Nozioni di base sui forni a focolare mobile: come funziona un forno per il trattamento termico con focolare mobile
Il forno a carrello è il cavallo di battaglia per il trattamento termico di pezzi di grandi dimensioni. Quando il pezzo pesa più di 10 tonnellate, quando non entra in un forno a camera o quando i tempi del ciclo di carico e scarico sono cruciali, il design a carrello è solitamente la soluzione ideale. Il carrello, un focolare mobile rivestito di materiale refrattario montato su ruote, esce dal forno, il carico viene depositato da una gru a ponte e il carrello ritorna all'interno. Questo semplice concetto rende i forni a carrello indispensabili per settori come la cantieristica navale, ferroviaria, la fabbricazione di recipienti a pressione, la forgiatura e la produzione di macchinari pesanti.
Cosa rende diversa una stufa a focolare mobile?
Un forno a camera convenzionale ha un piano di appoggio fisso. Per caricare il forno, l'operatore apre lo sportello e spinge il carico all'interno su binari oppure lo posiziona con una gru a ponte. Per un pezzo forgiato da 5 tonnellate, questo sistema funziona. Per un recipiente a pressione da 200 tonnellate, invece, non è adatto. Il carico è troppo pesante per essere spinto sui binari e lo sportello è troppo piccolo.
Il forno a carrello risolve questo problema rendendo mobile il focolare stesso. Il carrello è una pesante piattaforma in acciaio con un rivestimento refrattario, montata su ruote. Un verricello elettrico, un cilindro idraulico o un motoriduttore azionano il carrello dentro e fuori dal forno. Quando il carrello è in posizione, lo sportello del forno si chiude e la guarnizione tra il telaio dello sportello e il bordo del carrello mantiene l'atmosfera del forno.
Ciclo operativo tipico
Il ciclo di un forno a carrello con un carico di forgiatura di 50 tonnellate dura dalle 18 alle 36 ore, a seconda del processo di trattamento termico. La sequenza standard è: carico, chiusura dello sportello, spurgo (se in atmosfera controllata), riscaldamento a 100-150 gradi Celsius all'ora, mantenimento alla temperatura di mantenimento, raffreddamento controllato, apertura dello sportello, uscita del carrello, scarico.
La fase di riscaldamento è la più lunga. Per una forgiatura di grande spessore, il gradiente di temperatura dalla superficie al centro durante il riscaldamento deve essere controllato per evitare la formazione di cricche da stress termico. Una regola empirica tipica è la seguente: la velocità di riscaldamento in gradi Celsius all'ora non deve superare 1,5 volte lo spessore massimo della sezione in millimetri, fino a un massimo di 200 gradi Celsius all'ora. Quindi una forgiatura di 200 mm di spessore si riscalda a una velocità non superiore a 200-300 gradi Celsius all'ora, mentre una forgiatura di 500 mm di spessore si riscalda a una velocità massima di 150 gradi Celsius all'ora.
Dimensioni e capacità dei forni
Le dimensioni dei forni a carro variano da piccole unità da 5 tonnellate per officina a imponenti unità da 500 tonnellate per il trattamento termico dei rulli delle acciaierie. I forni a carro di MONTE INTELLIGENCE hanno una capacità che va da 10 a 400 tonnellate, con dimensioni di lavoro da 3 m di larghezza x 4 m di lunghezza x 2 m di altezza fino a 8 m di larghezza x 30 m di lunghezza x 6 m di altezza.
I più grandi forni a carrelli del mondo lavorano rulli di lavoro per acciaierie, alberi di trasmissione per navi e componenti di recipienti a pressione per reattori nucleari. I forni da 400 tonnellate delle acciaierie spesso funzionano a gas naturale con bruciatori a recupero per far fronte all'elevato fabbisogno di calore.
Metodi di riscaldamento: Gas, Elettrico, Doppio combustibile
Le caldaie a focolare integrato nei carrelli funzionano a gas naturale, elettricità o in configurazioni a doppio combustibile. I modelli a gas utilizzano bruciatori a recupero di calore ad alta velocità che recuperano dal 50 al 65 percento del calore residuo dai fumi di combustione. I modelli elettrici utilizzano elementi riscaldanti a resistenza in carburo di silicio o nichel-cromo montati sulle pareti laterali, sul tetto e sul carrello.
I sistemi a gas in genere riscaldano più velocemente e hanno costi operativi inferiori nelle regioni con gas naturale a basso costo. I sistemi elettrici offrono un migliore controllo dell'atmosfera e sono preferibili per i processi che richiedono una precisa uniformità di temperatura. I sistemi a doppia alimentazione consentono all'operatore di passare dal gas all'elettricità in base alla disponibilità e al prezzo.
I forni a carrello di MONTE INTELLIGENCE supportano tutti e tre i metodi di riscaldamento, con la disposizione del bruciatore a gas e della resistenza elettrica ottimizzata per la specifica geometria della carica e la ricetta di processo.
Materiali refrattari e isolanti
I moderni forni a carrello utilizzano un sistema refrattario a strati: una superficie esterna calda in mattoni ad alto contenuto di allumina o moduli in fibra ceramica, supportata da mattoni refrattari isolanti e da una coperta in fibra ceramica. Lo spessore totale della parete varia da 250 a 400 mm, garantendo temperature del mantello inferiori a 60 gradi Celsius alla massima temperatura di esercizio.
I rivestimenti in moduli di fibra ceramica hanno in gran parte sostituito i rivestimenti in mattoni sui tetti e sulle pareti laterali dei nuovi forni a focolare a carrello. I moduli in fibra hanno una massa termica inferiore, un riscaldamento più rapido e una migliore resistenza agli shock termici. Il compromesso è un costo iniziale più elevato e una durata di servizio più breve a temperature molto elevate (superiori a 1100 gradi Celsius). Per i forni a focolare a carrello che operano al di sotto dei 950 gradi Celsius, i rivestimenti in moduli di fibra sono lo standard.
Porta e guarnizione
La porta di una fornace a carrello è il punto critico di tenuta. I modelli di porta includono quelli a sollevamento verticale (il più comune), a scorrimento orizzontale (per le fornaci di grandi dimensioni) e a battente (per le fornaci di piccole dimensioni). La guarnizione tra la porta e il telaio è in genere una guarnizione in corda di fibra ceramica compressa da fermi idraulici o meccanici.
Una piccola fessura nella porta può comportare una dispersione di aria fredda pari al 5-15% dell'energia impiegata. Per una caldaia da 1 milione di BTU all'ora, ciò si traduce in una perdita di calore compresa tra 50.000 e 150.000 BTU all'ora, ovvero un costo del combustibile di 50.000-150.000 dollari all'anno, considerando un prezzo del gas naturale di 8-10 dollari per milione di BTU. Delle buone guarnizioni per le porte si ripagano da sole in pochi mesi.
Controllo dell'atmosfera
I forni a carrelli utilizzati per la ricottura brillante, la normalizzazione o la distensione di acciaio inossidabile e acciaio per utensili funzionano in atmosfera controllata. Le opzioni di atmosfera includono: azoto (per acciaio inossidabile), gas endotermico (per acciaio al carbonio) e argon (per metalli reattivi). Il consumo di atmosfera in un forno a carrelli sigillato è in genere da 1 a 3 volumi di forno all'ora alla temperatura.
Il controllo della pressione all'interno del forno è essenziale. Una pressione positiva compresa tra 5 e 15 Pa impedisce l'infiltrazione d'aria. Il regolatore di pressione modula la serranda di scarico per mantenere il valore impostato.
Capacità di processo
I forni a carrelli sono progettati per gestire un'ampia gamma di processi: ricottura, normalizzazione, distensione, tempra, trattamento di solubilizzazione e invecchiamento. La temperatura massima di esercizio è in genere compresa tra 950 e 1100 gradi Celsius per i modelli standard, mentre i modelli speciali per alte temperature possono raggiungere i 1250 gradi Celsius.
Nell'industria petrolifera e del gas, i forni a focolare a carrello sono standard per la normalizzazione e la distensione di grandi sezioni di tubazioni, corpi valvola e componenti di teste pozzo. Nell'industria dell'energia eolica, i forni a focolare a carrello vengono utilizzati per la distensione di sezioni di torri e per la ricottura di grandi ingranaggi ad anello. La flessibilità del design del forno a focolare a carrello è ciò che lo rende una risorsa a lungo termine in molti settori industriali.
Collaborazione con MONTE INTELLIGENCE
Per gli acquirenti che valutano un forno a carrelli per un processo specifico, l'ingegneria di MONTE INTELLIGENCE può modellare la curva di riscaldamento, l'uniformità della temperatura, il consumo energetico e la selezione del refrattario in base alle dimensioni della carica e alla ricetta del processo. Visitawww.cnlymonte.com/products-bogie-hearth-furnace.html Per specifiche di prodotto e casi di studio, inviare un'e-mail a helenxu@cnlymonte.com con oggetto "Richiesta informazioni sul focolare del carrello" e dettagli sulle dimensioni del carico e sui requisiti di processo.
