Ковочная печь — это основное оборудование в любом кузнечном цехе. Она принимает холодные заготовки или прутки и выгружает их при точно заданной температуре — обычно 1150-1250°C для ковки стали — каждые 30-90 секунд, круглосуточно, каждый день. Надежность и равномерность температуры не являются второстепенными: печь, температура которой отклоняется на 30°C от заданной, может испортить весь день производства, а поломка печи останавливает пресс или молот и отправляет бригаду ковщиков домой.
Компания MONTE INTELLIGENCE поставляет газовые ковочные печи — как периодического действия (с тележкой), так и непрерывного действия (с толкателем, с шагающей балкой, с вращающимся подом) — для кузнечных предприятий в Азии и на Ближнем Востоке. В данной статье рассматриваются конструктивные и эксплуатационные факторы, определяющие производительность ковочных печей.
Температура ковки стали находится в диапазоне горячих деформаций, выше температуры рекристаллизации, при которой металл размягчается и может деформироваться с меньшими усилиями. Для среднеуглеродистых и легированных сталей диапазон температур ковки обычно составляет 1150-1250°C. Верхний предел определяется температурой горения — температурой, при которой начинается плавление границ зерен (около 1250-1300°C для многих сталей) — и скоростью образования окалины, которая экспоненциально возрастает с температурой. Нижний предел определяется требуемым усилием ковки и риском растрескивания заготовки.
Равномерность температуры в ковочной печи определяет равномерность потока металла во время ковки. Заготовка, температура которой составляет 1200 °C на одном конце и 1150 °C на другом, будет течь по-разному на каждом конце, что потенциально может вызвать проблемы с заполнением матрицы, несоответствие размеров или растрескивание на более холодном конце. Стандартное требование к равномерности температуры в ковочной печи составляет от ±14 °C (класс 5 по AMS 2750) до ±28 °C (класс 6), что является более мягким требованием, чем требования к равномерности термической обработки, поскольку последующий процесс ковки перераспределяет металл, и любые небольшие колебания температуры усредняются.
Скорость нагрева при ковке должна обеспечивать баланс между производительностью и риском образования термических трещин в заготовке. Заготовка из инструментальной стали диаметром 200 мм, нагреваемая от комнатной температуры со скоростью 100 °C в минуту, может растрескаться из-за термического напряжения между горячей поверхностью и холодным сердечником. Максимальная безопасная скорость нагрева зависит от марки стали, поперечного сечения и начальной температуры. Высокоуглеродистые и высоколегированные стали требуют более медленной скорости нагрева, чем обычные углеродистые стали. Холодные заготовки зимой (начиная с 0 °C) требуют более медленного нагрева, чем заготовки, предварительно нагретые при хранении в теплом помещении.
Образование окалины — это окисление поверхности стали во время нагрева в ковочной печи. Слой окалины — оксид железа, FeO, Fe3O4, Fe2O3 — представляет собой потерю материала (обычно 1-3% от веса заготовки), ускоряет износ штампа (окалина абразивна и изнашивает поверхности штампа быстрее, чем чистый металл) и создает проблемы с качеством поверхности (встроенная в поверхность заготовки окалина требует большего припуска на механическую обработку).
Скорость образования окалины в основном зависит от температуры и времени. При 1200°C заготовка из углеродистой стали на воздухе образует примерно 0,1 мм окалины за 15 минут. Через 60 минут толщина окалины может достигать 0,3-0,5 мм. Экспоненциальная зависимость от температуры означает, что повышение температуры печи на 50°C может удвоить скорость образования окалины. Это одна из причин, почему точный контроль температуры имеет экономическую ценность, выходящую за рамки экономии энергии — он напрямую снижает потери материала из-за образования окалины.
Работа в восстановительной атмосфере — сжигание газа с меньшим, чем стехиометрическое, количеством воздуха, при котором в продуктах сгорания образуются CO и H2, — может уменьшить образование накипи. CO и H2 реагируют с оксидами железа, восстанавливая их до металлического железа. Однако работа с избытком топлива приводит к образованию сажи, увеличению выбросов CO и создает угрозу безопасности (горючие газы в дымовой системе). Умеренный избыток топлива — на 5-10% меньше стехиометрического количества воздуха, часто называемый восстановительным пламенем — используется в некоторых ковочных печах для контроля образования накипи, но требует тщательной регулировки горелки и контроля дымовых газов.
Производительность печи непрерывного действия зависит от длины нагреваемой части печи, размера заготовки и требуемого времени нагрева. Время нагрева стальных заготовок можно оценить по поперечному сечению: приблизительно 5-6 минут на каждые 25 мм диаметра для круглых заготовок, нагреваемых в хорошо перемешиваемой газовой печи при 1200°C. Заготовке диаметром 100 мм требуется около 22-25 минут для достижения равномерной температуры ковки. При длине нагреваемой части печи 6 метров и расстоянии между заготовками в поде 200 мм печь вмещает около 30 заготовок, и при 25 минутах на заготовку производительность составляет 30 / 25 × 60 = 72 заготовки в час.
Циркуляция атмосферы в печи — движение горячих продуктов сгорания вокруг заготовок — является механизмом конвективной теплопередачи. Естественная конвекция в горячей печи обеспечивает некоторую циркуляцию, но для равномерного нагрева при высокой производительности необходимы рециркуляционные вентиляторы. Вентиляторы, обычно устанавливаемые в крыше или боковых стенках печи, отводят горячие газы из камеры печи и с высокой скоростью выводят их обратно в камеру, создавая перемешиваемую среду, которая равномерно нагревает все поверхности заготовок.
Ковочные печи MONTE INTELLIGENCE рассчитаны на круглосуточную работу и оснащены прочной огнеупорной футеровкой, горелками промышленного класса и системами управления, адаптированными к термическим циклам, характерным для кузнечных операций.
Для получения предложения по ковочной печи, соответствующего вашим производственным требованиям, свяжитесь с нами по адресу helenxu@cnlymonte.com.
