WarmFires.ru

Рис. 70. Температурные зависимости коэффициента теплопроводности и удельной теплоёмкости стали: 1 - углеродистой стали Ст 3, 2 - жаростойкой хромистой стали (11-13% хрома), 3 - нержавеющей стали 1Х18Н10Т (15-22% хрома, 8-15% никеля).

С целью сохранения чистоты камней в современных банных печах каменку греют через разделительную металлическую нагревательную, отопительную, жаровую плиту (рис. 68в). В этом случае дымовым газам не приходится проходить через камни, и вопрос о необходимости снижения газодинамического сопротивления каменки не возникает. Если над свободной от камней металлической плитой образуется мощный конвективный воздушный поток - вертикальная струя (рис. 52), то насыпка камней гасит перемещения воздуха, особенно при высоких температурах, когда вязкость воздуха велика (рис. 69). Для более эффективного нагрева камней их зачастую заключают в ёмкость из стали, которая со всех сторон омывается дымовыми газами (рис. 68г). Такая конструкция каменки уже может оснащаться теплозащитной крышкой.

Самым горячим элементом каменки является её дно (дно металлического контейнера для камней). В связи с этим, напомним, что теплопроводность металлов очень высока: в 10 раз выше теплопроводности камней и в 1000 раз выше теплопроводности воздуха. С увеличением температуры теплопроводность металлов снижается, но незначительно, а теплоёмкость возрастает до уровня теплоёмкости камней (рис. 70). Это значит, что массивное дно контейнера каменки может обладать существенной долей теплоаккуму-лирующей способности всей каменки в целом. Более того, каменка, набранная из стальных пластин или выполненная в виде единого стального сердечника, погружённого в пламя, является самой легкопрогреваемой и самой теплоёмкой из всех возможных каменок того же объёма.

Рис. 71. Снижение предела текучести сталей в зависимости от температуры их нагрева в напряжённом состоянии: 1 - сталь горячека-танная Ст. 3 по ГОСТ 5521-76, 2 - сталь горяче-катанная Ст.5, 3 - сталь горячекатанная Ст. 5, упрочненная вытяжкой, 4 - обыкновенная закалённая арматурная проволока класса В-І.

Металлическое дно контейнера каменки (плита, поддон) нагревается под камнями до более высоких температур, чем свободное (без камней), так что корпус контейнера каменки должен изготавливаться из жаростойких металлов, причём с достаточной толщиной для предотвращения прогибов под тяжестью каменки при высоких температурах (И.Ф.Курин, Патент РФ №30420). В связи с этим отметим, что все стальные изделия теряют прочностные свойства при высоких температурах (размягчаются, «плывут»), что наряду с термическим расширением используется в металлообработке, в частности, в кузнечных производствах. Факт уменьшения прочности (сопротивления) наиболее ярко проявляется в случае термически упрочненных (закаленных) сталей (в частности, арматурной), претерпевающих при 200-550°С отпуск, а при 850°С отжиг (рис. 71). Поскольку сварка легированных жаростойких (в первую очередь, хромистых) сталей возможна лишь в заводских условиях, в быту самостоятельно изготавливаются печи из горячекатаной стали Ст. 3, надёжно работающей лишь до 400°С. При этом, если свободные от нагрузки стенки печи из стали Ст. 3 вполне надёжны при разогреве докрасна даже при толщинах 2 мм, то дно крупной каменки во избежание прогибов следует делать толщиной не менее 5 мм (лучше 10 мм или усиливать рёбрами жёсткости).

Прогибы стали за счёт её размягчения наносят намного больший вред, чем коррозия (прогары), но ещё опасней коробления за счёт термического расширения стали. Этот вопрос важен и для контейнеров каменок, и для стенок топливника. Каждый, кто имел дело с газовой или электрической сваркой, знает, что металл при нагреве «ведёт». Так, направляя пламя газовой горелки в центр стального листа, можно видеть, как металл, расширяясь, выгибается «горкой». Если металл охладить строго в той же последовательности, в которой он был нагрет, то он «сядет» без деформации. Но если при охлаждении последовательность не соблюдена (а это случается практически всегда, например, при проходе сварочной газовой горелкой шва или при прогорании рядом с металлом полена от одного конца до другого), то металлический лист коробится, становится волнистым. Особо неприятны последствия с образованием резких изломов (как при смятии бумаги), поскольку из-за хрупкости металла могут образоваться сквозные трещины, которые со временем в процессе эксплуатации только расширяются, в том числе и за счёт прогорания металла. Чем тоньше лист металла, тем более неоднородно он может быть нагрет, а затем охлаждён. При толщине листа металла, например 1 мм, топливник или близко расположенный к углям контейнер для камней наверняка рано или поздно искорёжится и треснет, даже если металл будет выбран жаростойкий, например, хромистая с (11-13)%Сг или хромо-никелевая с (15-22)% Сг и (8-15)% № (в частности, известная нержавеющая сталь 1Х18Н10Т). При толщине металла 2 мм коробление металла будет наблюдаться наверняка, но трещин можно избежать, а при толщине металла 3 мм и более состояние металлических стенок топливника печи может оставаться удовлетворительным, особенно если стенки будут сварены с рёбрами жёсткости.