Operator_maszyn_i_urzadzen_do_obrobki_plastycznej_812[01].Z2.03

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

SPIS TREŚCI

Wprowadzenie

Wymagania wstępne

Cele kształcenia

Materiał nauczania

4.1.

Wsad do procesów obróbki plastycznej

4.1.1. Materiał nauczania

4.1.2. Pytania sprawdzające

4.1.3. Ćwiczenia

4.1.4. Sprawdzian postępów

4.2.

Nagrzewanie metali

4.2.1. Materiał nauczania

4.2.2. Pytania sprawdzające

4.2.3. Ćwiczenia

4.2.4. Sprawdzian postępów

4.3.

Piece grzewcze

4.3.1. Materiał nauczania

4.3.2. Pytania sprawdzające

4.3.3. Ćwiczenia

4.3.4. Sprawdzian postępów

Sprawdzian osiągnięć

Literatura

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

1. WPROWADZENIE

Poradnik będzie Ci pomocny w nabywaniu umiejętności z zakresu przygotowania

i nagrzewania wsadu do obróbki plastycznej.

W poradniku zamieszczono:

−−−−

wymagania wstępne – wykaz umiejętności, jakie powinieneś mieć juŜ ukształtowane,
abyś bez problemów mógł korzystać z poradnika,

−−−−

cele kształcenia – wykaz umiejętności, jakie ukształtujesz podczas pracy z poradnikiem,

−−−−

materiał nauczania – podstawowe wiadomości teoretyczne niezbędne do opanowania
treści jednostki modułowej,

−−−−

zestaw pytań przydatny do sprawdzenia, czy juŜ opanowałeś treści zawarte
w rozdziałach,

−−−−

wiczenia, które pomogą Ci zweryfikować wiadomości teoretyczne oraz ukształtować

umiejętności praktyczne,

−−−−

sprawdzian postępów,

−−−−

sprawdzian osiągnięć – przykładowy zestaw zadań,

−−−−

literaturę uzupełniającą.
Z pytaniami sprawdzającymi moŜesz zapoznać się:

−−−−

przed przystąpieniem do rozdziału Materiał nauczania – poznając wymagania wynikające
z zawodu, a po przyswojeniu wskazanych treści, odpowiadając na te pytania sprawdzisz
stan swojej gotowości do wykonywania ćwiczeń,

−−−−

po opanowaniu podrozdziału Materiał nauczania, by sprawdzić stan swojej wiedzy, która
będzie Ci potrzebna do wykonywania ćwiczeń.
Kolejny etap to wykonywanie ćwiczeń, których celem jest uzupełnienie i utrwalenie

wiadomości i ukształtowane umiejętności z zakresu przygotowania i nagrzewania wsadu
do obróbki plastycznej.

Po wykonaniu zaplanowanych ćwiczeń, sprawdź poziom swoich postępów wykonując

Sprawdzian postępów.

Odpowiedzi Nie wskazują luki w Twojej wiedzy, informują Cię równieŜ, jakich

zagadnień jeszcze dobrze nie poznałeś. Oznacza to takŜe powrót do treści, które
nie są dostatecznie opanowane.

Poznanie przez Ciebie wszystkich lub określonej części wiadomości będzie stanowiło

dla nauczyciela

podstawę

przeprowadzenia

sprawdzianu

poziomu

przyswojonych

wiadomości i ukształtowanych umiejętności. W tym celu nauczyciel moŜe posłuŜyć
się zadaniami testowymi.

W poradniku jest zamieszczony sprawdzian osiągnięć, który zawiera przykład takiego

testu oraz instrukcję, w której omówiono tok postępowania podczas przeprowadzania
sprawdzianu i przykładową kartę odpowiedzi, w której, w przeznaczonych miejscach zakreśl
właściwe odpowiedzi spośród zaproponowanych.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Schemat układu jednostek modułowych

812[01].Z2

Technologia wytwarzania wyrobów

metodami obróbki plastycznej

812[01].Z2.02

Wykonywanie operacji obróbki

cieplnej i cieplno-chemicznej

812[01].Z2.01

Posługiwanie się podstawowymi

pojęciami z zakresu obróbki

plastycznej

812[01].Z2.03

Przygotowanie i nagrzewanie

wsadu do obróbki plastycznej

812[01].Z2.04

Wykonywanie wyrobów

w procesie walcowania

i ciągnienia

812[01].Z2.05

Wykonywanie wyrobów

w procesie kucia

812[01].Z2.06

Wykonywanie wyrobów

procesie tłoczenia

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

WYMAGANIA WSTĘPNE

Przystępując do realizacji programu jednostki modułowej powinieneś umieć:

−

przestrzegać zasady bezpiecznej pracy, przewidywać zagroŜenia i zapobiegać im,

−

posługiwać się dokumentacją techniczną,

−

stosować materiały konstrukcyjne i narzędziowe,

−

rozpoznawać elementy maszyn i mechanizmów,

−

analizować układy elektryczne i automatyki przemysłowej,

−

stosować podstawowe techniki wytwarzania części maszyn,

−

uŜytkować i obsługiwać maszyny i urządzenia,

−

wykonywać operację obróbki cieplnej i cieplno-chemicznej.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

CELE KSZTAŁCENIA

W wyniku realizacji programu jednostki modułowej powinieneś umieć:

−

rozróŜnić materiały wsadowe do obróbki plastycznej stali i metali nieŜelaznych,

−

wyjaśnić strukturę wlewka po zakrzepnięciu,

−

określić zasady organizacji składowiska materiałów wsadowych,

−

scharakteryzować sposoby kontroli jakości materiałów wsadowych,

−

oczyścić i przygotować wsad do obróbki plastycznej,

−

scharakteryzować proces nagrzewania stali i metali nieŜelaznych do obróbki plastycznej,

−

wyjaśnić zjawisko przegrzania i przepalenia metalu,

−

rozróŜnić rodzaje atmosfer pieca i określić ich wpływ na jakość nagrzewania,

−

ustalić temperaturę nagrzewania wsadu,

−

odczytać parametry pracy pieca,

−

wykonać pomiar temperatury komory pieca,

−

scharakteryzować wady powstałe w procesie nagrzewania i określić przyczyny
ich powstawania,

−

wyjaśnić proces powstawania zgorzeliny,

−

scharakteryzować urządzenia do nagrzewania wsadu,

−

posłuŜyć się dokumentacją technologiczną, Polskimi Normami oraz branŜowymi
i zakładowymi normami,

−

zastosować przepisy bezpieczeństwa i higieny pracy, ochrony przeciwpoŜarowej
i ochrony środowiska na stanowisku pracy.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4. MATERIAŁ NAUCZANIA

4.1.

Wsad do procesów obróbki plastycznej

4.1.1. Materiał nauczania

Pojęcie wsadu

Wsadem nazywamy bryłę metalu, która ma być poddana procesowi obróbki plastycznej.

Wsadem podstawowym, od którego rozpoczyna się kształtowanie plastyczne, są bryły metalu
odlane  w  procesach  metalurgicznych.  W  dalszych  fazach  procesów  obróbki  plastycznej
wsadem  są  półwyroby  juŜ  obrobione  plastycznie,  np.  wlewek  walcuje  się  na  kęsisko,
a kęsisko  na  kęs.  Kęs  słuŜy  jako  wsad  do  walcowania  rur  czarnych,  rura  taka  jest  następnie
wsadem ciągarni produkującej rury precyzyjne.

Współcześnie procesy metalurgiczne mogą dostarczać metale do zakładów obróbki

plastycznej w dwóch róŜnych formach:
1)

we wlewkach,

w kęsiskach lub kęsach z odlewania ciągłego.
Wlewki (rys. 2) są otrzymywane przez odlewanie metalu do specjalnych form

metalowych.  Proporcje  pomiędzy  wysokością  a  wymiarami  poprzecznymi  wlewków  muszą
być zachowane w granicach określonych sposobem krystalizacji metalu. Dlatego ich wymiary
poprzeczne  są  zwykle  duŜe.  Sposób  krzepnięcia  wlewków  powoduje  powstawanie  jam
i pęcherzy  gazowych  umiejscowionych  w  górnej  części  odlewu.  Są  to  części  wadliwe.
Po wstępnej  fazie  walcowania  zostają  one  odcięte  i  stanowią  odpady  nadające  się  jedynie
do powtórnego  przetopienia  w  procesie  metalurgicznym.  Na  przykład,  w  przypadku  stali
odpady takie wynoszą orientacyjnie do około 20% masy wsadu.

Za pomocą ciągłego odlewania otrzymuje się wyroby wydłuŜone o kształcie zbliŜonym

do  półwyrobów  walcowanych,  zwanych  kęsiskami  lub  kęsami.  Schemat  ciągłego  odlewania
metalu  przedstawia  rys.  1.  W  przypadku  tej  metody  nie  ma  zaleŜności  pomiędzy  długością
odlewów a ich wymiarami poprzecznymi. Dlatego wymiary poprzeczne mogą być małe, a ich
długość  moŜe  być  tak  duŜa,  jak  na  to  pozwala  rozmieszczenie  urządzeń  produkcyjnych.
Dzięki  temu  zmniejsza  się  stopień  przerobu  plastycznego  niezbędny  dla  uzyskania
określonego wyrobu. Na przykład w przypadku stali pozwala to wyeliminować pierwsze fazy
przerobu  plastycznego  niezbędne  wówczas,  gdy  wsadem  są  wlewki.  Przynosi  to  duŜe
oszczędności

dzięki

skróceniu

cyklu

produkcyjnego

zmniejszeniu

nakładów

inwestycyjnych. Straty materiałowe wynoszą w tej metodzie około 2%, a więc
są niewspółmiernie mniejsze od odpadów w procesie produkcji półwyrobów, które
są walcowane z wlewków.

Wsad stalowy

Wlewki. Stalownie dostarczają stal do walcowania lub kucia w postaci odlanych brył

zwanych  wlewkami.  W  starych  walcowniach  walcowano  wlewki  o  masie  od  200  kg  do  400
kg. Obecnie walcuje się wlewki o masie około 1,5–20 Mg), a na blachy grube nawet do 200
Mg. Wlewki o masie mniejszej niŜ 1 Mg walcuje się czasem ze stali stopowych, jak np. stale
narzędziowe,  szybkotnące,  nierdzewne,  kwasoodporne,  Ŝaroodporne  itp.  Wlewki  zwykłe
uŜywane  jako  wsad  do  walcowania  mają  długość  4–6  razy  większą  od  krótszego  boku
podstawy, przy zbieŜności dłuŜszych jego boków 2–3%. Mogą one mieć przekrój poprzeczny
w kształcie kwadratu, prostokąta, koła, ośmiokąta itp. (rys. 2).

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 1.

Schemat metody ciągłego odlewania metali: 1

−

kadź, 2

−

kadź pośrednia,

−

wlewnica, 4

−

krystalizator, 5

−

urządzenia do przesuwania pasma, 6

−

urządzenie

do przecinania pasma, 7

−

rolki prowadzące pasmo po łuku, 8

−

układacz pociętych

kęsisk lub kęsów, 9

−

samotok [4, s. 56]

Rys. 2. Kształty wlewków: a

−

stal nieuspokojona, b

−

wlewek z nadstawką odlany ze stali

uspokojonej, c

−

wlewek bez nadstawki ze stali uspokojonej, d

−

wlewek ze zbyt długą jamą

usadową, e

−

wlewek z jamą usadową wtórną, f

−

kształty przekrojów poprzecznych róŜnych

wlewków [4, s. 57]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Wlewki odlewa się do form metalowych zwanych wlewnicami, a sposób ich krzepnięcia

zaleŜy od rodzaju stali. Najogólniej moŜna podzielić stal na uspokojoną, tzn. odtlenioną przez
dodanie  do  płynnej  stali  odpowiednich  dodatków,  tzw.  odtleniaczy  (aluminium,  stopy
krzemowe  itp),  i  nieuspokojoną.  Jako  nieuspokojoną  odlewa  się  wszelką  stal  miękką
o zawartości  węgla  mniejszej  od  0,2%.  Stal  uspokojona  stygnie  spokojnie  we  wlewnicach,
a wskutek kurczenia się metalu powstaje w górnej części wlewka jama usadowa (rys. 2b i e).

Podczas stygnięcia wlewków ze stali nieuspokojonej wydobywają się gazy, powodujące

mieszanie  się  metalu  i  zapobiegające  przedwczesnemu  zakrzepnięciu  górnej  powierzchni
wlewka.  Dzięki  temu  we  wlewkach  ze  stali  nieuspokojonej  jama  usadowa  nie  występuje
lub jest  bardzo  mała.  Pewna  część  gazów  pozostaje  jednak  wewnątrz  wlewka  tworząc
pęcherze (rys. 2a). Część wlewka, w (której znajduje się jama usadowa, zostaje po wstępnym
walcowaniu odcięta jako odpad produkcyjny. Dlatego stalownicy dąŜą do zmniejszenia jamy
usadowej  lub  otrzymania  jej  w  tzw.  nadstawce  (rys.  2b).  Nadmiernie  duŜa,  a  zwłaszcza
wydłuŜona  jama  usadowa  (rys.  2d,  e)  moŜe  spowodować  wybrakowanie  znacznej  części
wyrobu walcowanego albo pozostaje ukryta w wyrobie gotowym.

Oprócz jamy usadowej, wadami odbijającymi się na jakości wyrobów obrabianych

plastycznie są pęcherze powierzchniowe, podskórne lub wewnętrzne, które powstają wskutek
zawartości gazów (wodoru, azotu i tlenku węgla) w płynnym metalu. Powinny one znajdować
się pod moŜliwie grubym (minimum 25 mm) zdrowym naskórkiem wlewka. JeŜeli pęcherze
nie zostaną otworzone podczas obróbki plastycznej (a więc ścianki ich nie będą utlenione),
to powierzchnie ich się zgrzeją. Pęcherze otwarte podczas obróbki plastycznej pozostawiają
rysy na powierzchni wyrobów.

Po wlaniu do wlewnicy warstwa metalu przylegająca bezpośrednio do jej zimnych ścian

natychmiast  krzepnie,  tworząc  warstwę  kryształów  zamroŜonych  1  (rys.  3).  Po  skrzepnięciu
tej  warstwy  tworzą  się  długie  kryształy  słupkowe  2,  ułoŜone  prostopadle  do  powierzchni
bocznych  wlewka.  Jest  to  tzw.  strefa  transkrystalizacji.  Środkowa  część  wlewka  krzepnie
najpóźniej,

tworząc

kryształy

równoosiowe

Nadmierny

rozrost

warstwy

transkrystalizacyjnej stanowi wadę, która podczas walcowania lub kucia moŜe doprowadzić
do pęknięcia wlewka po przekątnych. Jest to niebezpieczne, zwłaszcza dla małych wlewków
ze stali o duŜej zawartości domieszek stopowych.

Podczas krystalizacji wydzielają się zanieczyszczenia i niektóre składniki stopowe.

Powoduje to zwiększenie się zawartości tych składników w pozostałej części płynnego
metalu. W ten sposób powstaje nierównomierność składu chemicznego w róŜnych miejscach
wlewka nazywana segregacją (likwacją) strefową. Szczególną skłonność do segregacji
wykazuje węgiel, siarka, fosfor, nieco zmniejsza zaś mangan i krzem.

Podczas odlewania wlewków wraz z metalem mogą się przedostać do wlewnicy kawałki

szamotu lub ŜuŜla, które są lŜejsze od ciekłego metalu i wypływają na powierzchnię. Zdarza
się jednak, Ŝe pewne ich części pozostają wewnątrz metalu, tworząc tzw. wtrącenia
niemetaliczne, które pogarszają własności wytrzymałościowe stali w wyrobach walcowanych.

Jedną z groźnych wad wlewków są pęknięcia, które często powstają wskutek złego stanu

powierzchni wewnętrznej wlewnicy i są przyczyną ich wybrakowania.

Wlewki moŜna odlewać dwoma sposobami: od dołu, tj. syfonowo, i z góry, wprost

do wlewnicy.  Przy  odlewaniu  stali  z  góry  powstają  tzw.  rozpryski,  czyli  krople  stali,  które
osiadając  podczas  odlewania  na  wewnętrznych  ściankach  wlewnicy  natychmiast  krzepną,
a powierzchnia ich utlenia się na powietrzu. Po napełnieniu wlewnicy stalą rozpryski pokryte
zgorzeliną  nie  zgrzewają  się  z  metalem  i  pozostają  jako  obce  części  wciśnięte  w  jego
powierzchniową  warstwę,  a  podczas  obróbki  plastycznej  są  przyczyną  licznych  wad
półwyrobów i wyrobów.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 3.

Struktura wlewka [4, s. 59]

Przed obróbką plastyczną (zwłaszcza stali jakościowych) usuwa się wady

powierzchniowe z wlewków przez obróbkę wiórową, szlifowanie:(przy twardych stalach)
lub za pomocą dłut pneumatycznych. Rzadziej, zwłaszcza do bardzo drogich gatunków stali,
stosuje się frezowanie lub obtaczanie wlewków na specjalnych tokarkach (np. obtaczających
na kwadrat). Współcześnie stosuje się teŜ frezowanie na gorąco wlewków ze stali
jakościowych.

Kęsiska i kęsy stalowe z odlewania ciągłego. Nieliczne urządzenia przemysłowe

do ciągłego odlewania stali zostały uruchomione w latach pięćdziesiątych bieŜącego stulecia.
Od  tej  pory  datuje  się  równoległy  rozwój  tej  metody  produkcji  oraz  tradycyjnych  sposobów
walcowania  półwyrobów.  Obecnie  w  przemyśle  światowym  istnieje  wiele  zakładów
wyposaŜonych w urządzenia do ciągłego odlewania stali. W krajach o rozwiniętym przemyśle
hutniczym,  zwłaszcza  w  USA,  Rosji  oraz  w  Japonii,  powstają  duŜe  huty  o  produkcji  rzędu
kilku  milionów  ton  w  roku,  wyposaŜone  w  urządzenia  do  ciągłego  odlewania  stali  (bez
walcowni półwyrobów). W obecnym stanie techniki pewne trudności występują przy ciągłym
odlewaniu  stali  uspokojonych  oraz  kęsów  okrągłych.  W  stadium  prób  przemysłowych
jest ciągłe odlewanie tulei rurowych.

W Polsce równieŜ rozbudowuje się urządzenia do ciągłego odlewania kęsów stalowych.

Wsad  pochodzący  z  ciągłego  odlewania  stali  ma  takie  wymiary,  iŜ  skraca  się  cykl
produkcyjny  obróbki  plastycznej,  niezbędny  do  uzyskania  wyrobów  gotowych.  Dzięki  temu
oszczędza się na kosztach produkcji oraz zmniejsza się straty (odpady) materiałowe. Ponadto
odlane  kęsiska  lub  kęsy  są  całkowicie  pozbawione  jamy  usadowej,  ich  skład  chemiczny
jest bardziej wyrównany, a powierzchnie są czyściejsze niŜ powierzchnie wlewków.

Wsad z metali nieŜelaznych

Metale nieŜelazne są odlewane w postaci wlewków oraz kęsisk i kęsów z procesów

ciągłych.

W postaci wlewków są one odlewane do wlewnic piaskowych, Ŝeliwnych lub staliwnych.

Mogą  to  być  wlewnice  pionowe,  napełniane  od  góry  lub  syfonowo  z  dołu.  Spotyka  się  teŜ
wlewnice poziome. Niektóre metale, zwłaszcza stopy metali lekkich, odlewa się do wlewnic
z miedzi  o  ściankach  chłodzonych  wodą.  Wlewki  takie  mają  gładkie,  równe  powierzchnie
oraz  strukturę  drobnoziarnistą.  Do  pionowych  wlewnic  odlewa  się  miedź  i  jej  stopy,  stopy
aluminium,  cyny  itp.  Poziome  wlewnice  są  uŜywane  do  odlewania  miedzi,  cynku,  ołowiu
i niektórych gatunków mosiądzu.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Produkcja poszczególnych rodzajów metali nieŜelaznych jest wielokrotnie mniejsza niŜ

produkcja  stali.  Dlatego  odlewa  się  je  w  nieduŜych  wlewkach  słuŜących  bądź
do bezpośredniego  przerobu  na  wyroby  gotowe,  bądź  do  przerobu  plastycznego  w  małej
ilości  faz  produkcji  wielostopniowej.  Wymiary  i  kształty  tych  wlewków  są  zaleŜne
od gatunków  stopu  i  od  rodzaju  wyrobu,  na  jaki  są  przeznaczone.  Procesy  odlewania
wlewków z metali nieŜelaznych łączą się z trudnościami, powodującymi  występowanie  wad
podobnych  do  tych,  które  tworzą  się  w  procesie  produkcji  stali.  Są  to:  jama  usadowa,
pęcherze,  rzadzizny  oraz  segregacje  (inaczej  likwacje),  wtrącenia  niemetaliczne  itp.  Przed
obróbką plastyczną obcina się części wlewków zawierające jamę usadową.

Ciągłe odlewanie metali nieŜelaznych było stosowane wcześniej aniŜeli ciągłe odlewanie

stali.  Obecnie  znanych  jest  wiele  metod  prowadzenia  tego  procesu,  za  pomocą  którego
odlewa  się  przede  wszystkim  aluminium  i  jego  stopy,  miedź  i  niektóre  jej  stopy  oraz  cynk.
W wyniku  ciągłego  odlewania  otrzymuje  się  kęsiska  i  kęsy  o  przekroju  kwadratu,  trapezu,
koła  oraz  prostokąta  (płaskie).  Są  one  uŜywane  jako  wsad  do  produkcji  prętów,  rur
oraz blach. Ich wymiary poprzeczne są na ogół mniejsze aniŜeli wlewków, a długość znacznie
większa. Powoduje to duŜą poprawę ekonomiki procesów walcowania.

W ostatnich latach powstały ciągłe procesy odlewania i walcowania. W procesach takich

kęs odlewany bez przerwy wchodzi wprost do walcarek.

Odlewy uzyskiwane z procesów ciągłych mają lepszą strukturę wewnętrzną i znacznie

mniej wad powierzchniowych aniŜeli wlewki. W związku z tym produkcja oparta na wsadzie
z ciągłego odlewania charakteryzuje się mniejszymi stratami materiału aniŜeli procesy
obróbki plastycznej wlewków.

Kęsiska i kęsy pochodzące z odlewania ciągłego mają kształty prostopadłościenne

o podstawie  kwadratu,  prostokąta  lub  koła.  Mogą  one  być  uŜywane  jako  wsad  do  produkcji
wyrobów  prętowych  lub  blach.  W  tym  ostatnim  przypadku  ich  grubość  moŜe  być  mniejsza
niŜ  wlewków,  a  szerokość  i  długość  znacznie  większa,  co  poprawia  ekonomikę  procesu
walcowania.

Przed obróbką plastyczną powierzchnie wlewków, a takŜe kęsisk i kęsów z ciągłego

odlewania poddaje się obróbce oczyszczającej przez jej oskórowanie za pomocą frezowania
i niekiedy toczenia W celu polepszenia struktury i zmniejszenia segregacji

−

podobnie jak

i do stali

−

stosuje się zabieg wyŜarzania ujednorodniającego.

4.1.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

Co to jest wsad?

Czym charakteryzuje się wsad stalowy?

Jakie są kształty wlewków?

Jaka jest struktura wlewka?

Na czym polega ciągłe odlewanie stali?

Jakie są wady wlewków?

Jakie są metody odlewania metali nieŜelaznych?

Do czego słuŜą poziome wlewnice?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.1.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Narysuj i opisz strukturę wlewka po zakrzepnięciu.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

zorganizować stanowisko pracy,

narysować strukturę wlewka,

opisać strukturę wlewka,

zaprezentować wykonane ćwiczenie.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

−−−−

literatura zgodna z punktem 6 Poradnika dla ucznia.

Ćwiczenie 2

Opisz schemat metody ciągłego odlewania metali.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

zorganizować stanowisko pracy,

opisać schemat metody ciągłego odlewania metali,

zaprezentować wykonane ćwiczenie.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

−

schemat metody ciągłego odlewania stali,

−

literatura zgodna z punktem 6 Poradnika dla ucznia.

4.1.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

wyjaśnić pojęcie wsadu?

opisać rodzaje wsadów?

narysować rodzaje kształtów wlewków?

opisać strukturę wlewka?

zinterpretować informacje zawarte na schemacie metody ciągłego

odlewania metali?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.2.

Nagrzewanie metali

4.2.1. Materiał nauczania

Zasady nagrzewania metali

Czynnością wstępną do obróbki plastycznej na gorąco jak i do obróbki cieplnej jest

nagrzewanie metalu. Współcześnie nagrzewa się metale w piecach grzewczych
i w nagrzewnicach (piecach) elektrycznych.

Czas nagrzewania. We wszystkich piecach i nagrzewnicach, z wyjątkiem indukcyjnych,

ciepło  przenika  od  powierzchni  w  głąb  metalu.  Powoduje  to,  Ŝe  w  czasie  nagrzewania
temperatury  warstw  metalu  bliŜszych  powierzchni  są  wyŜsze  niŜ  warstw  wewnętrznych.
W związku  z  tym  jako  skutek  róŜnic  w  rozszerzalności  cieplnej  powstają  napręŜenia
wewnętrzne.  W  przypadku  zbyt  intensywnego  nagrzewania,  napręŜenia  te  mogą  stać  się
przyczyną pęknięć tworzywa. Dlatego intensywność nagrzewania powinna być dostosowana
do  własności  (metalu.  Im  mniejsze  przewodnictwo  cieplne  i  im  mniejsza  zdolność  metalu
do odkształceń  plastycznych,  tym  ostroŜniej  i  dłuŜej  trzeba  prowadzić  nagrzewanie.  Na
przykład  przewodnictwo  cieplne  stali  zmniejsza  się  w  miarę  wzrostu  zawartości  węgla
i niektórych  składników  stopowych.  Zwykle  jednocześnie  z  tym  w  pewnych  zakresach
temperatur  występuje  pogorszenie  zdolności  plastycznych.  Dlatego  wsad  z  niektórych  stali
wysokostopowych  ładuje  się  do  pieców  o  niŜszej  temperaturze  i  nagrzewa  się  wolniej  niŜ
stale  zwykłe.  Podobnie  i  metale  nieŜelazne  nagrzewa  się  z  róŜnymi  prędkościami,  np.  stopy
aluminium nagrzewa się wolniej aniŜeli miedź i jej stopy.

Przewodnictwo cieplne i zdolności plastyczne metali zmieniają się z temperaturą.

W pewnych zakresach temperatur nagrzania zanikają zdolności plastyczne. Dlatego w tych
zakresach temperatur nagrzewanie wsadu powinno być ostroŜne, a jego prędkości
zmniejszone.

Wyjątek w stosunku do podanych zasad stanowi nagrzewanie indukcyjne. Polega ono

na umieszczeniu  metalu  w  polu  elektromagnetycznym  cewki  zasilanej  prądem  zmiennym
o określonej  częstotliwości.  Zmiany  pola  elektromagnetycznego  powodują  indukowanie
w masie  metalu  wewnętrznych  prądów,  które  nagrzewają  metal  równomiernie  w  całym
przekroju.  Dlatego  czas  nagrzewania  indukcyjnego  jest  kilka  do  kilkunastu  razy  krótszy
od czasu nagrzewania w piecach.

Temperatura załadowania wsadu do pieca. Wsad moŜe być załadowany do pieca w stanie

gorącym  lub  w  stanie  zimnym.  Na  przykład  w  nowoczesnych  hutach  stalowe  wlewki
po wyjęciu  z  wlewnic  ładuje  się  do  pieców  walcowni  zwanych  zgniataczami.  Temperatura
nagrzania  takich  wlewków  w  chwili  załadowania  wynosi1000  do  1200  K  (ponad  700  do
900

C). Często teŜ jeszcze gorące półwyroby otrzymane po jednej operacji gorącej obróbki

plastycznej ładuje się do pieców w celu ich dogrzania przed następną operacją. Celem
dogrzewania gorącego wsadu

−

oprócz podwyŜszenia jego temperatury

−

moŜe teŜ być

wyrównanie stanu nagrzania w całej jego objętości.

Załadowanie zimnego wsadu powinno uwzględniać własności tworzywa. Temperatura

pieca w miejscu lub w chwili załadowania zimnego wsadu podobnie jak i prędkość
nagrzewania zaleŜy od jego składu chemicznego. Na przykład temperatura pieca przy
ładowaniu wsadu zimnego ze stali węglowych moŜe wynosić nawet 1600 K (1327

C). JeŜeli

stal zawiera duŜo węgla, temperatura ta nie powinna przekraczać 800 do 900 K (527
do 627

C), a niektóre gatunki stali (np. niektóre stale narzędziowe) ładuje się do pieców

o temperaturze nie przekraczającej 640 K (367

C).

Utlenianie i nawęglanie powierzchni metalu. Powierzchnia metalu nagrzanego łatwo

ulega utlenieniu. Tlenki metalu pokrywające jego powierzchnię nazywamy zgorzeliną.
Składnikami utleniającymi w atmosferze pieca są tlen O

oraz para wodna H

O. W pewnych

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

warunkach równieŜ dwutlenek węgla CO

moŜe działać utleniająco wg reakcji Fe+CO

FeO

+ CO.

Powstanie zgorzeliny jest zjawiskiem niepoŜądanym, gdyŜ:

metal utleniony stanowi stratę,

odpadająca warstwa zgorzeliny moŜe spowodować powstanie wad powierzchniowych
(np. przez odsłonięcie podskórnych pęcherzy),

wskutek nacisku narzędzia zgorzelina moŜe zostać wciśnięta w metal, co powoduje
pogorszenie się jakości powierzchni wyrobów.
Ilość zgorzeliny zaleŜy od systemu pieca, metody jego prowadzenia oraz od rodzaju

nagrzewanego  wsadu.  Skutkiem  nagrzewania  wsadu  w  atmosferze  spalającego  się  paliwa,
(co jest  najczęściej  spotykane  jest  w  piecach  grzewczych)  jest  zgar  i  wynosi  on  średnio:  dla
wlewków  stalowych  około  3%,  dla  kęsisk  i  kęsów  2  do  2,5%:  w  przypadku  metali
nieŜelaznych, np. miedzi około 0,5%, mosiądzu 0,25%, i brązu 0,2%.

W większości pieców grzewczych nagrzewanie wsadu odbywa się w przestrzeni

wypełnionej  gorącymi  spalinami.  W  praktyce  nie  osiąga  się  tak  dokładnego  doboru  ilości
powietrza  i  gazu,  aby  podczas  spalania  otrzymać  w  piecu  atmosferę  idealnie  obojętną,  tzn.
o składnikach  nie  wchodzących  w  reakcję  chemiczną  z  metalem.  Atmosfera  ta  jest  albo
utleniająca,  albo  redukująca,  czyli  przepełniona  składnikami  łączącymi  się  gwałtownie
z węglem.  Składnikami  redukującymi  są  tlenek  węgla  CO  i  wodór  H

. Skutkiem działania

atmosfery redukującej jest odwęglenie powierzchniowych warstw stali.

W piecach tego rodzaju dąŜy się do nagrzewania metalu w atmosferze lekko redukującej

(zbliŜonej do obojętnej).

Do dokładnego określenia składu atmosfery pieca uŜywa się specjalnych przyrządów.

Rodzaj atmosfery moŜna z grubsza rozpoznać po sposobie spalania się gazu. Atmosferze
redukującej towarzyszy pojawienie się wewnątrz pieca płomieni kopcących, a nawet dymu.
Atmosferę utleniającą oznaczają jaskrawo świecące płomienie.

Do nagrzewania drogich tworzyw lub teŜ wsadu na wyroby o wysokich wymaganiach

jakości powierzchni jest opłacalne stosowanie metod nagrzewania bez zgorzelinowego.
Urządzenia grzewcze tego rodzaju oraz ich eksploatacja są kosztowniejsze od poprzednio
opisanych.

Całkowicie moŜna uniknąć zgorzeliny w piecach lub nagrzewnicach oporowych

o atmosferze  ochronnej,  w  piecach  lub  nagrzewnicach  oporowych  z  kąpielą  ochronną,
w nagrzewnicach  indukcyjnych  pracujących  nawet  bez  udziału  atmosfery  ochronnej.
W piecach  takich  metal  jest  nagrzewany  w  przestrzeni  zamkniętej  wypełnionej  gazem
ochronnym  (obojętnym)  lub  w  kąpieli  obojętnej  roztopionych  soli,  szkła  i  in.  w  ten  sposób
jest on odizolowany od zetknięcia z atmosferą utleniającą.

W nagrzewnicach indukcyjnych nagrzewanie przebiega bardzo szybko, w otoczeniu

cienkiej warstwy powietrza. W związku z tym praktycznie nie występuje zjawisko utlenienia
się powierzchni metalu.

Temperatura nagrzania metalu. Przy obróbce na gorąco temperatura nagrzania wsadu

powinna  zapewnić  przeprowadzenie  procesu  kształtowania  plastycznego  w  określonym
zakresie temperatur. Nagrzanie metalu do zbyt wysokiej temperatury moŜe spowodować jego
przegrzanie,  przepalenie,  nawęglenie  lub  odwęglenie  oraz  wytworzenie  się  duŜej  ilości
zgorzeliny.  Metal  niedogrzany  lub  zachłodzony  ma  zmniejszone  zdolności  plastyczne.
Podczas obróbki plastycznej moŜe on ulec uszkodzeniu np. przez naderwanie, pęknięcie itp.
albo  teŜ  moŜe  przyjąć  niewłaściwe  kształty  i  wymiary.  Ponadto  zwiększone  naciski  przy
odkształcaniu  metalu  niedostatecznie  nagrzanego  mogą  spowodować  awarię  urządzenia
lub zniszczenie narzędzia.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Warunkiem koniecznym do prawidłowego przebiegu procesu obróbki plastycznej

na gorąco  jest  równomierne  nagrzanie  wsadu.  Nierównomierne  nagrzanie  wsadu  powoduje
wady  wyrobów,  jak  np.  wichrowatość,  sierpowatość  (tj.  wygięcie  się  wyrobu  po  łuku),
nieprawidłowe  wymiary  i  kształty  itp.,  a  nawet  moŜe  być  przyczyną  wypadków.  Zakresy
temperatur  nagrzania  róŜnych  metali  do  obróbki  plastycznej  na  gorąco  przedstawiono
w tabeli 1.

Wysokość temperatury nagrzania zaleŜy od składu stopu oraz w pewnych granicach

od rodzaju procesu.

Tabela 1. Zakresy temperatur wyŜarzania i obróbki plastycznej na gorąco róŜnych metali [4, s. 66]

Metal

Temperatura, K (°C około)

WyŜarzanie
odpręŜające

Rekrystalizacja

WyŜarzanie

rekrystalizacyjne

Przeróbka

plastyczna

Miedź

450–500

(180–230)

790–1000

(520–730)

1120–1220

(850–950)

Mosiądze

540 (270)

620–640

(350–370)

770–970

(500–700)

970–1170

(700–900)

Aluminium

520 (250)

520 (150)

640–670

(370–400)

720–770

(350–500)

Duralumin

540–620

(270–350)

670–720

(400–450)

Cynk

290 (20)

430–450

(160–180)

Cyna

280–295

(10–25)

320–370

(50–100)

420–440

(150–170)

Ołów

285–290

(15–20)

320–420

(100–150)

Nikiel

1050–1120

(780–850)

1370–1470

(1100–1200)

Stal miękka

(0,1 % C)

673–723 (400–450)

820 (550)

870–970

(600–700)

1020–1470

(850–1200)

4.2.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

Jak nazywa się czynność wstępna do obróbki plastycznej?

Jakie reguły obowiązują przy nagrzewaniu metali?

Co to jest zgorzelina?

Od czego zaleŜy ilość zgorzeliny

Jaka jest temperatura nagrzewania stali?

4.2.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Opisz proces nagrzewania stali.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

zorganizować stanowisko pracy,

dokonać analizy procesu nagrzewania stali,

zapisać spostrzeŜenia dokonanej analizy,

zaprezentować wykonane ćwiczenie.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

WyposaŜenie stanowiska pracy:

−−−−

wykresy nagrzewania wsadu,

−−−−

tablice temperatur nagrzewania stali

−−−−

literatura zgodna z punktem 6 Poradnika dla ucznia.

Ćwiczenie 2

Opisz proces nagrzewania metali nieŜelaznych stosowanych w obróbce plastycznej.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

zorganizować stanowisko pracy,

dokonać analizy procesu nagrzewania metali nieŜelaznych,

zapisać wyniki dokonanej analizy,

zaprezentować wykonane ćwiczenie.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

−−−−

wykresy nagrzewania wsadu,

−−−−

tablice temperatur nagrzewania, metali nieŜelaznych,

−−−−

literatura zgodna z punktem 6 Poradnika dla ucznia.

Ćwiczenie 3

Oblicz teoretyczną ilość zgaru jaki powstanie przy nagrzewaniu 1500 kg wlewków

stalowych w piecu grzewczym opalanym gazem ziemnym.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

zorganizować stanowisko pracy,

dokonać analizy danych zawartych w poleceniu ćwiczenia,

zapisać wyniki dokonanej analizy,

zaprezentować wykonane ćwiczenie.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

−

dokumentacja technologiczna,

−

literatura zgodna z punktem 6 Poradnika dla ucznia.

4.2.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

opisać proces nagrzewania wsadu?

obliczyć straty metalu spowodowane powstaniem zgorzeliny?

zanalizować tablice temperatur nagrzewania stali?

zanalizować tablice temperatur nagrzewania metali nieŜelaznych?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.3.

Piece grzewcze

4.3.1. Materiał nauczania

Paliwa

Do opalania pieców w wydziałach obróbki plastycznej stosuje się róŜne paliwa,

w zaleŜności od warunków miejscowych huty i przeznaczenia pieca.

Węgiel kamienny jest paliwem stałym dostarczanym przez kopalnie w róŜnych

gatunkach posortowanych według wielkości kawałków, a jego wartość opałowa wynosi
18800–31400 kJ/kg (4500–7500 kcal/kg). Obecnie niemal wcale nie uŜywa się węgla, koksu
lub pyłu węglowego do opalania pieców grzewczych i do obróbki cieplnej wsadu i wyrobów
hutniczych.

Paliwa płynne powstają w procesie destylacji ropy naftowej. Do opalania pieców

przemysłowych szeroko stosowany jest mazut, będący pozostałością po destylacji ropy. Jego
wartość opałowa wynosi około 41860 kJ/kg (10 tys, kcal/kg).

Gaz koksowniczy, uŜywany najczęściej do opalania pieców grzewczych, otrzymuje

się podczas suchej destylacji węgla kamiennego w koksowniach. Jego wartość opałowa
wynosi około 16700 kJ/Nm

(4000 kcal/Nm

Gaz wielkopiecowy, mający zazwyczaj wartość opałową 3770 do 4620kJ/Nm

(900–1100

kcal/Nm

jest

produktem

ubocznym

otrzymywanym

procesie

wielkopiecowym. Czystego gazu wielkopiecowego nie uŜywa się jednak do opalania pieców
grzewczych ze względu na małą wartość opałową.

Gaz mieszankowy złoŜony z mieszaniny gazu koksowniczego i wielkopiecowego

jest bardzo dobrym paliwem, doskonale nadającym się do opalania pieców grzewczych
walcowni i kuźni. Wartość opałowa tego gazu, zaleŜna od procentowej zawartości obu gazów
składowych, najczęściej waha się od 6300–10500 kJ/Nm

(1500 do 2500 kcal/Nm

Gaz czadnicowy stosowany zwykle w tych hutach, które nie mają gazu mieszankowego,

otrzymuje się zwykle przez niezupełne spalanie węgla na CO w tzw. czadnicach. Najczęściej
uŜywa  się  gazu  czadnicowego  tzw.  półwodnego,  otrzymywanego  przez  wdmuchiwanie
do czadnicy  pary  wodnej  rozkładającej  się  wskutek  wysokiej  temperatury  na  tlen  i  wodór,
przy  czym  tlen  tworzy  z  węglem  tlenek  węgla.  Gaz  czadnicowy  półwodny  ma  wartość
opałową 5240–6500 kJ/Nn

(1250÷1550 kcal/Nm

Gaz ziemny jest produktem mineralnym. W Polsce gaz ten jest czerpany na Podkarpaciu

w okręgu naftowym. Ma on bardzo duŜą wartość opałową, wynoszącą około 35200 kJ/Nm

(8400 kcal/Nm

) i nadaje się do opalania pieców przemysłowych.

Elementy pieców grzewczych

Fundament stanowi podstawę, na której ustawia się całą konstrukcję pieca. Obecnie

niemal wyłącznie wykonuje się fundamenty Ŝelbetowe. Ściany pieca buduje się z cegieł
ogniotrwałych, łączonych cienkimi warstwami zaprawy ogniotrwałej. W pewnych odstępach
obmurza pozostawia się szczeliny dylatacyjne, wyrównujące przyrost długości muru wskutek
rozszerzalności cieplnej. Zewnętrzne warstwy ściany wykonuje się z cegły czerwonej lub
opancerza się blachą przymocowaną do słupów z kształtowników.

Wąskie piece i kanały spalinowe szerokości do 3 m przykrywa się sklepieniami

łukowymi, a przy większych szerokościach pieców stosuje się sklepienia wiszące (rys. 4),
w których co druga kształtka ogniotrwała zawieszona jest na stalowej belce poprzecznej.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 4

Sklepienie wiszące pieca grzewczego o szerokim trzonie [4, s. 75]

Trzon jest to część pieca zamykająca jego przestrzeń roboczą od dołu, przy czym

rozróŜnia się trzony stałe, jak np. pokazane na rys. 7 i 9, i ruchome (rys. 10 i 11). Trzony stałe
wymurowane  są  z  cegły  ogniotrwałej,  ułoŜonej  na  warstwie  izolacyjnej  i  na  cegłach
czerwonych.  Trzony  ruchome  mogą  mieć  konstrukcję  rusztów  pokrocznych,  przenośników
łańcuchowych,  wózków  lub  przenośników  bębnowych,  wykonanych  z  Ŝeliwa,  stali
Ŝ

aroodpornej lub materiałów: ceramicznych.

Spośród materiałów ogniotrwałych do budowy pieców grzewczych największe

zastosowanie  ma  szamot.  W  miejscach  naraŜonych  na  działanie  chemiczne  ŜuŜla  stosuje  się
magnezyt: Do wywołania ciągu naturalnego słuŜą kominy. Ciąg ten powstaje wskutek róŜnicy
pomiędzy cięŜarami właściwymi spalin na poziomie pieca i powietrza przy wylocie z komina.
Niezbyt  wysokie  kominy  buduje  się  z  rur  stalowych,  wymurowanych  wewnątrz  materiałem
ogniotrwałym.  WyŜsze  kominy  muruje  się  z  cegły  budowlanej  na  zewnątrz,  a od wewnątrz
wykłada się je cegłą ogniotrwałą.

Poza omówionymi głównymi elementami pieców do ich działania niezbędne są liczne

drobne części zwane osprzętem. NaleŜą do tego drzwi wsadowe i wyciągowe, okna,
wzierniki, zasuwy itp.

Rys. 5.

Schemat palnika wirowego 1

−

kółko do regulacji przepływu gazu, 2

−

grzybek,

−

prowadnice [4, s. 76]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 6.

Schemat palnika stropowego (inaczej płaskopłomiennego) [4, s. 76]

Palniki słuŜą do wprowadzania gazu i powietrza do przestrzeni spalania, a otrzymany

płomień  powinien  mieć  odpowiednią  długość  i  kierunek  przy  ustalonych  ilościach  gazu
i powietrza.  Na  rys.  5  pokazano  palnik  wirowy.  W  palniku  tym  powietrze  i  gaz  zostają
wprowadzone  w  ruch  wirowy  i  dzięki  temu  łatwo  się  mieszają,  co  ułatwia  spalanie.  Palniki
takie  były  uŜywane  przez  długi  okres  czasu.  Obecnie  wypierają  je  tzw.  palniki  stropowe
(rys. 6),  które  dają  płomień  w  płaszczyźnie  prostopadłej  do  swojej  osi.  Palniki  tego  rodzaju
rozmieszczone  w  sklepieniu  pieca  powodują  silne  promieniowanie  całej  jego  powierzchni.
W ten  sposób  powstają  warunki  intensywnego  i  równomiernego  nagrzewania  wsadu
ułoŜonego poniŜej.

Ciepło, wywiązujące się ze spalania paliwa, tylko częściowo jest zuŜywane na nagrzanie

wsadu. Reszta ciepła, stanowiąca straty, jest zuŜywana do nagrzania powietrza i gazu,
uchodzi szczelinami pieca oraz ulega rozproszeniu wskutek przewodnictwa ścian i sklepienia.
Znaczne ilości ciepła unoszą takŜe z sobą gorące spaliny do komina i na zewnątrz.
Do odzyskiwania ciepła zawartego w spalinach słuŜą tzw. rekuperatory i regeneratory.

Rekuperatory są to urządzenia, w których powietrze (rzadziej równieŜ i gaz) tłoczone

do pieca ogrzewa się od ścianek specjalnych przewodów, którymi płyną do komina gorące
spaliny. W ten sposób powietrze lub gaz ogrzewa się odbierając spalinom część ciepła.

Regeneratory są to urządzenia ceramiczne, w których poprzez szereg kanalików

przepuszcza się okresowo na przemian gorące spaliny, nagrzewające ścianki regeneratora
i następnie powietrze, które przed wejściem do pieca nagrzewa się od nagrzanych ścianek.
W piecach grzewczych walcowniczych regeneratory są obecnie niemal wcale nie stosowane.

Piece grzewcze i do obróbki cieplnej

W zaleŜności od przeznaczenia dzielimy piece na grzewcze, tzn. uŜywane

do nagrzewania wsadu przed obróbką plastyczną na gorąco, i piece do obróbki cieplnej.
Konstrukcja pieca jest dostosowana do warunków nagrzewania lub obróbki cieplnej, kształtu
i wymiarów wsadu oraz wydajności. Odpowiednio do róŜnorodności potrzeb związanych
z technologią wydziałów plastycznej obróbki powstały liczne typy konstrukcji pieców.

Ponad 90°/o stali i metali wytwarzanych w przemyśle hutniczym jest obrabianych

metodą  walcowania.  Dlatego  największą  liczba  pieców  grzewczych  znajduje  się  w  tych
wydziałach.  Z  tego  względu  rozwój  walcowni  i  ich  wymagania  technologiczne
są zasadniczymi  czynnikami,  do  których  są  dostosowane  ulepszenia  konstrukcji  pieców.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Zdolność produkcyjna współczesnych walcowni jest bardzo duŜa i wykazuje dalszą tendencję
zwyŜkową.

Ze względu na potrzeby technologiczne rozmieszczenie urządzeń na ogół dopuszcza

moŜliwość  włączenia  w  ciąg  produkcyjny  tylko  niewielu  pieców  grzewczych.  Często  jest
to jeden  piec  grzewczy.  W  związku  z  tym  wydajność  tych  pieców  musi  być  bardzo  duŜa.
Powiększenie  wydajności  pieca  przez  zwiększenie  powierzchni  jego  trzonu  jest  ograniczone
względami konstrukcyjnymi i ruchowymi. Dlatego wzrost wydajności pieców nadąŜający za
rosnącą  zdolnością  produkcyjną  walcarek  moŜe  być  osiągnięty  jedynie  przez
zintensyfikowanie metod nagrzewania.

Drugim czynnikiem, który zasadniczo wpływa na rozwój konstrukcji pieców

grzewczych, jest problem odwęglania stali w procesie nagrzewania. Stwierdzono,
Ŝ

e głębokość odwęglania jest tym większa, im dłuŜej wsad przebywa w piecu. Zatem

dla ograniczenia tego niekorzystnego zjawiska naleŜy dąŜyć do skrócenia okresów
nagrzewania. MoŜna to osiągnąć jedynie przez intensyfikację nagrzewania.

Palniki takie umieszczone w sklepieniu pieca, prostopadle do powierzchni wsadu,

powodują intensywne promieniowanie powierzchni tego sklepienia. Nowa konstrukcja
palników pociągnęła za sobą zmiany w konstrukcji profilu wewnętrznego zwłaszcza
tzw. pieców wielostrefowych.

Piece wgłębne są uŜywane do nagrzewania stalowych wlewków o masie od 2 Mg

do największych. Buduje się je w zgniataczach w walcowniach blach grubych. Piec taki (rys.
7)  przedstawia  sobą  komorę  częściowo  lub  (rzadziej)  całkowicie  zagłębioną  poniŜej  podłogi
walcowni. W tych komorach umieszcza się w pozycji pionowej kilka do kilkunastu wlewków.
Załadunek  i  rozładunek  pieców  jest  dokonywany  specjalnymi  suwnicami  kleszczowymi.
Najczęściej  do  pieców  ładuje  się  wlewki  gorące  niemal  bezpośrednio  po  ich  wyjęciu
z wlewnic.  Celem  nagrzewania  jest  wyrównanie  temperatury  w  całej  masie  wlewka
oraz doprowadzenie jej do określonego poziomu.

Pogląd na sposób umieszczenia palników w piecach wgłębnych uległ zmianom w ciągu

ostatnich kilkunastu lat. Piec pokazany na rys. 7 ma palniki umieszczone w ścianach powyŜej
wsadu, a otwory odprowadzające spaliny znajdują się tuŜ nad trzonem. Budowano teŜ piece
o jednym palniku umieszczonym w środku trzonu pieca. Powietrze dostarczane do pieców
jest uprzednio podgrzewane w rekuperatorach metalowych.

Piece wielostrefowe róŜnych typów są od dawna uŜywane do nagrzewania kęsisk

i kęsów.  W  piecach  tego  rodzaju  wsad  przemieszcza  się  wzdłuŜ  pieca,  przechodząc  przez
róŜne  strefy  nagrzewania.  W  kaŜdej  ze  stref  warunki  nagrzewania  są  dostosowane
do własności  wsadu  w  określonym  przedziale  temperatur.  W  zaleŜności  od  sposobu
przemieszczania wsadu rozróŜnia się piece przepychowe, pokroczne, obrotowe i tunelowe.

DąŜenie do zintensyfikowania nagrzewania wsadu i wynalezienie palników stropowych,

jak to juŜ wspomniano, spowodowało ewolucję profilów tych pieców (rys. 8). Piece pokazane
na  schematach  a  i  b  (rys.  8)  były  wyposaŜone  w  tradycyjne  palniki  wirowe.  W  piecu
(na  schemacie  rys.  8c)  po  raz  pierwszy  zastosowano  palniki  stropowe,  umieszczając  je
w sklepieniu  strefy  wyrównawczej.  Otrzymane  wyniki  okazały  się  bardzo  dobre.  Dalszym
więc  krokiem  była  budowa  pieców  o  płaskim  sklepieniu  z  wbudowanymi  palnikami
stropowymi  (schematy  rys.  9d  i  e).  Warunki  termiczne  właściwe  określonym  strefom
uzyskuje  się  przez  dobór  liczby  palników  i  przez  ich  regulację.  Rozwiązania  takie  powstały
w ostatnich  latach  i  wykazują  20  do  40%  wzrostu  wydajności  z  1  m

powierzchni trzonu.

MoŜna się spodziewać, Ŝe wydajności te jeszcze wzrosną.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 7.

Piec wgłębny [4, s. 79]

Rys. 8.

Schemat ewolucji pieców wielostrefowych: a

−

piece trójstrefowe, b

−

piece

o większej liczbie stref (cztero

−

i pięciostrefowe), c

−

piec wielostrefowy

z palnikami stropowymi w strefie wyrównawczej, d

−

piec wyłącznie

z palnikami stropowymi, e

−

piec z górnym grzaniem palnikami stropowymi

i z dolnymi palnikami wirowymi [4, s. 80]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Najbardziej rozpowszechnione są piece przepychowe i pokroczne. Są one uŜywane

do nagrzewania wsadu w walcowniach bruzdowych i w walcowniach blach.

Piec przepychowy pokazano na rys. 9. Wsad jest tu przesuwany całą warstwą po szynach

lizgowych chłodzonych wodą. Do przesuwania wsadu słuŜą popychacze zębatkowe,

rubowe lub korbowo-dźwigniowe napędzane silnikami elektrycznymi lub teŜ popychacze

hydrauliczne. Nagrzane kęsiska zsuwają się po pochylni wprost na samotok transportujący
je do walcarek. Kęsy małych wymiarów są zwykle wypychane z pieca przez boczne okno
i podawane wprost do pierwszej klatki walców ustawionej w jego bezpośrednim sąsiedztwie.
Nazywa się je piecami przepychowo-wypychowymi.

Rys. 9.

Piec przepychowy trójstrefowy (Biprohut): 1

−

palniki górne czołowe strefy

grzewczej, 2

−

palniki górne boczne strefy grzewczej, 3

−

palniki dolne czołowe

strefy grzewczej, 4

−

palniki strefy wyrównawczej, 5

−

otwór załadowczy,

−

otwór wyładowczy, 7

−

samotok, 8

−

wsad, 9

−

trzon strefy wyrównawczej,

−

szyny ślizgowe chłodzone wodą, 11

−

mury podporowo

−

izolacyjne,

−

ściana czołowa strefy wyrównawczej, 13

−

pochylnia ześlizgowa, 14

−

podest

do obsługi palników [4, s. 81]

Do wad pieców przepychowych zalicza się:

niebezpieczeństwo spiętrzenia wsadu. Jest ono tym większe, im dłuŜsza jest warstwa
wsadu. Łączy się z tym ograniczenie długości pieca. Stosunek długości pieca do grubości
warstwy wsadu nie powinien być większy od 150 do 200,

trudność całkowitego opróŜnienia pieca,

„zlepianie” się kęsisk lub kęsów między sobą lub „przylepianie” się do szyn ślizgowych,

nierównomierność nagrzania wsadu w okolicy miejsc styku z szynami. W miejscach tych
na wsadzie są widoczne ciemniejsze plamy,

niemoŜność transportu wsadu o przekroju nie prostokątnym.
Zaletą tych pieców są stosunkowo niskie koszty budowy, łatwość grzania wsadu od dołu,

(co zapewnia im wysoką wydajność), prosta budowa, a zwłaszcza brak części ruchomych
wewnątrz pieca co podwyŜsza stopień pewności ruchu.

Beton

Wymurówka
ognioodporna

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Wydajność pieców przepychowych w latach pięćdziesiątych wynosiła 300 do 400 kg/m

powierzchni trzonu, a obecnie

−

w zaleŜności od rozwiązania konstrukcyjnego i gatunku

wsadu

−

dochodzi do 650 kg/m

Rys. 10. Piec pokroczny: 1

−

palniki czołowe strefy grzewczej I, 2

−

palniki czołowe strefy

grzewczej II, 3

−

drzwi załadowcze, 4

−

drzwi wyładowcze, 5

−

ruszt pokroczny,

−

wózki rusztu pokrocznego, 7

−

tory jezdne, 8

−

urządzenia do podnoszenia

i opuszczania torów, 9

−

rekuperator, 10

−

samotok [4, s. 82]

Piece pokroczne normalnych typów, o ruszcie stałym i pokrocznym, są uŜywane

do obróbki cieplnej rur. MoŜna w nich uzyskać obrót rur dookoła ich osi wzdłuŜnej.

W piecach pokrocznych (rys. 10) trzon składa się z belek stałych i z belek rusztu

pokrocznego.  Wykonują  one  periodyczne  ruchy,  w  czasie  których  podnoszą  się  ponad  ruszt
stały,  unosząc  na  sobie  wsad,  przemieszczają  się  o  określony  skok,  opuszczają  się  poniŜej
belek  rusztu  stałego,  na  którym  pozostawiają  wsad  przeniesiony  o  drogę  równą  skokowi,
dołem przemieszczają się do pozycji początkowej nowego cyklu.

W piecach tych wyeliminowano wady pieców przepychowych, a mianowicie:

jest moŜliwe opróŜnienie pieca oraz cofanie wsadu do tyłu,

zmiana wymiarów wsadu nie przedstawia trudności,

nie ma warunków powodujących „zlepianie” się kęsisk,

dzieląc ruszt ruchomy na segmenty moŜna stosować róŜne prędkości przemieszczania się
wsadu w określonych strefach pieca,

długość pieca nie jest ograniczona zaleŜnością do wymiarów wsadu,

moŜna transportować wsad okrągły, przy czym odpowiedni dobór rusztów zapewnia
mu obrót podczas przechodzenia przez piec,

wobec braku szyn chłodzonych wodą, nagrzanie wsadu jest równomierniejsze aniŜeli
w piecach przepychowych.
Do wad tych pieców zalicza się większe koszty inwestycyjne, skomplikowaną budowę

i trudności rozwiązania nagrzewania wsadu od dołu. Maksymalne wydajności pieców tego
rodzaju z nagrzewaniem górnym i dolnym osiągają poziom 800 kg/m

powierzchni trzonu.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Wsadem do produkcji rur bez szwu oraz dla kuźni i prasowni są na ogół krótkie kęsiska,

kęsy lub (rzadko) wlewki, mające przekrój wieloboczny lub kołowy. Dlatego przy duŜych
wydajnościach jedynie piece o ruchomym trzonie zapewniają sprawny przebieg nagrzewania.

Do nagrzewania kęsisk lub kęsów o nieduŜych wymiarach stosuje się piece obrotowe

(rys. 11). Podobnie jak i poprzednio opisane są to piece wielostrefowe, mają jednak kształt
pierścienia, w którym przemieszcza się trzon osadzony na elementach tocznych.

Piece tunelowe, są jak gdyby, rozwinięciem pieca obrotowego w prosty tunel. Trzon

pieca stanowią wózki ustawione jeden za drugim i popychane popychaczem. Po stronie
wylotowej wózki wraz z wsadem wyjeŜdŜają z pieca i po rozładowaniu są transportowane na
stronę załadowczą. Taki system pogarsza bilans cieplny pieca. Obecnie piece te są rzadko
stosowane. MoŜna je spotkać w walcowniach rur bez szwu duŜych rozmiarów.

Rys. 11.

Piec obrotowy: 1

−

przenośnik łańcuchowy podający kęsy do okna załadowczego,

−

wypycharka kęsów, 3

−

wyciągarka kęsów z pieca, 4

−

pancerz pieca, 5

−

trzon

obrotowy [4, s. 84]

Rys. 12.

Piec samotokowy tunelowy o rolkach dwustoŜkowych 1

−

komora grzewcza, 2

−

osłona,

−

rolka [4, s. 85]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

W zaleŜności od rodzaju wyrobów, do ich obróbki cieplnej uŜywa się róŜnych rodzajów

pieców, jak np. samotokowych, pokrocznych, komorowych o stałym i o wysuwanym trzonie,
kołpakowych, szybowych i do ciągłego wyŜarzania blach we wstęgach i taśm.

Piece samotokowe są uŜywane do obróbki cieplnej blach, rur i prętów. Trzonem tych

pieców jest samotok złoŜony z rolek, których łoŜyska i napędy znajdują się na zewnątrz pieca.
Dzięki

obrotowi

rolek

wsad

uzyskuje

ruch

postępowy.

Najkosztowniejszymi

i najtrudniejszymi do wykonania elementami tych pieców są rolki. Odlewa się je z Ŝeliwa
o duŜej zawartości chromu i niklu.

Piece samotokowe do obróbki cieplnej rur i prętów moŜna podzielić na piece o rolkach

cylindrycznych  i  o  dwustoŜkowych  (wklęsłych).  W  piecach  o  rolkach  cylindrycznych
(rys. 13)  obróbce  poddaje  się  warstwę  rur  lub  prętów  leŜących  jeden  obok  drugiego.  Piece
tego  rodzaju  słuŜą  do  obróbki  cieplnej  w  atmosferze  gazów  ochronnych,  czyli
do tzw. wyŜarzania  na  jasno.  Są  to  piece  skomplikowane,  zwykle  zautomatyzowane
i wymagające obsługi o wysokich kwalifikacjach.

Rys. 13. Piec samotokowy o rolkach cylindrycznych [4, s. 86]

W piecach samotokowych o rolkach dwustoŜkowych (rys. 12) rury są transportowane

pojedynczo. Aby uzyskać dostateczną wydajność, piece takie muszą być bardzo długie.
Utrudnia to rozplanowanie wydziału. Piece samotokowe uŜywane do obróbki cieplnej blach
mają rolki cylindryczne. Długość rolek jest większa od szerokości blachy.

W związku z tym im szersze są blachy, tym trudniejsze jest rozwiązanie problemu

wytrzymałości rolek pracujących w wysokiej temperaturze. Trudności te potęgują
się w przypadku blach ze stali wysokojakościowych, wymagających wyŜszych temperatur
obróbki cieplnej.

Do wad tych pieców trzeba teŜ zaliczyć tworzenie się punktowych narostów

na powierzchni rolek. Narosty te kaleczą powierzchnię blachy.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Wad takich nie mają piece pokroczne do obróbki cieplnej blach systemu

Brockmann

−

Bundt. W piecach tych nie ma belek stałych, lecz są dwa komplety belek

ruchomych.  Podczas  gdy  jeden  komplet  belek  przenosi  blachy,  drugi  opada  w  dół,  cofa  się
ze zwiększoną  szybkością  i  następnie  unosi  się  ku  górze,  przejmując  blachy  przy  prędkości
zrównanej  z  rusztem  pierwszym.  Z  kolei  belki  rusztu  pierwszego  wykonują  ruch  powrotny.
Dzięki  temu  blacha  ma  stałą  prędkość.  Płynny  ruch  blach  umoŜliwia  połączenie  pieca
z samotokami doprowadzającymi i odprowadzającymi. Wadą tych pieców jest bardzo wysoki
koszt  inwestycyjny,  skomplikowana  budowa  i  duŜe  napędy  konieczne  do  pokonywania
bezwładności bardzo duŜych mas rusztów, mających zmienne prędkości.

Rys. 14.

Piec z wysuwanym trzonem do wyŜarzania blach: 1

−

trzon wysuwny, 2

−

mechanizm

wysuwania trzonu, 3

−

palniki gazowe, 4

−

drzwi, 5

−

mechanizm podnoszenia drzwi,

−

rekuperator, 7

−

przewody powietrzne, 8

−

przewody gazowe [4, s. 87]

Piece z wysuwanym trzonem (rys. 14) bywają uŜywane do wyŜarzania półwyrobów

i wyrobów hutniczych (z walcowni oraz kuźni i prasowni). Piec taki ma palniki wbudowane
w ścianach, a trzon jego osadzony na kołach moŜe wyjeŜdŜać na zewnątrz. Szczeliny między
trzonem a ścianami są zamknięte uszczelnieniami piaskowymi. Na wysunięty trzon ładuje
się metal suwnicami, po czym trzon wprowadza się do pieca.

Po zakończeniu wyŜarzania wysuwa się trzon w celu wyładowania materiału.
Do wyŜarzania blach i taśm, a zwłaszcza blach ze stali jakościowych, blach walcowanych

na zimno itp. uŜywa się pieców kołpakowych (rys. 15). W piecach tych wsad ułoŜony
na podstawie pieca przykrywa się pokrywą wewnętrzną i następnie skrzynią kołpaka.
Pokrywę wewnętrzną oraz kołpak uszczelnia się piaskiem.

W przypadku stosowania gazów ochronnych do uszczelniania jest uŜywana woda

lub olej. Piece te są ogrzewane za pomocą rur promieniujących, w których następuje spalanie,
lub przez bezpośrednie spalanie gazu w przestrzeni pomiędzy pokrywą wewnętrzną
a kołpakiem.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 15. Piec kołpakowy do wyŜarzania blach [4, s. 88]

Nagrzewnice (piece) elektryczne

W urządzeniach tych zmiana energii elektrycznej na cieplną zachodzi na drodze

oporowej. Istnieją tutaj dwa podstawowe, róŜne, warianty:
1)

prąd elektryczny przepływa przez elementy grzejne, powodując wzrost ich temperatury
i oddawanie ciepła (podobnie jak np. w piecykach lub kuchenkach elektrycznych),

prąd przepływa bezpośrednio przez metal nagrzewany.
Przepływ prądu przez nagrzewany metal moŜe być spowodowany przez:

bezpośrednie spięcie przedmiotu z końcówkami sieci (sposób ten jest bardzo rzadko
spotykany, gdyŜ ma wiele wad),

indukowanie w nagrzewanym przedmiocie metalowym wewnętrznych prądów wirowych.
Piece (nagrzewnice) oporowe. Na zasadzie ogrzewania przestrzeni pieca stałymi

elementami grzejnymi buduje się elektryczne piece kołpakowe oraz szybowe (rys. 16).
W piecach takich w obmurzu pieca umieszcza się elementy grzejne.

Rys. 16. Schemat pieca szybowego wyposaŜonego w grzejniki oporowe [4, s. 89]

Elektryczne piece szybowe są stosowane do wyŜarzania wyrobów w kręgach

(np. bednarka,  walcówka,  drut)  i  w  rulonach  (blachy  we  wstęgach  i  taśmy).  Najczęściej
buduje  się  je  w  ziemi,  poniŜej  poziomu  podłogi.  Ogniotrwałe  obmurze  tworzy  komorę
grzewczą pieca.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Elektryczne elementy grzejne są tutaj nieruchome. W komorze pieca zawiesza

się skrzynię (muflę), w której znajduje się wsad. Całość nakrywa się szczelnie pokrywą. Piece
te są rozpowszechnione zwłaszcza w walcowniach taśm na zimno i w ciągarniach drutu.

W bardzo wydajnych walcowniach blach, we wstęgach i taśm są uŜywane nagrzewnice

do  wyŜarzania  ciągłego,  ogrzewane  obrotowymi  elementami  grzejnymi.  Taśma  rozwijana
z rulonu  umieszczonego  przed  nagrzewnicą  przechodzi  przez  komory  grzewcze  oraz  przez
strefę  regulowanego  stygnięcia.  Z  drugiej  strony  nagrzewnicy  jest  ona  zwijana  na  zwijarce.
Proces  taki  zachodzi  bez  przerwy,  gdyŜ  przed  piecem  koniec  jednej  taśmy  spawa
się z początkiem  następnej.  Po  wyŜarzaniu  taśmy  są  rozcinane.  Piece  te  są  bardzo  drogie.
Jednak  w  związku  z  bardzo  duŜym  zapotrzebowaniem  na  blachy  normalizowane
są one niezbędne w wysokowydajnych zakładach.

Blachy wyŜarzone w piecach o ruchu ciągłym nie nadają się do głębokiego tłoczenia.

W tym celu jest konieczne ich wyŜarzanie w skrzyniach pieców kołpakowych.

Nagrzewnice indukcyjne. W opisanych nagrzewnicach oporowych metal jest nagrzewany

ciepłem  wytworzonym  wskutek  przepływu  prądu  przez  elementy  grzejne.  W nagrzewnicach
indukcyjnych prądy elektryczne są wytwarzane w masie metalu. Dzięki temu zmiana energii
elektrycznej na energię cieplną zachodzi bezpośrednio w metalu nagrzewanym. Wytwarzanie
prądów w metalu nagrzewanym opiera się tutaj o zasadę szeroko wykorzystywaną w innych
dziedzinach elektrotechniki, np. w budowie prądnic i silników elektrycznych oraz w budowie
transformatorów.  Według  tej  zasady,  jeŜeli  w  polu  elektromagnetycznym  porusza  się
przewodnik  lub  przewodnik  znajduje  się  w  zmiennym  polu  elektromagnetycznym,  to  w
przewodniku tym płynie prąd elektryczny.

Rys. 17.

Schemat

nagrzewnicy

indukcyjnej(z

lewej).Schematy

cewek

dostosowanych

do nagrzewania kęsów prostopadłościennych (z prawej) [4, s. 90]

Na rys. 17 przedstawiono schemat nagrzewnicy indukcyjnej. Wewnątrz uzwojeń cewki,

przez które przepływa prąd zmienny, znajduje się kęs lub wlewek. Prąd zmienny powoduje
powstanie zmiennego pola elektromagnetycznego, którego działanie na metal jest przyczyną
tworzenia się w masie metalu zmiennych prądów wirowych. Dzięki temu, pod działaniem
wewnętrznych prądów, metal bezpośrednio nagrzewa się oporowo.

Na rys. 17 pokazano schemat cewek dostosowanych do nagrzewania kęsów o przekroju

kwadratowym lub prostokątnym.

Nagrzewnica indukcyjna. W nagrzewnicach takich stosuje się prądy o róŜnych

częstotliwościach (od 50 Hz nawet do 1000000 Hz), zaleŜnie od wymiarów nagrzewanego
wsadu.

Do nagrzewania kęsów i kęsisk stosuje się nagrzewnice małej częstotliwości

(tj. o częstotliwości 50 Hz), a do nagrzewania małych odkuwek o średnicy 10÷20 mm spotyka
się nagrzewnice o wysokiej częstotliwości (100000–1000 000 Hz).

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

W ostatnich latach stosowanie tych nagrzewnic bardzo się rozpowszechniło, zwłaszcza

do nagrzewania cenniejszych metali. Zdecydowały o tym następujące zalety:
1)

łatwość dokładnego określenia temperatury nagrzania oraz utrzymanie jej na stałym
poziomie dla wszystkich nagrzewanych kęsów i kęsisk. Jest to bardzo waŜne
dla uzyskania odpowiedniej struktury metalu po obróbce,

zmiana temperatury nagrzewania (np. w przypadku zmiany gatunku metalu) moŜe być
dokonana natychmiastowo,

do obsługi nagrzewnic jest potrzebna znikoma ilość personelu,

nagrzewnice te zajmują bardzo mało miejsca,

duŜa szybkość nagrzewania (czas nagrzewania kęsów i kęsisk wynosi kilka do kilkunastu
minut,  podczas  gdy  w  zwykłych  piecach  grzewczych  wynosi  on  kilka  godzin).  Dzięki
temu  po  przerwie  w  produkcji  nagrzewanie  w  nagrzewnicach  indukcyjnych  moŜna
rozpoczynać niemal jednocześnie z ponownym uruchomieniem urządzeń produkcyjnych.
Przed  przerwą  produkcyjną  nagrzewnice  te  mogą  być  wyłączone  jednocześnie
z zakończeniem pracy urządzenia, podczas gdy zwykłych pieców grzewczych najczęściej
w  ogóle  nie  opłaca  się  wygaszać  na  krótkie  przerwy,  a  po  długich  postojach  trzeba
rozpoczynać  nagrzewanie  na  kilka  do  kilkunastu  godzin  przed  terminem  rozpoczęcia
pracy,

regulacja temperatury moŜe być dostosowana nawet do gatunku pojedynczych kęsów,
moŜe być równieŜ regulowany rozkład temperatur wzdłuŜ kęsa,

nagrzewanie to jest w pełni bezzgorzelinowe. Nagrzewnice te w razie potrzeby mogą
pracować z zastosowaniem atmosfery ochronnej. JednakŜe, w związku z bardzo krótkim
czasem nagrzewania i nieznaczną ilością powietrza w małej przestrzeni między metalem
i cewką, utlenienie nie ma Ŝadnego znaczenia,

straty metalu związane z nagrzewaniem indukcyjnym są praktycznie równe zeru,

zastosowanie tych nagrzewnic polepsza warunki pracy wydziału.

4.3.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

Jakie wymagania są stawiane paliwom do opalania pieców na wydziałach obróbki
plastycznej?

Jakie elementy występują w piecach grzewczych?

Jakie są tryby pracy nagrzewnic?

Jakie są podstawowe rodzaje pieców grzewczych?

4.3.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Odczytaj parametry pracy pieca: ciśnienia, temperatury, przepływu.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

zorganizować stanowisko pracy,

dokonać analizy wskazań przyrządów kontrolno-pomiarowych,

zapisać wyniki pomiarów,

zaprezentować wyniki odczytu.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

WyposaŜenie stanowiska pracy:

−−−−

dokumentacja technologiczna,

−−−−

instrukcje stanowiskowe,

−−−−

literatura zgodna z punktem 6 Poradnika dla ucznia.

Ćwiczenie 2

Wykonaj pomiar temperatury komory pieca za pomocą pirometru optycznego.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

zorganizować stanowisko pracy,

dokonać analizy wskazań przyrządu pomiarowego,

zapisać wyniki pomiarów,

zaprezentować wyniki ćwiczenia.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

−−−−

dokumentacja technologiczna,

−−−−

instrukcje stanowiskowe.

4.3.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

rozróŜnić rodzaje atmosfer pieca i określić ich wpływ na jakość
nagrzewania?

odczytać parametry pracy pieca?

scharakteryzować urządzenia do nagrzewania wsadu?

posługiwać się urządzeniami kontrolno – pomiarowymi?

posłuŜyć się dokumentacją technologiczną, Polskimi Normami oraz
branŜowymi i zakładowymi normami?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

5. SPRAWDZIAN OSIĄGNIĘĆ

INSTRUKCJA DLA UCZNIA

Przeczytaj uwaŜnie instrukcję.

Podpisz imieniem i nazwiskiem kartę odpowiedzi.

Zapoznaj się z zestawem zadań testowych.

Test zawiera 20 zadań o róŜnym stopniu trudności. Wszystkie zadania są zadaniami
wielokrotnego wyboru i tylko jedna odpowiedź jest prawidłowa.

Udzielaj odpowiedzi tylko na załączonej karcie odpowiedzi – zaznacz prawidłową
odpowiedź znakiem X (w przypadku pomyłki naleŜy błędną odpowiedź zaznaczyć
kółkiem, a następnie ponownie zakreślić odpowiedź prawidłową).

Test składa się z dwóch części o róŜnym stopniu trudności: I część – poziom
podstawowy, II część – poziom ponadpodstawowy

Pracuj samodzielnie, bo tylko wtedy będziesz miał satysfakcję z wykonanego zadania.

Kiedy  udzielenie  odpowiedzi  będzie  Ci  sprawiało  trudność,  wtedy  odłóŜ  jego
rozwiązanie  na  później  i  wróć  do  niego,  gdy  zostanie  Ci  czas  wolny.  Trudności  mogą
przysporzyć  Ci  zadania:  16–20,  gdyŜ  są  one  na  poziomie  trudniejszym  niŜ  pozostałe.
Przeznacz na ich rozwiązanie więcej czasu.

Czas trwania testu

−

45 minut.

10.

Maksymalna liczba punktów, jaką moŜna osiągnąć za poprawne rozwiązanie testu
wynosi 20 pkt.

Powodzenia!

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

ZESTAW ZADAŃ TESTOWYCH

1. Wsadem w obróbce plastycznej nazywamy

bryłę metalu która ma być poddana obróbce plastycznej.

bryłę metalu której własności zostały zmienione poprzez obróbkę plastyczną.

rude Ŝelaza zmieszaną z koksem i dodatkami stopowymi.

dodatki stopowe.

2. Na rysunku przedstawiono strukturę wlewka, odnośnik z numerem 1 wskazuje kryształy

słupkowe.

równoosiowe.

zamroŜone.

róŜnoosiowe.

3. Do najgroźniejszych wad wlewków zaliczamy

wtrącenia niemetaliczne.

kawałki szamotu wewnątrz wlewka.

zanieczyszczania wypływające na powierzchnie.

pęknięcia.

4. Przed powstaniem zgorzeliny nie zapewnia ochrony piec

indukcyjny.

nagrzewający wsad gorącymi spalinami.

oporowy.

oporowy z atmosferą ochroną.

5. Warunkiem koniecznym do prawidłowego przebiegu procesu obróbki plastycznej jest

równomierne nagrzanie wsadu.

nierównomierne nagrzanie wsadu.

nagrzewanie gwałtowne.

niedogrzanie wsadu.

6. Gaz mieszankowy złoŜony jest z

gazu koksowniczego i wielkopiecowego.

propanu i butanu.

tlenu i gazu wielkopiecowego.

tlenu i gazu koksowniczego.

7. Na rysunku przedstawiono

sklepienie

wiszące

pieca

grzewczego

o szerokim trzonie.

sklepienie wiszące pieca szybowego.

sklepienie

wiszące

pieca

grzewczego

o wąskim trzonie.

sklepienie stałe pieca grzewczego o wąskim
trzonie.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

8. Trzon jest częścią pieca

zamykającą jego część roboczą z góry.

zamykającą jego część roboczą z dołu.

zamykającą jego część roboczą z boku.

przedzielająca komorę główną na sekcje robocze.

9. Do odzyskiwania ciepła zawartego w spalinach słuŜą

regeneratory.

rekuperatory.

rekuperatory i regeneratory.

elektrody przechwytujące.

10. Rysunek przedstawia piec

obrotowy.

samotokowy.

szybowy.

kołpakowy.

11. Na rysunku przedstawiono wlewek

z jamą usadową.

z nadstawką odlany z stali uspokojonej.

ze stali nieuspokojonej.

ze zbyt długą jamą usadową.

12. Tlenki metali pokrywające powierzchnie nagrzanego metalu nazywamy

zgorzeliną.

rdzą.

wŜerem.

porowatością.

13. Wsad do pieca w celu nagrzania moŜna załadować w stanie

tylko ciepłym.

tylko zimnym.

ciepłym i zimnym.

tylko letnim.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

14. Atmosferę utleniającą wewnątrz pieca moŜna rozpoznać po

jaskrawo świecących płomieniach,

płomieniach kopcących,

braku płomienia,

płomieniach kopcących i jaskrawo świecących.

15. Temperatura nagrzewania stali miękkiej do przeróbki plastycznej wynosi

350–500°C,

850–1200°C,

160–180°C,

700–900°C.

16. Materiałem ogniotrwałym najczęściej uŜywanym do pieców grzewczych jest

cegła szamotowa.

magnezyt.

stal Ŝaroodporna.

eliwo.

17. Na rysunku przedstawiono schemat

palnika wirowego,

palnika stropowego,

regeneratora,

rekuperatora.

18. Straty metalu związane z nagrzewaniem indukcyjnym są

rednie w porównaniu z innymi metodami nagrzewania.

bez porównania większe od innych metod nagrzewania.

praktycznie równe zeru.

porównywalne z innymi metodami nagrzewania.

19. Na rysunku przedstawiono schemat pieca wyposaŜonego w grzejniki

oporowe.

indukcyjne.

spalinowe.

tarciowe.

20. Na rysunku przedstawiono schemat nagrzewnicy

oporowej przystosowanej do nagrzewania kęsów
prostopadłościennych.

indukcyjnej przystosowanej do nagrzewania
kęsów prostopadłościennych.

oporowej przystosowanej do nagrzewania kęsów
walcowych.

spalinowej przystosowanej do nagrzewania
kęsów prostopadłościennych.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

KARTA ODPOWIEDZI

Imię i nazwisko …………………………………………………….

Przygotowanie i nagrzewanie wsadu do obróbki plastycznej

Zakreśl poprawną odpowiedź

zadania

Odpowiedź

Punkty

Razem:

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

6. LITERATURA

Brodziński A.: Maszyny i urządzenia do obróbki plastycznej. Laboratorium
Wydawnictwo Politechniki Lubelskiej, Lublin 1993

Dobrucki W.: Zarys obróbki plastycznej metali. Wydawnictwo Śląsk, 1974

Gabryszewski Z., Gronostajski J.: Mechanika procesów obróbki plastycznej.
Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 1991

Gadziński S.: Obróbka plastyczna metali. Wyd. PŁ, Bielsko

−

Biała 1996

Kajzer S., Kozik R., Wusatowski R.: Wybrane zagadnienia z procesów obróbki
plastycznej metali. Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice 1997

Karpiński T.: InŜynieria produkcji. Wydawnictwa Naukowo

−

Techniczne, Warszawa

2004

Kubiński W.: Praktyka technologiczna. Wydawnictwo AGH, Kraków 1991

Weroński W.: Obróbka plastyczna. Technologia. Wydawnictwo Politechniki Lubelskiej,
Lublin 1993