Теплотехнический и Конструктивный Расчет Камерной Печи для Термообработки Титановых Сплавов и Нержавеющих Сталей

Представьте: сложная деталь, отлитая или выкованная из редкого титанового сплава или высокопрочной нержавеющей стали, лежит перед вами. Её судьба, её способность выдерживать экстремальные нагрузки, её долговечность – всё это зависит от одного критического этапа: термической обработки. Здесь, в недрах промышленной печи, металл претерпевает свои самые важные изменения. Именно камерные печи становятся ареной для таких трансформаций, обеспечивая точный контроль над температурой, атмосферой и временем, превращая сырой материал в компонент с заданными свойствами.

Актуальность темы расчета и проектирования камерных печей в современной металлургии и машиностроении трудно переоценить. С каждым годом требования к материалам ужесточаются: от авиационной и космической промышленности до медицины и химического машиностроения — везде востребованы сплавы с уникальными характеристиками. Титановые сплавы, известные своей прочностью и легкостью, и нержавеющие стали, обладающие исключительной коррозионной стойкостью, являются краеугольными камнями современного инжиниринга. Однако их потенциал раскрывается лишь при условии безупречной термической обработки, которая, в свою очередь, напрямую зависит от точности и эффективности работы печного оборудования.

Цель данной работы — не просто описать общие принципы, но и разработать детальный проект камерной печи, учитывающий специфические требования и вызовы, которые ставят перед нами титановые сплавы и нержавеющие стали. Мы погрузимся в мир теплотехнических расчетов, конструктивных решений, выбора материалов и тонкостей автоматизации, чтобы представить исчерпывающее руководство для будущих инженеров.

Общие Принципы Конструкции и Классификация Камерных Печей

Определение и Основные Элементы Конструкции

В основе любой термической обработки лежит печь, и среди многообразия промышленных тепловых агрегатов камерная печь занимает особое место. Камерная печь — это своего рода «стационарная лаборатория» для металлов, где изделия остаются неподвижными в течение всего цикла нагрева и выдержки. По сути, это печь с примерно равными длиной, шириной и высотой рабочего пространства, предназначенная для обеспечения однородной температуры по всему объёму, что критически важно для качественной термической обработки. Эти печи идеально подходят для нагрева массивных сварных, литых или кованых изделий, например, из стали, где требуется точный контроль над температурными режимами.

Конструктивно камерная печь представляет собой сложный комплекс взаимосвязанных элементов. Её «сердцевина» — это рабочее пространство, ограниченное теплоизоляционным кожухом. Внутри этого пространства располагаются нагревательные элементы, которые и обеспечивают подъём температуры. Доступ к рабочему пространству осуществляется через загрузочный проём, который надёжно закрывается дверцей.

Нагреватели, являясь основным источником тепла, могут быть нескольких типов:

• Электрические нагреватели: Сюда относятся спиральные элементы из высокоомных сплавов, карборундовые (SiC) и дисилицидмолибденовые (MoSi₂) нагреватели. Они обеспечивают чистый нагрев без продуктов сгорания, что важно для некоторых технологических процессов, и отличаются высокой точностью регулирования температуры.
• Газовые горелки: Эти горелки используют природный газ или другие газообразные топлива. Они способны обеспечивать широкий диапазон регулирования тепловой мощности (часто от 1:10 до 1:20 и выше), что позволяет гибко настраивать температурный режим. Современные газовые горелки, особенно рекуперативного типа, играют ключевую роль в повышении энергоэффективности печей.

Выбор типа нагревателей зависит от множества факторов: требуемой максимальной температуры, чувствительности обрабатываемого материала к продуктам сгорания, доступности энергоресурсов и экономических соображений.

Классификация Камерных Печей

Многообразие задач, решаемых в термической обработке, привело к широкой классификации камерных печей. Эти «стационарные лаборатории» для металлов можно разделить по нескольким ключевым признакам, что позволяет подобрать оптимальную конструкцию печи для конкретного технологического процесса и типа обрабатываемого материала, обеспечивая максимальную эффективность и качество продукции:

По конструкции пода:

• С неподвижным подом: Наиболее простая и распространённая конструкция, где изделие загружается и выгружается непосредственно на стационарный под. Максимальная масса садки может достигать 15 тонн.
• С выдвижным (выкатным) подом: Этот тип печей предназначен для нагрева особенно массивных и крупногабаритных сварных, литых или кованых изделий, например, из стали. Выкатной под значительно упрощает загрузку и выгрузку, позволяя использовать внешние грузоподъёмные механизмы. Такие печи обеспечивают высокую равномерность температур в рабочем пространстве: ±10 °C на стадии нагрева и ±5 °C в конце выдержки.

По источнику нагрева:

• Электрические: Работают на электричестве, используя различные типы нагревателей.
• Газовые: Используют природный или сжиженный газ.
• На жидком топливе: Встречаются реже, но также используются в некоторых промышленных применениях.

По типу атмосферы в рабочем пространстве:

• Окислительная: Стандартная атмосфера, содержащая кислород, что может привести к образованию окалины на поверхности металла.
• Защитная (инертная): Используются инертные газы (например, аргон, азот) для предотвращения окисления и обезуглероживания поверхности металла.
• Контролируемая: Атмосфера с заданным химическим составом, которая может активно взаимодействовать с поверхностью металла для изменения его свойств (например, цементация, нитроцементация).

По особенностям компоновки и формы:

• Вертикальные: Для длинных изделий, нагреваемых в вертикальном положении.
• Колпаковые: Печи, где нагревательный колпак опускается на неподвижный под с садкой.
• Ямные: Печи, расположенные ниже уровня пола цеха, для обработки длинномерных изделий.
• Туннельные: Хотя и имеют движущийся под, некоторые их модификации могут быть близки к камерным по принципу работы.

Футеровочные и Теплоизоляционные Материалы

Сердце камерной печи — её футеровка, внутренний слой, который непосредственно контактирует с горячей атмосферой и обрабатываемыми изделиями. От качества и свойств футеровочных и теплоизоляционных материалов напрямую зависят не только тепловые потери, но и долговечность печи, стабильность температурного режима и экономичность эксплуатации, что является критически важным для снижения себестоимости продукции.

Исторически для футеровки широко применялся шамотный кирпич, особенно для боковых и задних стенок, где требуется высокая прочность и износостойкость. Шамотный кирпич, получаемый обжигом глины, обладает хорошей огнеупорностью и механической прочностью, выдерживая высокие температуры и абразивные воздействия.

Однако современная теплоэнергетика всё больше ориентируется на применение высокоэффективных волокнистых огнеупорных и теплоизоляционных материалов, которые предлагают ряд значительных преимуществ:

• Керамоволокнистые блоки (например, Z-Blok, ТБКВ, ТБКВ-Z): Эти материалы представляют собой спрессованные и скреплённые керамические волокна, часто монтируемые в виде модулей. Они обладают выдающимися теплоизоляционными свойствами, значительно снижая потери тепла через обмуровку печи. Кажущаяся плотность таких блоков варьируется от 160 до 300 кг/м³, что делает их относительно лёгкими.
• Высокая классификационная температура: Современные керамоволокнистые материалы имеют классификационную температуру до 1260 °C, а температуру длительного применения не более 1150 °C. Это позволяет использовать их в высокотемпературных печах, обеспечивая длительный срок службы.
• Стандартные размеры: Блоки поставляются в удобных для монтажа стандартных размерах, например, 300x300x200 мм, 300x300x250 мм или 300x300x300 мм, что упрощает проектирование и сборку футеровки.

Преимущества волокнистых материалов:

• Низкая теплопроводность: Значительно уменьшают тепловые потери, что приводит к экономии топлива и электроэнергии.
• Низкая тепловая инерция: Печь с такой футеровкой быстрее выходит на заданный режим и быстрее охлаждается, что сокращает время цикла и повышает производительность.
• Устойчивость к термоударам: Волокнистые материалы лучше переносят резкие изменения температуры, что продлевает срок службы футеровки.
• Легкость конструкции: Уменьшают общую массу печи, снижая требования к несущим конструкциям.

Сочетание прочного шамотного кирпича для нагруженных зон (например, под) и высокоэффективных керамоволокнистых блоков для стен и свода позволяет создать оптимальную футеровку, которая не только минимизирует тепловые потери, но и обеспечивает необходимую механическую прочность и долговечность.

Тепловой Расчет Камерной Печи: Методика и Оценка Эффективности

Основы Теплового Расчета и Методики

Тепловой расчёт камерной печи — это фундаментальный этап проектирования, позволяющий «заглянуть» внутрь энергетических потоков и определить, насколько эффективно печь будет выполнять свою основную функцию: нагрев металла. Это не просто набор формул, а комплексный инженерный анализ, который начинается с определения расхода топлива, необходимого для достижения заданной температуры и термообработки материала, и заканчивается оптимизацией удельного расхода тепла.

В основе этого расчёта лежат три краеугольных камня промышленной теплоэнергетики:

1. Расчёт горения топлива: Независимо от того, используется газ, жидкое или твёрдое топливо, необходимо точно определить его теплотворную способность, оптимальное соотношение топливо-воздух, температуру продуктов сгорания и их состав. Это позволяет оценить максимальный тепловой потенциал, который может быть внесён в печь.
2. Составление теплового баланса: Это ключевой инструмент для оценки тепловой эффективности печи. Тепловой баланс представляет собой уравнение, где приход тепла (за счёт сгорания топлива или электрической энергии) равен сумме полезно усвоенного тепла (на нагрев металла) и всех видов тепловых потерь (через футеровку, с уходящими газами, через проёмы, с водой охлаждения).
3. Аэродинамический расчёт печей: Этот расчёт определяет движение продуктов сгорания или нагретой атмосферы внутри рабочего пространства. Цель — обеспечить равномерное распределение температуры и эффективную теплоотдачу к изделию, а также минимизировать гидравлические сопротивления и потери давления. Для газовых печей аэродинамический расчёт также определяет оптимальные параметры дымоходов и систем рециркуляции.

Методики этих расчётов подробно изложены в специализированной инженерной литературе. Классические труды, такие как «Расчёт нагревательных и термических печей» под редакцией Тымчака В. М. и Гусовского В. Л. (1983), а также современные учебные пособия, например «Тепловой расчёт методической печи» А.В. Баракова, В.Ю. Дубанина, А.А. Надеева (2017), служат надёжным фундаментом для выполнения курсовых и дипломных проектов. Они предоставляют не только теоретические основы, но и практические рекомендации, а также примеры, что крайне важно для студентов технических специальностей.

Тепловой Баланс и Эффективность Печи

Тепловой баланс — это финансовый отчёт печи, где каждая калория тепла, поступающая в систему, должна быть учтена как «доход» или «расход». Его составление позволяет не только оценить тепловую эффективность, но и выявить «узкие места», где происходят наибольшие потери энергии, и, соответственно, найти пути для их минимизации.

Статьи прихода тепла (Q_приход):

• Q_топл: Тепло, вносимое с топливом (или электрической энергией). Рассчитывается как произведение низшей теплоты сгорания топлива на его расход.
• Q_{физ.воздух}: Физическое тепло воздуха, подаваемого на горение (если воздух подогревается).
• Q_{физ.топливо}: Физическое тепло топлива, если оно поступает в печь нагретым.

Статьи расхода тепла (Q_расход):

• Q_{полезное}: Тепло, усвоенное нагреваемым металлом. Это основной «доход» печи. Рассчитывается как:
  Qполезное = m · cср · (Tкон - Tнач) + m · qф.п.
  Где:
  m — масса металла;
  cср — средняя массовая изобарная теплоёмкость металла в диапазоне температур от Tнач до Tкон;
  Tкон — конечная температура металла;
  Tнач — начальная температура металла;
  qф.п. — скрытая теплота фазовых переходов (если таковые происходят).
• Q_{ух.газы}: Потери тепла с уходящими продуктами сгорания. Это одна из самых значительных статей потерь.
• Q_{обмуровка}: Потери тепла через футеровку печи в окружающую среду (конвекцией и излучением).
• Q_{отверстия}: Потери тепла через загрузочные и смотровые отверстия.
• Q_{охл.вода}: Потери тепла с охлаждающей водой (например, для охлаждения порогов, горелок).
• Q_{хим.недожог}: Потери тепла из-за неполного сгорания топлива.
• Q_{физ.недожог}: Потери тепла с углеродом, уносимым с уходящими газами.

Уравнение теплового баланса:

Qтопл + Qфиз.воздух + Qфиз.топливо = Qполезное + Qух.газы + Qобмуровка + Qотверстия + Qохл.вода + Qхим.недожог + Qфиз.недожог

Показатели эффективности работы печи:

• Коэффициент полезного действия (КПД):
  КПД = (Qполезное / Qприход) · 100%
  Для современных термических камерных печей КПД может варьироваться в диапазоне 8-10%, что кажется низким, но объясняется длительными выдержками и относительно небольшим полезным теплом по сравнению с потерями. Для нагревательных печей, где тепло усваивается постоянно, КПД значительно выше — 50-85%.
• Абсолютный расход топлива: Общее количество топлива, потребляемое печью за определённый период времени.
• Удельный расход топлива: Количество топлива, необходимое для нагрева 1 тонны металла. Выражается в кг условного топлива/т или м³/т.
• Производительность:
  • Удельная производительность активного пода: Масса металла, обрабатываемого на 1 м² площади пода за 1 час. Для камерных термических печей составляет 0,1-0,3 т/(м²·ч).
  • Массовая производительность: Общая масса металла, обрабатываемого печью в единицу времени. Для печей с неподвижным подом может составлять 70-600 кг/ч.

Методы Повышения Энергоэффективности

В условиях растущих цен на энергоресурсы и ужесточения экологических требований, повышение энергоэффективности печных агрегатов становится первоочередной задачей для металлургии. Каждый процент снижения удельного расхода топлива — это не только экономия средств, но и вклад в устойчивое развитие.

Одним из наиболее эффективных путей является техническое перевооружение камерных печей. Это не просто ремонт, а комплексная модернизация, которая может включать:

• Применение современных высокоэффективных футеровок: Переход на волокнистые огнеупорные и теплоизоляционные материалы, как уже было описано, значительно сокращает тепловые потери через обмуровку.
• Установка рекуперативных или регенеративных горелок: Эти горелки используют тепло уходящих продуктов сгорания для предварительного подогрева воздуха, подаваемого на горение. Это позволяет значительно сократить потери тепла с уходящими газами и повысить температуру пламени. Например, техническое перевооружение камерной печи с применением скоростных горелок рекуперативного типа может увеличить производительность на 12,5% и повысить КПД печи на 60%, снизив удельный расход условного топлива на 38%.
• Оптимизация систем автоматизации и управления: Точный контроль температурного режима, автоматическая регулировка соотношения топливо-воздух, возможность быстрого перехода между режимами — всё это способствует снижению энергопотребления.
• Внедрение систем рециркуляции продуктов сгорания: Как будет рассмотрено далее, рециркуляция способствует выравниванию температурного поля, что позволяет сократить время нагрева и снизить перепады температур, а значит, и энергозатраты.
• Улучшение герметичности печи: Минимизация инфильтрации холодного воздуха через неплотности в дверях, стенах и своде позволяет избежать дополнительных тепловых потерь.

Примером успешной реализации этих мер может служить опыт модернизации камерных печей для термообработки массивных поковок, где комплексный подход привёл к увеличению производительности до 74% и снижению удельного расхода топлива на 62,5%. Это показывает, что ��аже казалось бы «традиционные» агрегаты, такие как камерные печи, имеют огромный потенциал для повышения энергоэффективности за счёт применения современных инженерных решений.

Эффективность печи также неразрывно связана с равномерностью нагрева изделий. Для некоторых процессов термической обработки критически важно, чтобы температура на поверхности и в объёме изделия отличалась минимально. Современные печи способны обеспечивать равномерность нагрева до ±2 °С по поверхности, что является выдающимся показателем и гарантирует высокое качество термообработанной продукции.

Проектирование Рабочего Пространства и Параметры Теплообмена

Определение Размеров Рабочего Пространства

Проектирование любой печи начинается с определения её «сердца» — рабочего пространства. Именно здесь происходит магия термической обработки, и именно его размеры диктуются не только технологическим процессом, но и габаритами обрабатываемых изделий, а также выбранным способом их укладки. Представьте, что вы строите дом для очень специфических «гостей» — титановых прутков или листов нержавеющей стали. Размер этого «дома» должен быть идеальным.

Внутренние размеры рабочего пространства печи (ширина, длина, высота) определяются в прямой зависимости от:

1. Размеров и формы обрабатываемых изделий: Необходимо учитывать максимальные габариты самого крупного изделия или группы изделий, которые будут обрабатываться одновременно. Например, если печь предназначена для нагрева тонкого стального листа под закалку, то рабочее пространство, скорее всего, будет выполнено в виде прямоугольного параллелепипеда, чьи стороны будут чуть больше размеров листа.
2. Заданной высоты садки: Если изделия укладываются в несколько слоёв или на специальные подставки, необходимо предусмотреть достаточное пространство для циркуляции газов между слоями и над верхним слоем.
3. Способа укладки изделий: В зависимости от массы, формы и чувствительности к деформациям, изделия могут быть уложены на под, подвешены или размещены на специальных консолях. Каждый метод требует определённого свободного пространства.
4. Свободного пространства для циркуляции газов: Между нагревательными элементами, стенами печи и садкой необходимо оставлять зазоры для обеспечения эффективной циркуляции продуктов сгорания (или нагретой атмосферы) и равномерного теплообмена. Обычно это расстояние составляет 150-300 мм.
5. Размещения нагревательных элементов: Если используются электрические нагреватели, для них также требуется место. Газовые горелки, как правило, устанавливаются в стенах или своде, и их факел не должен касаться изделий.

Пример: Для печи, предназначенной для термообработки титановых прутков длиной 2 м и диаметром 100 мм, уложенных в два слоя, расчёт будет выглядеть следующим образом:

• Длина рабочего пространства: Длина прутка + 2 · (зазор до стены) = 2000 мм + 2 · 200 мм = 2400 мм.
• Ширина рабочего пространства: Количество прутков в ряду · диаметр прутка + (количество промежутков + 1) · (зазор между прутками или до стены).
• Высота рабочего пространства: 2 · (диаметр прутка + высота опоры) + (зазор между слоями) + (зазор до свода) = 2 · (100 мм + 50 мм) + 100 мм + 200 мм = 600 мм.

Тщательный расчёт этих параметров позволяет избежать «мёртвых зон» с пониженной температурой, гарантировать эффективный и равномерный нагрев, а также предотвратить механические повреждения изделий.

Обеспечение Равномерности Нагрева и Системы Рециркуляции

Представьте, что вы пытаетесь равномерно поджарить множество кусочков мяса на гриле, где огонь горит только с одной стороны. Результат будет неудовлетворительным: одни кусочки подгорят, другие останутся сырыми. В термической обработке металлов такая «неравномерность» недопустима. Высокая равномерность нагрева изделий — это не просто желаемое условие, а критически важная задача при проектировании и реконструкции нагревательных печей. Отклонения в температуре даже на несколько десятков градусов могут привести к изменению микроструктуры, возникновению внутренних напряжений и, в конечном итоге, к браку продукции, особенно при работе с такими чувствительными материалами, как титановые сплавы и нержавеющие стали.

Для достижения этой равномерности применяются различные методы, среди которых одной из наиболее эффективных является система рециркуляции продуктов сгорания (или нагретой атмосферы). Принцип работы прост, но гениален: вместо того, чтобы просто выбрасывать горячие газы после контакта с изделием, часть их возвращается обратно в рабочее пространство, смешиваясь со свежими горячими газами.

Как работает система рециркуляции:

1. Высокотемпературный вентилятор: Специальный вентилятор, способный работать при высоких температурах, отбирает часть продуктов сгорания из рабочего пространства печи.
2. Камера подогрева рециркулята: Отбранные газы направляются в специальную камеру, где они снова подогреваются с помощью горелки или смешиваются с очень горячими свежими продуктами сгорания.
3. Переточные трубы и коллекторы: Подогретый рециркулят подаётся обратно в рабочее пространство через переточные трубы и распределительные коллекторы. Эти коллекторы часто имеют переменное сечение и снабжены щелевыми отверстиями, что обеспечивает равномерное распределение горячих газов по всему объёму печи.

Преимущества системы рециркуляции:

• Выравнивание температурного поля: Смешивание газов различных температур сглаживает температурные градиенты, создавая более однородное тепловое поле.
• Повышение коэффициента теплоотдачи: Увеличение скорости циркуляции газов приводит к интенсификации конвективного теплообмена между газом и поверхностью изделия.
• Снижение перепадов температуры: На поверхности прогретого листа колебания температуры могут быть снижены до не более ±5 °С, что критически важно для высокоточной термообработки.
• Повышение энергоэффективности: Использование тепла уходящих газов для рециркуляции способствует снижению общего расхода топлива.

Таким образом, система рециркуляции является не просто «дополнением» к печи, а ключевым элементом, который позволяет добиться высочайшего качества термообработки, особенно для тонких листов и материалов, чувствительных к температурным перепадам.

Расчёт Параметров Теплообмена

Понимание и точный расчёт параметров теплообмена внутри рабочего пространства печи являются основой для эффективного проектирования и эксплуатации. Именно здесь тепло от нагревателей передаётся изделию, и этот процесс включает в себя три основных механизма: теплопроводность, конвекцию и излучение.

1. Теплопроводность (λ):
Этот механизм описывает передачу тепла через твёрдые тела (футеровку, под) и в меньшей степени через неподвижные газы. Для футеровочных материалов (керамоволокнистые блоки, шамотный кирпич) теплопроводность является критически важным параметром для расчёта тепловых потерь через стенки печи. Она обычно выражается в Вт/(м·К).

• Формула для расчёта теплового потока через плоскую стенку:
  Q = (λ · F · ΔT) / δ
  Где:
  Q — тепловой поток, Вт;
  λ — коэффициент теплопроводности материала, Вт/(м·К);
  F — площадь стенки, м²;
  ΔT — разность температур на внешней и внутренней поверхности стенки, К;
  δ — толщина стенки, м.

2. Конвективный теплообмен (α_к):
Конвекция — это передача тепла движущейся средой (газом). В печах продукты сгорания или нагретая атмосфера циркулируют вокруг изделий, передавая им тепло. Интенсивность конвективного теплообмена зависит от скорости движения газов, их физических свойств (теплопроводность, вязкость, плотность, теплоёмкость) и геометрии нагреваемых поверхностей. Коэффициент конвективной теплоотдачи (α_к) выражается в Вт/(м²·К).

• Общая формула для конвективного теплообмена:
  Qк = αк · F · ΔTк
  Где:
  Qк — тепловой поток от конвекции, Вт;
  αк — коэффициент конвективной теплоотдачи, Вт/(м²·К);
  F — площадь поверхности изделия, м²;
  ΔTк — разность температур между газом и поверхностью изделия, К.
• Расчёт α_к обычно производится с использованием критериальных уравнений (например, критерии Нуссельта, Рейнольдса, Прандтля), которые учитывают режим течения газов (ламинарный или турбулентный) и геометрию. Например, для вынужденной конвекции вдоль плоской плиты:
  Nu = C · Rem · Prn
αк = (Nu · λгаза) / l
  Где:
  Nu — число Нуссельта;
  Re — число Рейнольдса;
  Pr — число Прандтля;
  C, m, n — эмпирические коэффициенты;
  λгаза — теплопроводность газа;
  l — характерный размер.

3. Лучистый теплообмен (ε):
Излучение — это передача тепла электромагнитными волнами. При высоких температурах, характерных для камерных печей (особенно при нагреве до 1000 °C и выше), лучистый теплообмен становится доминирующим. Тепло излучают нагревательные элементы, футеровка и сами продукты сгорания (за счёт присутствия CO₂ и H₂O). Степень черноты (ε) является ключевым параметром, характеризующим способность поверхности излучать и поглощать тепло.

• Формула для лучистого теплообмена между двумя серыми телами (например, футеровкой и изделием):
  Qл = C0 · φ · F · [(T1/100)4 - (T2/100)4]
  Где:
  Qл — тепловой поток от излучения, Вт;
  C0 — постоянная Стефана-Больцмана (5,67 · 10^-8 Вт/(м²·К⁴));
  φ — приведённая степень черноты системы, учитывающая степени черноты и взаимное расположение поверхностей;
  F — площадь поверхности, м²;
  T1 — абсолютная температура излучающей поверхности, К;
  T2 — абсолютная температура поглощающей поверхности, К.
• Для теплообмена между газовым потоком и поверхностью изделия:
  Qл = C0 · F · (εгаза · (Tгаза/100)4 - εизделия · (Tизделия/100)4)
  Где εгаза — степень черноты газового объёма, зависящая от парциального давления CO₂ и H₂O, а также от оптической толщины слоя газа.

Учёт особенностей футеровочных материалов:
При расчёте теплообмена важно учитывать не только теплопроводность футеровки, но и её тепловую инерцию (аккумулирование тепла), а также теплоёмкость. Керамоволокнистые блоки имеют низкую тепловую инерцию и теплоёмкость по сравнению с шамотным кирпичом, что означает, что печь быстрее нагревается и остывает, а также аккумулирует меньше тепла, что снижает потери при периодической работе.

Комплексный расчёт всех этих параметров позволяет определить требуемую мощность нагревателей, время нагрева изделия, оптимальный расход топлива и, в конечном итоге, спроектировать печь, способную эффективно и экономично выполнять поставленные задачи.

Влияние Свойств Обрабатываемых Материалов на Режимы Термообработки и Конструкцию Печи

Термообработка Титановых Сплавов

Титановые сплавы — это вершина инженерной мысли в материаловедении, но их уникальные свойства, дарующие им исключительную прочность и лёгкость, одновременно создают и серьёзные вызовы при термической обработке. Именно здесь кроются те самые «слепые зоны», которые часто упускаются в общих расчётах печей, но критически важны для проектирования специализированного оборудования.

1. Низкая теплопроводность и особенности нагрева:
Титан обладает чрезвычайно низкой теплопроводностью — примерно в 5 раз ниже, чем у железа и сталей. Это создаёт фундаментальную проблему при нагреве:

• Значительные температурные градиенты: Внутри массивных титановых изделий при быстром нагреве могут возникать существенные перепады температур между поверхностью и сердцевиной. Это приводит к неравномерному расширению, возникновению внутренних напряжений и, как следствие, к деформациям или даже растрескиванию.
• Перегрев зон интенсивной деформации: При горячей деформации (например, ковке) низкая теплопроводность препятствует быстрому отводу тепла из зон, где происходит интенсивная пластическая деформация, что может привести к локальному перегреву и ухудшению свойств металла.
• Сложность измельчения структуры: В титановых сплавах эффект фазового наклёпа при полиморфном превращении невелик, и измельчить крупнозернистую структуру обычными методами термической обработки крайне сложно. Это требует особых режимов нагрева и охлаждения.

Для компенсации низкой теплопроводности необходимо использовать медленные скорости нагрева и длительные выдержки при заданных температурах, чтобы обеспечить равномерный прогрев по всему объёму изделия.

2. Роль легирующих элементов и фазовые превращения:
Титановые сплавы делятся на α-, (α+β)- и β-сплавы в зависимости от стабильности α- и β-фаз. Эти фазы имеют разные кристаллические решётки и, соответственно, разные механические свойства. Легирующие элементы играют ключевую роль в стабилизации этих фаз:

• Алюминий (Al): Один из основных легирующих компонентов. Он увеличивает прочность, жаропрочность и сопротивляемость окислению при высоких температурах, стабилизируя α-фазу. Увеличение содержания алюминия от 0 до 10 мас.% повышает температуру α-β-перехода с 1155 до 1350 К. Например, в γ-TiAl сплавах (45-48% Ti, остальное Al) прочность и стабильность сохраняются до 750 °C, с пределом прочности на разрыв 500-1100 МПа.
• Ванадий (V), Молибден (Mo): β-стабилизаторы, понижающие температуру α-β-перехода.
• Особенности фазовых превращений: В отличие от сталей, где фазовые превращения могут быть использованы для значительного измельчения зерна, в титане этот эффект менее выражен. Это требует более тонкой настройки режимов термообработки.

3. Виды термообработки и достигаемые свойства:

• Отжиг: Применяется для всех типов титановых сплавов для снятия внутренних напряжений, улучшения пластичности и стабилизации микроструктуры. Отжиг может быть однократным, двойным (например, для ВТ23, где двухступенчатый отжиг формирует двухфазную структуру с размером α-частиц 5–7 мкм и прочностью >1000 МПа) или рекристаллизационным.
• Закалка и старение: Эти методы используются для упрочнения (α+β) и β-титановых сплавов (например, ВТ3-1, ВТ6, ВТ8, ВТ9).
  • Закалка: Нагрев до температуры выше α-β-перехода (или в (α+β)-области) с последующим быстрым охлаждением. Цель — зафиксировать высокотемпературную β-фазу или создать пересыщенный твёрдый раствор.
  • Старение: Последующий нагрев до умеренных температур (300-600 °C) для выделения упрочняющих фаз.
  • Результат: Для (α+β)-сплавов (ВТ6, ВТ8, ВТ9, ВТ3-1) закалка и старение могут обеспечить предел прочности (σ_в) в диапазоне 1300-1500 МПа. Для сравнения, после отжига сплав ВТ6 имеет σ_в 850-1000 МПа.

4. Критичность контроля температуры и атмосферы:
Титан обладает высокой химической активностью при высоких температурах, особенно к кислороду, азоту и водороду. Это означает, что:

• Защитная атмосфера: Часто требуется нагрев в защитной или вакуумной атмосфере для предотвращения насыщения поверхности газами, что приводит к образованию твёрдого и хрупкого α-слоя («бета-слой») и ухудшению механических свойств.
• Точность контроля температуры: Из-за особенностей фазовых превращений и чувствительности к перегреву, требуется очень точный контроль температуры с минимальными отклонениями.

Все эти особенности титановых сплавов напрямую влияют на конструкцию печи: необходимость точного контроля температуры, применение защитных атмосфер, а также режимы нагрева и охлаждения с контролируемой скоростью.

Термообработка Нержавеющей Стали

Нержавеющие стали, известные своей исключительной коррозионной стойкостью и привлекательным внешним видом, также подвергаются термической обработке, чтобы достичь оптимальных механических свойств и улучшить их эксплуатационные характеристики. Цель термообработки — не только придать большую прочность, но и обеспечить требуемые формы, размеры, а также улучшить пластичность, сопротивление изнашиванию и сохранить ударную вязкость. Разве не для этого мы, инженеры, стремимся к идеалу в каждом процессе?

1. Основные виды термической обработки:
Как и для многих других сплавов, для нержавеющей стали применяются три основных вида термообработки:

• Отжиг: Процесс нагревания стали до определённой температуры, выдержки и последующего медленного охлаждения.
  • Цель: Снижение твёрдости, повышение пластичности, снятие внутренних напряжений, улучшение обрабатываемости, гомогенизация состава и обеспечение однородности структуры.
  • Режимы: Типичные температуры отжига для аустенитных нержавеющих сталей (например, AISI 304, 316) варьируются от 1020 до 1100 °C с последующим быстрым охлаждением в воде, чтобы предотвратить выделение карбидов по границам зёрен. Для дуплексных сталей (например, 2205) также характерны температуры отжига около 1020-1100 °C. Отжиг с пассивацией может значительно улучшить коррозионную стойкость стали AISI 304, а для AISI 316 отжиг и нормализация повышают стойкость к межкристаллитной коррозии.
• Закалка: Процесс нагрева стали до температуры выше критической точки (для формирования аустенита) с последующим быстрым охлаждением.
  • Цель: Формирование мартенситной структуры для достижения высокой твёрдости и прочности (в основном для мартенситных нержавеющих сталей).
  • Режимы: Закалка хромистых сталей включает нагрев до температуры чуть выше 1000 °C (или 980-1010 °C) с последующим быстрым охлаждением в масле, воде или инертном газе.
• Отпуск: Процесс нагрева закалённой стали до температур ниже критической точки с последующим охлаждением.
  • Цель: Снятие внутренних напряжений, возникающих при закалке, повышение пластичности и вязкости при некотором снижении твёрдости.
  • Режимы: Температуры отпуска варьируются в широких пределах: 200-250 °C для высокоуглеродистых сталей и до 750 °C для сталей с низким содержанием углерода, с последующим медленным охлаждением на воздухе или в сухом песке.

2. Влияние на свойства:
Термическая обработка нержавеющих сталей позволяет достичь:

• Увеличение пластичности: Особенно после отжига, что улучшает последующую механическую обработку.
• Повышение прочности и твёрдости: Закалка мартенситных сталей.
• Улучшение сопротивления изнашиванию: За счёт формирования более твёрдой структуры.
• Восстановление коррозионной стойкости: Отжиг аустенитных сталей после сварки или холодной деформации восстанавливает их коррозионную стойкость, растворяя выделения карбидов хрома, которые могут привести к межкристаллитной коррозии.

Важно отметить, что режимы термической обработки должны быть строго подобраны под конкретный тип нержавеющей стали и требования к конечным свойствам. Неправильный выбор температуры или скорости охлаждения может привести к нежелательным фазовым превращениям, снижению коррозионной стойкости или ухудшению механических свойств. Для проектирования печи это означает необходимость точного контроля температуры, возможности обеспечения различных скоростей охлаждения (от медленного до быстрого) и, в некоторых случаях, контроля атмосферы.

Системы Автоматизации и Контроля Температуры

Автоматизированные Системы Управления Тепловым Режимом (АСУ ТП)

В современном мире, где качество продукции и энергоэффективность являются ключевыми конкурентными преимуществами, ручное управление промышленными печами осталось в прошлом. Сегодня каждая камерная печь, особенно предназначенная для высокоточной термообработки титановых сплавов и нержавеющих сталей, оснащается индивидуальной автоматической системой управления тепловым режимом (АСУ ТП). Это не просто набор датчиков и реле, а интеллектуальный «мозг» печи, который гарантирует стабильность и повторяемость технологических процессов.

Архитектура и функции АСУ ТП:
Современная АСУ ТП обычно включает в себя:

1. Датчики: Измеряют ключевые параметры (температура, давление, расход топлива/воздуха, состав атмосферы). Наиболее важными являются термопары, установленные в различных точках рабочего пространства.
2. Контроллеры: Программируемые логические контроллеры (ПЛК) или специализированные промышленные контроллеры, которые обрабатывают сигналы от датчиков и на основе заложенных алгоритмов формируют управляющие воздействия.
3. Исполнительные механизмы: Это устройства, которые непосредственно влияют на тепловой режим: регуляторы расхода топлива и воздуха для горелок, приводы заслонок дымоходов, вентиляторы системы рециркуляции, устройства для подачи защитной атмосферы.
4. Человеко-машинный интерфейс (HMI): Панели оператора, сенсорные экраны или компьютерные станции, через которые оператор задаёт технологические программы, контролирует ход процесса, просматривает тренды и получает аварийные сообщения.

Основные функции АСУ ТП:

• Управление горелками: Точная регулировка соотношения «топливо-воздух» для обеспечения оптимального горения и минимизации выбросов. Управление тепловой мощностью горелок для поддержания заданной температуры и скорости нагрева.
• Поддержание равномерности нагрева: АСУ ТП постоянно анализирует показания термопар из разных зон печи и корректирует работу нагревателей или системы рециркуляции, чтобы сгладить температурные градиенты. Например, если термопара в своде печи, приближенная к поверхности нагреваемого листа, показывает отклонение, система автоматически регулирует подачу топлива/воздуха к соответствующим горелкам.
• Реализация технологических программ: Автоматическое выполнение сложных многоступенчатых режимов термообработки, включающих нагрев с заданной скоростью, выдержку при определённой температуре и контролируемое охлаждение.
• Диагностика и аварийная защита: Мониторинг состояния оборудования, выявление неисправностей, автоматическое отключение печи в случае аварийных ситуаций (например, перегрев, падение давления топлива).

Интеграция с IT-сетями предприятия:
Современные АСУ ТП имеют возможность передачи данных в IT-сеть предприятия. Это позволяет:

• Централизованный мониторинг: Сбор и анализ данных со всех печей, что облегчает управление производственными процессами.
• Оптимизация производства: Анализ исторических данных помогает выявлять наиболее эффективные режимы работы, планировать техническое обслуживание и прогнозировать потребность в энергоресурсах.
• Управление качеством: Автоматическая запись всех параметров процесса обеспечивает полную прослеживаемость и подтверждение соответствия термообработки стандартам качества.

Средства Измерения и Контроля Температуры

Точность контроля температуры в камерной печи напрямую зависит от качества и правильного выбора средств измерения. В сердце любой АСУ ТП лежат датчики температуры, и среди них термопары занимают центральное место благодаря своей надёжности, широкому диапазону измерений и относительно невысокой стоимости.

Типы термопар и их применение:
Термопары состоят из двух разнородных проводников, соединённых на одном конце. При нагреве этого «горячего» спая возникает термо-ЭДС, величина которой зависит от разности температур между горячим и холодным спаями. Различные комбинации металлов или сплавов дают разные типы термопар, каждый из которых имеет свои рабочие диапазоны и характеристики:

Тип термопары	Материал электродов	Макс. рабочая температура	Особенности применения
J	Железо-Константан	До 700 °C	Недорогая, подходит для низких и средних температур, чувствительна к окислению.
K	Хромель-Алюмель	До 1100-1300 °C	Широко используется благодаря широкому температурному диапазону, хорошей стабильности и относительной невысокой стоимости. Подходит для большинства промышленных печей.
L	Хромель-Копель	До 900 °C	Аналог типа J, но с лучшей стабильностью в некоторых условиях.
N	Нихросил-Нисил	До 1100-1300 °C	Похож на K-тип, но обладает лучшей стабильностью при высоких температурах и устойчивостью к окислению.
S	Платинородий/Платина	До 1600-1800 °C	Высокоточные и стабильные, используются для высоких температур и точных измерений. Дорогие.
R	Платинородий/Платина	До 1600-1800 °C	Аналог S-типа, незначительные различия в составе сплава.
B	Платинородий/Платинородий	До 1600-1800 °C	Используется для очень высоких температур (начинает эффективно работать от 600 °C).

Выбор термопары:
Выбор типа термопары зависит от:

• Диапазона рабочих температур: Например, для печей с температурой до 1100 °C оптимален K-тип, для более высоких температур — S, R или B-типы.
• Среды измерения: Окислительная, восстановительная, вакуумная атмосфера. Некоторые термопары более устойчивы к агрессивным средам.
• Требуемой точности: Платиновые термопары (S, R, B) обеспечивают более высокую точность, но и дороже.
• Экономических соображений.

Метрологическая документация и поверка:
Все средства измерения (КИПиА), включая термопары и контроллеры, должны иметь необходимую метрологическую документацию и поставляться с первичной поверкой. Это гарантирует, что приборы соответствуют заявленным точностным характеристикам и обеспечивают достоверные показания. Регулярная поверка и калибровка являются обязательными для поддержания точности измерений в процессе эксплуатации.

Алгоритмы Охлаждения и их Влияние

После того как металл достиг заданной температуры и выдержки, начинается не менее важный этап — охлаждение. Скорость и метод охлаждения оказывают колоссальное влияние на конечную микроструктуру и, следовательно, на механические свойства обрабатываемых материалов. Это ещё одна «слепая зона» в общих расчётах, требующая глубокого понимания при проектировании специализированных печей.

Разнообразие алгоритмов охлаждения:
Современные камерные термические печи реализуют сложные алгоритмы охлаждения с заданной скоростью, чтобы обеспечить требуемые свойства материала. Методы охлаждения могут быть весьма разнообразны:

1. Медленное охлаждение в печи: После выдержки печь отключается, и изделие остывает вместе с ней.
   • Применение: Отжиг, снятие внутренних напряжений.
   • Эффект: Позволяет контролировать фазовые превращения, обеспечивая формирование сбалансированных механических свойств, таких как пластичность и вязкость. Например, для получения феррито-перлитной или перлитной структуры в сталях.
2. Принудительное воздушное охлаждение: После выдержки в рабочее пространство подаётся холодный воздух, часто путём продувки через горелки или специальные каналы.
   • Применение: Для ускорения охлаждения, но без достижения скоростей закалки. Например, до 150 °С/ч в воздушной среде.
   • Эффект: Позволяет контролировать скорость охлаждения в заданном диапазоне, что критически важно для формирования мелкодисперсного перлита в сталях или для предотвращения образования нежелательных фаз в титановых сплавах.
3. Быстрое охлаждение (закалка): Изделие быстро извлекается из печи и погружается в охлаждающую среду.
   • Применение: Закалка сталей и некоторых титановых сплавов для получения высокой твёрдости и прочности.
   • Охлаждающие среды:
     • Жидкие среды: Вода (наиболее высокая скорость), масло (умеренная скорость), полимерные растворы, расплавленные соли или металлы.
     • Газовые среды: Инертные газы (аргон, азот) в вакуумных печах (обеспечивают чистоту поверхности и контролируемую скорость).
   • Эффект: Быстрое охлаждение может приводить к образованию твёрдых и хрупких фаз, таких как мартенсит в стали. Скорость охлаждения должна быть выше критической, чтобы избежать распада аустенита на феррито-перлитную смесь.

Влияние скорости охлаждения на микроструктуру и механические свойства:

• Микроструктура: Скорость охлаждения определяет, какие фазовые превращения произойдут в материале. Например, в сталях при высокой скорости охлаждения образуется мартенсит, при средней — бейнит, а при медленной — перлит. В титановых сплавах скорость охлаждения влияет на морфологию α-фазы, что критически важно для их механических свойств.
• Механические свойства:
  • Высокая скорость охлаждения (закалка): Обычно приводит к увеличению твёрдости, прочности и снижению пластичности и ударной вязкости (из-за образования мартенсита).
  • Низкая скорость охлаждения (отжиг): Обеспечивает более мягкую и пластичную структуру, снимает внутренние напряжения.
  • Контролируемые скорости охлаждения: Позволяют формировать оптимальные микроструктуры с заданным балансом прочности, пластичности и вязкости.

Таким образом, проектирование системы охлаждения камерной печи требует глубокого понимания диаграмм изотермического и анизотермического распада для конкретных материалов, чтобы обеспечить желаемые конечные свойства.

Выводы и Рекомендации

Теплотехнический и конструктивный расчёт камерной печи для термообработки титановых сплавов и нержавеющих сталей представляет собой многогранную инженерную задачу, успешное решение которой требует не только глубоких знаний в области теплотехники и материаловедения, но и учёта специфических особенностей обрабатываемых материалов. Наше исследование позволило не только охватить общие принципы, но и углубиться в детали, которые часто остаются за рамками стандартных подходов.

Основные выводы:

1. Универсальность и специализация камерных печей: Камерные печи являются фундаментальным инструментом в термической обработке, способным адаптироваться к широкому спектру изделий и процессов. Однако для высокотехнологичных материалов, таких как титановые сплавы и нержавеющие стали, требуется их глубокая специализация, проявляющаяся в конструктивных решениях, выборе футеровки, систем нагрева и, самое главное, в алгоритмах управления.
2. Критичность теплового расчёта: Детальный тепловой баланс, расчёт расхода топлива и анализ потерь являются основой для создания энергоэффективной печи. КПД термических печей, хоть и ниже, чем у нагревательных, может быть значительно повышен за счёт современных технологий, таких как рекуперативные горелки и оптимизированные футеровочные материалы (керамоволокнистые блоки с низкой плотностью от 160 до 300 кг/м³ и высокой классификационной температурой до 1260 °С).
3. Оптимизация рабочего пространства: Размеры рабочего пространства должны точно соответствовать габаритам садки, а также обеспечивать достаточное пространство для равномерной циркуляции теплоносителя. Системы рециркуляции продуктов сгорания доказали свою эффективность в достижении ±5 °С равномерности температуры, что является критичным для чувствительных материалов.
4. Влияние свойств материалов: Низкая теплопроводность титановых сплавов диктует необходимость медленных, контролируемых режимов нагрева и охлаждения. Роль легирующих элементов (например, алюминия) в титане и особенности фазовых превращений (например, закалка и старение для (α+β)-сплавов для достижения σ_в 1300-1500 МПа) требуют точного контроля температуры и, зачастую, использования защитных атмосфер. Нержавеющие стали, в свою очередь, требуют особого внимания к режимам отжига (1020-1100 °C) и закалки (~1000 °C) для обеспечения оптимальной прочности, пластичности и коррозионной стойкости, а также для предотвращения межкристаллитной коррозии.
5. Роль автоматизации: Современные АСУ ТП с использованием надёжных термопар (K-тип для стандартных режимов, S/R/B-тип для высокотемпературных процессов) и алгоритмов контролируемого охлаждения (до 150 °С/ч в воздушной среде или в жидких/газовых средах) являются неотъемлемой частью высокопроизводительной и качественной термообработки. Интеграция АСУ ТП с IT-сетями предприятия открывает новые возможности для оптимизации и контроля производственных процессов.

Разработанная структура печи и обоснование её эффективности:

На основе проведённого анализа, предложенная камерная печь должна обладать следующими ключевыми характеристиками для термообработки титановых сплавов и нержавеющих сталей:

• Футеровка: Комбинированная, с внутренним слоем из керамоволокнистых блоков (например, Z-Blok с кажущейся плотностью 160-300 кг/м³ и классификационной температурой 1260 °С) для минимизации тепловых потерь и снижения тепловой инерции, и внешним слоем из прочного шамотного кирпича для механической стабильности.
• Система нагрева: Предпочтительно газовая, с использованием современных рекуперативных горелок, обеспечивающих широкий диапазон регулирования тепловой мощности (1:20) и предварительный подогрев воздуха для горения, что значительно повышает КПД печи (до 60% улучшения при перевооружении).
• Рабочее пространство: Точно рассчитанное на основе размеров обрабатываемых изделий, с достаточными зазорами для обеспечения равномерной циркуляции газов.
• Система рециркуляции: Обязательна для поддержания равномерности температурного поля (±5 °С), особенно при обработке материалов с низкой теплопроводностью.
• АСУ ТП: Индивидуальная, с использованием высокоточных термопар (K-тип для стандартных режимов, S/R/B-тип для высокотемпературных процессов), способная реализовывать сложные многоступенчатые программы нагрева и охлаждения, а также интегрироваться в общую IT-инфраструктуру предприятия.

Эта структура печи позволит эффективно и качественно проводить термическую обработку, обеспечивая высокую точность температурного режима, минимизацию энергозатрат и формирование требуемых механических свойств в изделиях из титановых сплавов и нержавеющих сталей.

Рекомендации по дальнейшему совершенствованию и эксплуатации:

1. Развитие математического моделирования: Продолжить разработку и применение численных методов моделирования теплообмена и фазовых превращений в изделиях, что позволит более точно предсказывать поведение материала и оптимизировать режимы.
2. Исследование новых материалов футеровки: Изучать возможности применения ультралёгких и высокотемпературных композитных материалов для футеровки, способных выдерживать ещё более высокие температуры и агрессивные среды.
3. Оптимизация газодинамики: Детальный CFD-анализ газодинамики рабочего пространства печи для минимизации «мёртвых зон» и дальнейшего повышения равномерности нагрева.
4. Внедрение систем предиктивного обслуживания: Использование данных АСУ ТП для прогнозирования отказов оборудования и планирования технического обслуживания, что позволит сократить простои и повысить надёжность.
5. Развитие «зелёных» технологий: Интеграция систем утилизации тепла уходящих газов для других производственных нужд, применение альтернативных источников энергии и дальнейшее снижение выбросов вредных веществ.

Расчёт и проектирование камерной печи — это не просто курсовая работа, это шаг в освоении одной из важнейших областей промышленной теплоэнергетики, где теория встречается с практикой, а каждый элемент конструкции и каждый градус температуры имеют решающее значение для будущего материалов.

Список использованной литературы

1. Эстеркин, Р. И. Котельные установки. Курсовое и дипломное проектирование: Учеб. пособие. – СПб.: Энергоиздат, 1989. – 280 с.
2. Зеньковский, А. Г. Учебное пособие по курсовому и дипломному проектированию «Расчет пламенных нагревательных печей». М., Типография МГП «Эвтектика», 1991.
3. Илларионов, А. Г. Технологические и эксплуатационные свойства титановых сплавов: учебное пособие / А. Г. Илларионов, А. А. Попов. – Екатеринбург : Изд-во Урал. ун-та, 2014.
4. Казяев, М. Д. Комплексное исследование тепловой работы камерной печи для нагрева под закалку тонкого стального листа / М. Д. Казяев, Д. М. Казяев, Е. В. Киселев, А. М. Вохмяков, Д. И. Спитченко // Известия высших учебных заведений. Черная Металлургия. 2019. – Т. 62, № 10. – С. 803-809.
5. Бойков, Л. М. Теплотехника. Термодинамика и теплопередача: учебное пособие. — СПб.: ВШТЭ СПбГУПТД, 2022.
6. Зайнуллин, Л. А. Камерная термическая печь с равномерным распределением температуры по объему рабочего пространства / Л. А. Зайнуллин, А. О. Малков // Теплотехника и информатика в образовании, науке и производстве : сборник докладов IX Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных (TИМ’2021) с международным участием (Екатеринбург, 13–14 мая 2021 г.). — Екатеринбург: УрФУ, 2021. — С. 46-50.
7. Ишимбаев, А. В. Совершенствование конструкции камерной нагревательной печи с изменяющейся рабочей температурой / А. В. Ишимбаев, В. И. Матюхин // Теплотехника и информатика в образовании, науке и производстве : сборник докладов IX Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных (TИМ’2021) с международным участием (Екатеринбург, 13–14 мая 2021 г.). — Екатеринбург: УрФУ, 2021. — С. 62-64.
8. Мостовенко, Л. В. Основы промышленной теплоэнергетики : учебное пособие / Л. В. Мостовенко, В. П. Белоглазов. — Нижневартовск : НВГУ, 2021.
9. Черемискина, Н. А. Особенности конструкции термической печи с барабанным механизмом перемещения заготовок / Н. А. Черемискина, Н. В. Щукина, Н. Б. Лошкарев, В. В. Лавров // Известия высших учебных заведений. Черная Металлургия. 2021. – Т. 64, № 2. – С. 89–94.