Шахтные печи

Шахтные печи являются печами непрерывного действия. Они представляют собой высокую шахту, оборудованную механизмами для загрузки и выгрузки материала, вентиляторами для подачи холодного воздуха и отбора отходящих газов и устройствами для сжигания топлива. В работающей печи вся шахта заполнена кусковым материалом, который, двигаясь сверху вниз под действием силы тяжести, последовательно подогревается, обжигается и охлаждается. Готовый продукт выгружается в нижней части шахты через разгрузочное устройство, при этом весь столб материала опускается вниз и на освободившееся вверху место поступает сырой материал. В печи соблюдается принцип противотока: в зоне подогрева и обжига материал движется навстречу дымовым газам, образовавшимся при горении топлива, а в зоне охлаждения — навстречу воздуху. Воздух, охлаждая материал, сам нагревается и горячим достигает зоны обжига, где участвует в процессе горения топлива или смешивается с топочными газами, если топливо сгорает вне печи в специальных топках.

Шахта печи выполнена из кирпича и заключена в металлический кожух. Опорой под «шахту печи служит железобетонная плита, лежащая на четырех железобетонных колоннах, которые опираются на фундаментную железобетонную плиту. Для равномерного распределения топлива поперечное сечение шахты может быть круглой или эллипсовидной, реже прямоугольной формы. 

Вертикальное сечение шахты (профиль) представляет собой прямоугольник, иногда суживающийся кверху или книзу. Стены печи многослойные: внутренний слой выполнен из огнеупорного кирпича толщиной 210—230 мм в зоне подогрева н охлаждения и 345— 460 мм в зоне обжига. За ним следует теплоизоляционный слой из шамотного легковеса толщиной 210—230 мм. Пространство между изоляционным слоем и кожухом шириной 50—60 мм засыпают молотым шамотом или трепелом для компенсации температурного расширения кирпичной кладки.

Загрузочное устройство обеспечивает регулярную загрузку материала и топлива в печь, равномерное распределение их по шахте и герметичность во избежание присосов наружного воздуха. В период загрузки происходит поочередное открытие клапанов, благодаря чему шахта не сообщается с атмосферным воздухом.

Печи отличаются большой производительностью и тепловой экономичностью благодаря полному использованию рабочего объема шахты, утилизации теплоты газов и обожженного материала непосредственно в самой печи для подогрева сырья и воздуха, поступающего на горение топлива. Качество обожженного материала невысоко из-за неизбежного пережога поверхности кусков и более слабого обжига середины их.

Современные шахтные печи полностью механизированы и многие из них имеют автоматическое управление. Печи отличаются повышенным расходом электроэнергии на работу тягодутьевых устройств. Так как шахтные печи не требуют здания и не являются металлоемкими, капитальные затраты на их постройку относительно невелики.

Пути усовершенствования шахтных печей направлены на повышение их производительности, улучшение качества обжига и культуры обслуживания. 
Сейчас рассмотрим примеры некоторых видов шахтных печей.

Малые шахтные печи используются для светлого отжига, газовой цементации, азотирования, нагрева под отпуск  и закалку. Большие вертикальные шахтные печи применяют для нагрева под закалку и отпуск длинных деталей. Для лучшего использования объема печи одновременно нагревают большое количество деталей, размещая их на специальных подвесах или в корзинах. 
Топливом для вертикальных шахтных печей могут служить газ или мазут. Но очень часто эти печи бывают и электрическими. Выпускаемые малые вертикальные шахтные  печи  рассчитаны на высокие, средние и низкие температуры. Печи нагреваются металлическими элементами сопротивления , размещаемыми на внутренних стенках печи. На рис. 1 приведена конструкция вертикальной среднетемпературной электрической шахтной печи мощностью 70 кВт с тремя регулируемыми зонами.

Рис. 1.

Детали подвешивают на диске 1. Крышку печи 2 приподнимают и отводят в сторону поворотным  механизмом, приводимым в движение электродвигателем 3 мощностью 0,5 кВт. Для уменьшения окисления нагреваемого металла в печь сверху и снизу через камеры 4 подводят защитный газ.

Схема муфельной вертикальной шахтной печи для светлого отжига ленты и проволоки в бунтах показана на рисунке 2. Шахтная печь представляет собой цилиндрический муфель 3 , сделанный из жаростойкой стали, обогреваемой снаружи электрическими нагревательными элементами  или газовыми горелками. При отоплении газом горелки располагаются тангенциально в несколько рядов по высоте шахтной печи. Продукты сгорания  отводятся через ряд щелей вверху печи в кольцевой канал. Муфель сверху закрывается крышкой, имеющей толстый слой изоляции. Изделия укладывают на круглый диск 1, который подвешивают на специальных тягах 2, закрепляемых в пазах боковой стенки крышки шахтной печи 4. Таким образом, под массой садки, крышка плотно прижимается к затвору муфеля, а сам муфель не несет нагрузки, поэтому толщина его стенок может быть небольшой. Крышку муфеля снабжают уплотняющей резиновой прокладкой 5 с водяным затвором 6.

Рис. 2.

В последнее время для термической обработки, спекания молибдена и окислов широко используются вертикальные вакуумные шахтные печи. На рисунке 3 приведена типичная конструкция такой печи.

Рис. 3.

Шахтная печь имеет футеровку в виде металлических экранов 5, расположенных на водоохлаждаемых  боковых стенках, поду 6 и крышке 2.  Последняя прижимается к кожуху печи через резиновую прокладку болтами или зажимами. Для загрузки печи крышку снимают краном или талью. Нагревательные элементы 1 крепятся на специальном металлическом цилиндре 4. В данной статье рассмотрены некоторые примеры шахтных печей, применяемых в современной промышленности.