топливом при сгорании, измеряется калориями. Каждое топливо при горении выделяет неодинаковое количество тепла. Количество тепла (калорий), которое выделяется при полном сгорании 1 кг твердого или жидкого топлива или при сгорании 1 м3 газообразного, называется теплотворной способностью. Теплотворная способность различных видов топлива имеет широкие пределы. Например, для мазута теплотворная способность составляет около 10000 ккал/кг, для качественного каменного угля — 7000 ккал/кг и т. д. Чем выше теплотворная способность топлива, тем оно ценнее, так как для получения одного и того же количества тепла его потребуется меньше. Для сравнения тепловой ценности топлива применяется общая единица измерения. В качестве такой единицы принято топливо, имеющее теплотворную способность 7000 ккал/кг. Эта единица называется условным топливом.
Наибольшее распространение для сжигания в кузнечных печах находят следующие виды естественного топлива: бурый уголь, каменный уголь и газообразное топливо. Дрова и торф, обладая низкой теплотворной способностью, почти не пригодны для нагрева металла.

Движение газов в печах.Вентиляторы и их выбор.

Движение газа в печах.

Необх. хар-р движения и обтекания газами нагреваемых заготовок обеспечивается с учетом тепловой работы печи и св-в свободных и ограниченных струй поэтому с целью обеспече-я температур газа в раб. пространстве печи зажигание т-ва обеспечивается несколькими горелками или форсунками. Помимо рссредоточенного подвода т-ва в камерных печах устанавливают рассре-ный отвод Д. Г.
1-заготовки

2-горелки. Размещены в боковых стенках печи.

3-каналы для удаления д. г.

Факелы интенсивно перемешиваются с д. г. в печи что позволяет выравнивать т-ру д. г. факела с д. г. печи. Факелы горелок никогда не направляют на МЕ. В ряде случаев в камерных печах осущ. Подковообразное дв-е д. г. Для этого горелки и каналы для удаления д. г. располагают на 1 сторону печи.

-- массовый расход газа уходящих из горелки

--объем печных газов которые (подсасываются в горелку обратно) возвращаются к факелу.
--кратность циркуляции газов в печи

Чем > кр-ть циркуляции тем >интенсивнее происходит процессс теплообмена и тем равномернее распределение газа в печи.

Увеличение циркуляции происходит 2 способами

1—увел. кол-ва движения струи при увел. скорости

2—шахматное расположение горелок

Вентиляторы и их выбор.

Вентилятор служит для подачи воздуха в печь.

Воздух подается от вентилятора в печь снабженными горелками.

ПОДБОР ВЕНТИЛЯТОРОВ

в зависимости от величины создаваемого давления ц. б. вентиляторы делятся на 3 группы

низкого давления до 1 ПА

среднего до 3ПА

высокого до 10 ПА

Для работы вентилятора с высокой температурой применяются лопатки из жаропрочной стали

Могут также применятся осевые вентиляторы они дешевле передают большие объемы газа но с малыми напорами и большой степенью шума.

Осевые и ЦБ вентиляторы часто используются для увеличения циркуляции печной атмосферы с целью интенсификации приборов т-обмена в печах. Для таких вентиляторов выпускается искусственное охлаждение валов и опорных подшипников.

Выбор вент-ов. Для наревательных и термических печей допустимы 2 схемы соединения вент-ра с двигателем

1-непосредственно раб. Колесо дв-ля соед-ся с валом вентилятора

2-вал раб. Колесасоед-ся с валом вент-ра при помощи жесткой муфты.

Эти схемысоединения определяют выбор стандартных частот вращения двигателя 725об.сек 960 1450 2900 Изменение объемов подаваемогогаза от до рпи изменении вращения ротора вентилятора

Мощность на валу
Рассчитав мощность вентилятора опред установочную мощность Эл-дв
К-величина запаса мощности на пусковой момент к зависит от мощости и типа вентилятора

Дымовые трубы и шиберы.

Обычно продукты сгорания т-ва после печи поступают по дым. Тракту в дым. Трубы или общецеховую систему вентиляции. При мелких и средних печах с площадью пода до 4м как правило полностью не удается удалить прод. Сгорания т-ва ч/зподземные борова трубы и обеспечить высокую герметичность всей системы из-за дефектов кирпичной кладки и наличии прогоревших шиберов барабана. В этом случае наблюдается значительный подсос воздуха, падение тем-ры д. г. резко понижается разряжение с дым. Трубой, сле-но ухудшаются условия для удаления д. г. Поэтому кирпичные дым-е трубы для группы печей могут применятся лишь при выс-й герметичности всей системы, регулярных чистках боровов и вертик-х каналов. Значительно дешевле проще для 1 или нескольких печей устан-ть небольшие МЕ трубы. Для усиления тяги в такой трубе уст-ся дымососы.

При применении индивид-х МЕ труб значительно облегчается монтаж рекуператоров, кот. в таком случае располагаются над сводом печи. Такое расположение рекуператоров облегчает контроль за их работой и увел-ет тем-ру подогрева т-ва в рез-те повышения тем-ры д. г. т.к. подсос воздуха в системе в таком случае невелик.

Недостатки: повышается расход МЕ из-за быстрого износа дым. трубы.

Шибер - запорное устройство типа задвижки (заслонки), при помощи которого открывается и закрывается канал для движения жидкости или газа. Ш. называют заслонку в дымоходах заводских печей и котельных установок для регулирования тяги, щит для отключения различных частей водозаборных сооружений от реки или друг от друга, а также рабочий орган шиберного насоса. Небольшие Ш. приводятся в движение вручную, большие посредством зубчатых реек, червячной передачи и т.п.

Давление регулируется шиберами.

Основы теплопередачи.

1. способы переноса теплоты от источника к нагреваемому продукту: теплопроводность, конвекция и излучение.

При тепловой обработке пищевых продуктов используются различные способы переноса теплоты от источника к нагреваемому продукту: теплопроводность, конвекция и излучение.

Теплопроводность — это процесс молекулярного переноса теплоты в твердых материалах, который происходит между непосредственно соприкасающимися телами или частицами тел с различной температурой. В металлах перенос теплоты осуществляется в основном путем диффузии свободных электронов.

Способность тела (вещества) проводить те плоту характеризуется коэффициентом теплопроводности А,, Вт/(м-К), который численно равен количеству теплоты, проходящей в единицу времени через единицу изотермической поверхности при температурном градиенте, равном единице. Изотермической называется поверхность в продукте, во всех точках которой температура одинакова. Температурный градиент — это направление наиболее интенсивного изменения температуры (вектор изменения температуры). Величина этого вектора grad ^определяется как отношение изменения температуры AtK единице длины перемещения At в направлении вектора (кратчайшее расстояние между изотермическими поверхностями).

Конвекцией теплоты называют процесс ее переноса микрочастицами только текучей среды (жидкости или газа) из зоны с одной температурой в зону с другой. Конвекция теплоты всегда сопровождается теплопроводностью, так как при движении жидкости или газа неизбежно возникает соприкосновение отдельных частиц, имеющих различные температуры. Одновременный перенос теплоты конвекцией и теплопроводностью называется конвективным теплообменом, он может быть вынужденным и свободным. Если движение рабочего тела (среды) вызвано искусственно (вентилятором, насосом, мешалкой и др.), то такой конвективный теплообмен называют вынужденным. Если же его движение возникает под влиянием разности плотностей отдельных частей нагреваемых жидкости или газа, то такой теплообмен называют свободным, или естественным.

Передача теплоты от одной подвижной среды (жидкости или газа) к другой через разделяющую их однородную или многослойную твердую стенку любой формы называется теплопередачей. Теплопередача включает в себя теплоотдачу от более горячей среды (газа или жидкости) к стенке, теплопроводность в стенке, теплоотдачу от стенки к более холодной подвижной среде (жидкости или газу).

Коэффициент теплопередачи характеризует интенсивность передачи теплоты от горячей среды к холодной через разделяющую их стенку и численно равен количеству теплоты, которая передается через единицу поверхности стенки в единицу времени при разности температур между средами 1°С.

Тепловое излучение представляет собой процесс переноса энергии посредством электромагнитных колебаний, имеющих различную длину волны. Излучение всех тел зависит от температуры тела и с ее ростом увеличивается, так как возрастает внутренняя энергия тела. Тепловое излучение охватывает область длин волн 0,3-50 мкм. Эта область может быть условно разделена на ультрафиолетовый, видимый и инфракрасный диапазоны.

2. Конвекция - это перенос теплоты движущейся массой жидкости или газа из области с одной температурой в область с другой температурой. Конвекция всегда сопровождается теплопроводностью, этот процесс называют конвективным теплообменом.

Теплоотдача конвекцией зависит от большого числа различных факторов:

характера конвекции - конвекции свободной, происходящей под действием внутренних сил, возникающих вследствие разности плотностей нагретых и холодных частиц, или вынужденной, происходящей под действием внешних сил - ветра, насоса, вентилятора;

режима течения жидкости - течения при малых скоростях параллельно-струйчатого характера без перемешивания (ламинарный режим) или течения при больших скоростях (течение неупорядоченное, вихревое), когда в теплоносителе наблюдаются вихри, перемещающие жидкость не только в направлении движения, но и в поперечном направлении (турбулентный режим);

скорости движения теплоносителя;

направления теплового потока (нагревание или охлаждение);

физических свойств теплоносителя - коэффициента теплопроводности, теплоемкости, плотности, вязкости, температурного напора, зависящего от разности температур теплоносителя и поверхности стенок;

площади поверхности стенки F, омываемой теплоносителем;

формы стенки, ее размеров и других факторов.

Коли́чество теплоты́ — энергия, которую получает или теряет тело при теплопередаче. Количество теплоты является одной из основных термодинамических величин.

Количество теплоты является функцией процесса, а не функцией состояния, то есть количество теплоты, полученное системой, зависит от способа, которым она была приведена в текущее состояние.

Коэффициент теплоотдачи соответствует количеству тепла, которое передается на 1 м2 поверхности нагрева за 1 ч при разности температур в 1° и зависит от характера потока газа (ламинарного или турбулентного), скорости его движения, расположения и формы поверхности нагрева и физических свойств среды. Коэффициент теплоотдачи конвекцией больше при турбулентном движении и больших скоростях потока газа, так как при этом в единицу времени большее количество частиц газа будет соприкасаться с нагреваемой поверхностью. Коэффициент теплоотдачи увеличивается также при шероховатой поверхности и форме, способствующей завихрению потока газа.

Значения коэффициента теплоотдачи конвекцией определяются для различных случаев экспериментальным путем. Для газов при естественной конвекции коэффициент теплоотдачи лежит в пределах 6—35 Вт/ (м2-град) [5—30 ккал/ (м2-ч-град)],а при турбулентном движении в трубах или между ними—12— 115 Вт/{м2-град) [10—100 ккал/(м2-ч-град)].

3. ЛУЧИСТЫЙ ТЕПЛООБМЕН (радиационный теплообмен) - процесс переноса энергии, обусловленный превращением части внутр. энергии вещества в энергию излучения (испусканием эл--магн. волн, или фотонов), переносом излучения в пространстве со скоростью света и его поглощением веществом (обратным превращением энергии эл--магн. волн во внутр. энергию). При этом перенос излучения в материальной среде может сопровождаться поглощением и рассеянием, а также собств. излучением среды. Однако для Л. т. наличие материальной среды между телами не является необходимым, что принципиально отличает Л. т. от др. видов теплообмена (теплопроводности, конвективного теплообмена). Передача теплоты излучением может происходить в разл. областях спектра (в зависимости от темп-ры).

Количество тепла, передаваемое излучением, определится как разность потоков энергии, исходящих от каждой из поверхностей

4. Абсолютно чёрное тело — физическая идеализация, применяемая в термодинамике, тело, поглощающее всё падающее на него электромагнитное излучение во всех диапазонах и ничего не отражающее. Несмотря на название, абсолютно чёрное тело само может испускать электромагнитное излучение любой частоты и визуально иметь цвет. Спектр излучения абсолютно чёрного тела определяется только еготемпературой.

Прозра́чность среды́ — отношение величины потока излучения, прошедшего без изменения направления через слой среды единичной толщины, к величине потока излучения, вошедшего в эту среду в виде параллельного пучка (то есть при исключении влияния поверхностей раздела). Высокую прозрачность имеют среды с направленным пропусканием излучения, поэтому прозрачность отличается от пропускания вообще: высокорассеивающая неоднородная среда, например, лист бумаги, образованной прозрачными волокнамицеллюлозы, непрозрачен, хотя отношение прошедшего потока света к падающему потоку велико.

5. По интенсивности излучения в видимой области спектра различают светящийся, полусветящийся и не­светящийся факелы. Такое деление является в известной мере условным, так как радиация — это поток лучистой энергии не только в видимой части спектра. Излучение светящегося и полусветящегося факелов определяется наличием твердых частиц (коксовых, сажистых, золо­вых) в потоке продуктов сгорания. Излучение несветя­щегося факела определяется излучением трехатомных газов (С02, Н20), находящихся в топочной камере. Их излучение носит селективный характер и в основном па­дает на область тепловых (инфракрасных) длин волн. Газообразные вещества обладают значительно меньшей удельной интенсивностью излучения при одинаковой тем­пературе, чем твердые тела. Излучение объема топочной среды представляет собой сочетание в различных соот­ношениях излучений

6. Лучистый теплообмен (радиационный теплообмен, лучистый перенос), перенос энергии от одного тела к другому (а также между частями одного и того же тела), обусловленный процессами испускания, распространения, рассеяния и поглощения эл.-магн. излучения. Каждый из этих процессов подчиняется определ. закономерностям. Так, в условиях равновесного теплового излучения испускание и поглощение подчиняются Планка закону излучения, Стефана — Больцмана закону излучения, Кирхгофа закону излучения; распространение эл.-магн. излучения — закону независимости лучистых потоков (принцип суперпозиции). Рассеяние и поглощение в общем случае определяются свойствами в-ва (составом, темп-рой, плотностью).

Существ. отличие Л. т. от др. видов теплообмена (конвекции, теплопроводности) заключается в том, что он может протекать при отсутствии матер. среды, разделяющей поверхности теплообмена, т. к. эл.-магн. излучение распространяется и в вакууме. Важной хар-кой Л. т. явл. пробег излучения — ср. путь, проходимый фотоном без вз-ствия с в-вом, он зависит от плотности среды, в к-рой происходит распространение излучения, и степени её непрозрачности.

Л. т. между разл. телами происходит в природе постоянно; теория Л. т. имеет фундам. значение для описания теплофиз. процессов, а также для расчёта внутр. строения звёзд, физики звёздных атмосфер и газовых туманностей

7. Тепловые потери через окно рассчитываются по формуле

4. Потери через окно

где,

[ -коэффициент диафрагирования оконного проема]

;

площадь

B – ширина; H- высота

температура печи, К

температура в цехе, К

- активная поверхность

8. Одним из самых распространенных способов борьбы с тепловым

излучением является экранирование излучающих поверхностей. Экраны

бывают трех типов: непрозрачные, прозрачные и полупрозрачные.

В непрозрачных экранах поглощаемая энергия электромагнитных

колебаний, взаимодействуя с веществом экрана, превращается в тепловую

энергию. При этом экран нагревается и становится источником теплового

излучения. К непрозрачным экранам относятся: металлические (в т.ч.

алюминиевые), альфолевые (алюминиевая фольга), футерованные (пенобетон,

пеностекло, керамзит), асбестовые и др.

В прозрачных экранах излучение, взаимодействуя с веществом экрана,

минует стадию превращения в тепловую энергию и распространяется внутри

экрана по законам геометрической оптики, что обеспечивает видимость через

экран. Прозрачные экраны выполняются из различных стекол: силикатного,

кварцевого, органического, металлизированного, а также к прозрачным

экранам относятся пленочные водяные завесы (свободные и стекающие по

стеклу), вододисперсные завесы. Полупрозрачные экраны объединяют в себе свойства прозрачных и

непрозрачных экранов. К ним относятся металлические сетки, цепные завесы,

экраны из армированного металлической сеткой стекла.

По принципу действия экраны подразделяются на теплоотражающие,

теплопоглощающие и теплоотводящие. Так как каждый экран обладает

одновременно способностью отражать, поглощать и отводить тепло, то

отнесение экрана к той или иной группе производится в зависимости от того,

какие свойства экрана выражены сильнее.

Теплоотражающие экраны имеют низкую степень черноты поверхностей,

вследствие чего они значительную часть падающей на них лучистой энергии

отражают. В качестве теплоотражающих материалов в конструкции экранов

используют альфоль, листовой алюминий, оцинкованную сталь, алюминиевую

краску.

Теплопоглощающие экраны выполняют из материалов с высоким

термическим сопротивлением, т.е. с малым коэффициентом

теплопроводимости. В качестве теплопоглощающих материалов применяют

огнеупорный и теплоизоляционный кирпич, асбест, шлаковату.

В качестве теплоотводящих экранов наиболее широко используют

водяные завесы, свободно падающие в виде пленки, орошающие другую

экранирующую поверхность (например, металлическую), либо заключенные в

специальный кожух из стекла, металла (змеевики) и др.

Оценить эффективность защиты от теплового излучения с помощью

экранов можно по формуле

n=(Q-Qз)/Q

где Q-интенсивность теплового излучения без применения защиты Вт/м^2

Qз-интенсивность теплового излучения с применением защитыВт/м^2

9. Вопросы передачи теплоты, или теплового обмена, являются основными вопросами отопительной техники. Необходимым условием теплообмена между телами или веществами является наличие разности температур. Чем больше эта разность, тем интенсивнее происходит теплообмен.

Различают три вида передачи теплоты: а) теплопроводностью, или кондукцией; б) конвекцией, или переносом теплоты движущимися частицами вещества; в) лучеиспусканием, или радиацией.

В большинстве случаев в различных тепловых процессах имеют место одновременно все три вида теплопередачи с преобладанием какого-либо из них.

Передача теплоты теплопроводностью. Такая передача осуществляется при непосредственном соприкосновении каких-либо двух тел или веществ. Теплопередача происходит внутри самого тела или вещества, которое проводит теплоту. В отопительной технике теплопередача теплопроводностью играет большую роль.

Теплопроводность обусловлена различием температур отдельных частей тела, поэтому можно считать, что распространение теплоты неразрывно связано с распределением температуры. Температурное поле, изменяющееся с течением времени, называют неустановившимся, или нестационарным. Если же температурное поле не меняется, его называют установившимся, или стационарным.

Для характеристики процесса распространения теплоты вводят понятие о тепловом потоке. Тепловой поток Q - это количество теплоты W, Дж, проходящей за время т, с, через данную поверхность в направлении нормали к ней:

(1)

Тепловой поток измеряют в ваттах (Вт).

Если количество переданной теплоты W отнести к площади поверхности F и времени т, то получим величину

(2)

которую называют плотностью теплового потока, или удельным тепловым потоком, и измеряют в Вт/м².

В основу вывода положен закон сохранения энергии, согласно которому вся теплота, выделенная внутренними источниками dQ_вн и внесенная извне в элементарный объем путем теплопроводности dQ_m за время dτ, идет на изменение внутренней энергии вещества, содержащегося в этом объеме:

.

(9.10)

Выделим в теле элементарный параллелепипед с ребрами dx, dy, dz (рис. 9.1). Количество теплоты, которое проходит путем теплопроводности внутрь выделенного объема в направлении оси ОX через элементарную площадку dy·dz за время dτ:

Рис. 9.1. К выводу дифференциального уравнения теплопроводности

.

 

На противоположной грани параллелепипеда температура получит приращение и будет составлять .

Количество тепла, отведенного через эту грань:

.

Разница количества теплоты, подведенного к элементарному параллелепипеду и отведенного от него, представляет собой теплоту, внесенную путем теплопроводности в направлении оси ОX:

.

Аналогично:

.

Полное количество теплоты внесено в элементарный параллелепипед путем теплопроводности

.

Здесь произведение dx·dy·dz представляет собой объем элементарного параллелепипеда dv. Количество теплоты, которое выделилось в элементарном объеме за счет внутренних источников:

.

Приращение внутренней энергии можно выразить через массу параллелепипеда ρ·dv, теплоемкость с и приращение температуры :

.

Подставляя выражения для dQ_m, dQ_вн и dU в уравнение (9.10), после соответствующих сокращений получаем:

.

(9.11)

Сумма вторых частных производных любой функции в математическом анализе носит название оператора Лапласа и обозначается следующим образом:

.

Величину называют коэффициентом температуропроводности и обозначают буквой a. В указанных обозначениях уравнение (9.11) примет вид:

.

(9.12)

Это уравнение называется дифференциальным уравнением теплопроводности или уравнением Фурье и лежит в основе математической теории теплопроводности. Коэффициент температуропроводности a является физическим параметром вещества. Из уравнения (9.12) следует, что изменение температуры во времени для любой точки тела пропорционально величине a.

10. Теплопроводность — это передача тепла от одной частицы тела к другой, находящейся в непосредственной близости от нее. Теплопередача путем теплопроводности в чистом виде возможна только в твердых телах. В жидкой и газообразной средах передача тепла происходит смешанным путем. Если температура всех точек рассматриваемого тела остается постоянной во времени, т.е. температурное поле является функцией только координат, то теплопередача называется установившейся и поток—стационарным. Если температура в каждой точке тела изменяется во времени, то такое тепловое состояние называется нестационарным.

Тепловой поток через стену численно равен разности температур поверхностей стены, деленной на термическое сопротивление этой стены.

11. Многослойная плоская стенка

 

Рассматривается стенка, состоящая из нескольких, например двух, слоев (рис. 6–3). Толщины слоев δ₁ и δ₂, коэффициенты теплопроводности λ₁ и λ₂. С одной стороны находится горячая среда с температурой t_ж1 с другой – холодная с температурой t_ж2. Значение суммарного коэффициента теплоотдачи с горячей стороны α₁ с холодной α₂.

При установившемся тепловом состоянии системы плотность теплового потока постоянна и поэтому можно написать:

 

 

Из этих уравнений определяются частные температурные напоры:

Нагрев металла в печи

2. Термическая обработка, имеющая целью изменить структуру и свойства металла в требуемом направлении, широко применяется в машиностроении. Большинство изделий проката железоуглеродистых сплавов подвергают длительному отжигу в муфельных, колпаковых печах с газовым или электрическим нагревом.

Однако наряду с требуемыми изменениями свойств железоуглеродистых сплавов при высоких температурах происходят и нежелательные превращения, связанные с взаимодействием металла с кислородом. При этом происходит образование окалины, обезуглероживание поверхностного слоя металла, а в случае легированных сталей потеря легирующих элементов.

Это вызывает необходимость принятия защитных мер, предотвращающих или снижающих высокотемпературное взаимодействие железоуглеродистых сплавов с кислородом. К таким мерам относится создание защитной газовой атмосферы в печном пространстве и проведение термической обработки в атмосфере защитного генераторного газа (N х -газа) или в атмосфере смеси генераторного и природного газа.

Другие известные меры и методы защиты от окисления и обезуглероживания проката черных металлов и сплавов следующие:

· проведение процесса термической обработки в вакууме или в инертной атмосфере;

· проведение термообработки в герметичных емкостях, в засыпке инертным напол­нителем или реагентами, создающими восстановительную атмосферу (например, карбюризатор);

- нанесение на поверхность, изделий паст, эмалей, защитных гальванических
покрытий.

Все перечисленные меры являются дорогостоящими, требуют наличия специального термического оборудования или специальной оснастки, часто нетехнологичны из-за больших объемов производства и не всегда обеспечивают гарантированный эффект защиты от окисления и обезуглероживания поверхности.

 

3. Окалина, образовавшаяся на поверхности поковки при нагревах для ковки и первичной термической обработке, затрудняет механическую обработку и выявление наружных поверхностных дефектов. Для удаления окалины применяют различные способы: галтовка в барабанах, травление водными растворами кислот в травильных ваннах, обработка в дробеметных аппаратах, очистка в дробеструйных (реже пескоструйных) камерах.

Галтовку в специальных вращающихся барабанах применяют при очистке мелких отожженных и нормализованных поковок. Механическое удаление окалины происходит под воздействием взаимного трения и ударов поковок при вращении барабана. Засыпанные в барабан вместе с поковками чугунные звездочки, абразивные материалы в виде гравия, щебня, фарфоровой крошки и другие несколько смягчают удары и активизируют очистку, придавая поверхности поковок гладкий и чистый вид. Следует учитывать, что на поковках с выступами, с тонкими концами и гранями при галтовке происходит закаливание кромок и потеря размеров.

Травление применяют для очистки поковок сложной конфигурации и ответственного назначения, у которых другие способы снятия окалины непригодны. Травление основано на химическом воздействии водных растворов соляной (НС1) и серной (H2SO4) кислот на окалину и металл под слоем окалины. При этом происходит отрыв окалины от поверхности поковок под влиянием водорода и некоторое стравливание кислотой основного металла. Скорость процесса травления поковок зависит от состава и толщины окалины, состава травильного раствора и его температуры. Так, для травления поковок из углеродистой и хромоникелевых сталей 6 водных растворах серной кислоты различной концентрации с присадками наилучшие результаты дает подогрев ванны на 50—60° С. Травление хорошо выявляет поверхностные дефекты поковок: трещины, волосовины, зажимы, неметаллические включения и др. Травление поковок осуществляют в специально оборудованных изолированных отделениях цеха, где установлены кислотоупорные ванны с мощными бортовыми отсасывающими устройствами, обеспечивающими удаление вредных паров кислот.

Очистка проводится последовательно травлением в кислотных растворах, промывкой в проточной воде и нейтрализацией поковок в горячем известковом растворе.

Дробеметная очистка представляет собой наиболее современный универсальный способ удаления окалины с поковок любого размера. Вращающееся лопаточное колесо дробеметного аппарата выбрасывает с большой скоростью на очищаемую поверхность поток стальной или чугунной дроби диаметром от 0,5 до 1,2 мм в зависимости от размеров поковки. Этот способ дешевле в несколько раз, производительнее и за последние годы вытесняет пескоструйные, дробеструйные и другие способы очистки.

4. ПЕРЕГРЕВ СТАЛИ — образование крупнозернистой, а иногда грубоигольчатой структуры стали в результате чрезмерно высокого нагрева. Решающими факторами, определяющими рост зерна аустенита, являются темп-ра и время нагрева. Наиболее чувствительны к перегреву чистое железо и ферритная нержавеющая сталь. Увеличение содержания углерода до эвтектоидного уменьшает склонность стали к перегреву, а наличие труднорастворимых карбидов препятствует перегреву. Сталь с наследственным мелким зерном до определенной темп-ры менее склонна к перегреву, но при значит, увеличении темп-ры склонность к перегреву у нее становится большей, чем у крупнозернистой. Крупнозернистая перегретая сталь обладает пониж. вязкостью и высокой чувствительностью к хрупкому разрушению. Перегрев стали часто вызывает поломку деталей машин. Нагрев под закалку перегретой стали измельчает зерно. Однако образующийся при повторной термич. обработке комплекс мелких зерен иногда сохраняет текстуру бывшего крупного аустенитного зерна, что приводит к образованию т. н. нафталинистого излома. Для разрушения крупнозернистой текстуры перегретую сталь перед закалкой следует подвергать промежуточному отжигу или нормализации. Для исправления значит. Перегрев стали темп-ра нормализации или отжига должна быть достаточно высокой — выше точки В Чернова (на 100—150° выше AcJ). При этом происходит рекристаллизация аустенитных зерен, получивших нек-рый наклеп в результате фазовых превращений.

ПЕРЕЖОГ СТАЛИ— окисление границ зерен стали в результате нагрева до высокой темп-ры,

 

5. Температурный интервал обработки давлением выбирают с учетом диаграммы состояния сплавов. Сталь следует деформиро­вать в определенном интервале температур, расположенном на диаграмме выше точки А₃ и ниже температуры начала плавления. В общем случае температуру начала обработки принимают на 15,0...200 °С ниже линии солидуса, а конца обработки — на 25...50 °С выше точки А₃ (для доэвтектоидных сталей) или точки А_х (для заэвтектоидных сталей). Из диаграммы железо—углерод вид­но (рис. 22.1), что с увеличением количества углерода в стали тем­пературный интервал обработки сужается (заштрихованная об­ласть). При этом особенно резко снижается температура начала обработки.

При нагреве металлов и сплавов выше температуры начала го­рячей обработки начинается интенсивный рост зерна аустенита.

Рис. 22.1. Температурный интервал обработки давлением углеродистых сталей

Структура становится крупнозернистой, и происходит понижение ее пластических свойств. Это явление называется перегревом. Его считают дефектом, который в большинстве случаев можно устра­нить отжигом или нормализацией. Однако для некоторых сталей (например, хромоникелевых) исправление перегретого металла сопряжено со значительными трудностями и простой отжиг ока­зывается недостаточным.