Електричні печі нагріву опором
Піч опору являє собою футерованную камеру. Тепло виділяється в нагрівачі, після чого віддається нагрівається виробу.
Електричні печі опору за способом перетворення електричної енергії в теплову розділяються на печі побічної дії та установки прямого нагріву.
Класифікація печей нагріву опором за технологічним призначенням
За технологічним призначенням печі опору непрямого нагріву можна розділити на три групи:
1) термічні печі для різних видів термічної і термохімічної обробки чорних і кольорових металів, скла, кераміки, металокераміки, пластмас та інших матеріалів;
2) плавильні печі для плавки легкоплавких кольорових металів і хімічно активних тугоплавких металів і сплавів;
3) сушильні печі для сушіння лакофарбових покриттів, ливарних форм, обмазок зварювальних електродів, металокерамічних виробів, емалей і т. П.
Класифікація електричних печей нагріву опору за характером роботи
Електричні печі опору зазвичай використовують для термічної обробки виробів, які повинні змінювати свою температуру у відповідність із заданим режимом обробки. За першим способом виріб поміщається в камеру печі і змінюють температуру всередині камери відповідно до графіка обробки, потім виріб випускають, завантажують нове, цикл повторюється. Такий спосіб прийнятий в печах періодичної дії (садочние печі). Є два види садочних печей - камерні і шахтні.
Для печі періодичної дії (садочної) характерно незмінне положення тіла, що нагрівається (садки) протягом усього часу перебування в печі. Цикл роботи печі включає завантаження, теплову обробку за заданим режимом і вивантаження. Піч може працювати цілодобово (тоді цикли безперервно слідують один за одним) або з перервами - в одну або дві зміни.
За другим способом камерні печі опору створюють кілька температурних зон відповідно до необхідного графіком обробки виробу. Оброблюваний виріб переміщається із заданою швидкістю від завантажувального вікна до розвантажувального. При такій організації процесу можливий рух виробів безперервним потоком. Це печі безперервної дії (методичні).
Ці печі використовують в умовах серійного виробництва, автоматизація технологічного процесу передбачає забезпечення:
1. Автоматичного переміщення вироби із заданою швидкістю всередині печі.
2. Автоматичну подачу необроблених виробів і прибирання оброблених.
3. Автоматична стабілізація t ° в температурних зонах печі.
Печі безперервної дії особливо зручні для роботи в поточних технологічних лініях з металообробними верстатами та іншими агрегатами та пристроями.
Класифікація електричних печей нагріву опором по температурному режиму
Печі опору непрямого нагріву розділяються по температурному режиму на низько-, середньо-і високо температурні.
У перших верхня температурна межа лежить в межах 600-650 ° С і процеси теплообміну йдуть з значною або навіть переважною роллю конвекції. Низькотемпературні печі часто називають конвекційними печами.
У середньо- та високотемпературних печах теплообмін усередині печі здійснюється в основному випромінюванням, а частка конвективного теплообміну незначна. Печі з переважаючим променистим теплообміном іноді називають радіаційними.
Середньотемпературні печі мають верхню температурну межу 1200-1250 ° С, яка визначається можливістю застосування для нагрівальних елементів спеціальних сплавів опору. Технологічні застосування цих печей досить великі: процеси загартування, нормалізації, відпалу, термохімічних обробка чорних металів, нагрівання під обробку тиском чорних і кольорових металів і т. П.
Названі групи печей відрізняються як конструктивно, так і механізмом передачі тепла від нагрівача до виробу. Таким чином, в низькотемпературних печах основним механізмом передачі тепла є конвекція, тобто в таких печах тепло передається потоком циркулюючого повітря. Для інтенсифікації процесу теплопередачі низькотемпературні печі зазвичай постачають вентилятором і нагрівач іноді розміщується в окремій камері. Ця камера пов'язана з основною камерою каналами для циркуляції повітря. В середньо та високо температурних печах основне тепло від нагрівача до виробу передається випромінюванням. Т.ч. в даних печах установка вентилятора не потрібна, але необхідно наявність оптичного зв'язку між нагрівачем і виробом, тобто вони повинні бути розміщені в загальній камері.
Інші конструктивні відмінності пов'язані з пристроєм футерування і матеріалом нагрівальних елементів. У низькотемпературних печах футерування містить тільки теплоізоляційний шар, а жорсткість футерування забезпечується двома пов'язаними між собою зовнішніми і внутрішніми каркасами.
У среднетемпературних печах в футеровці з'являється вогнетривкий шар, виконаний їх легковеса. Цей шар має механічну зв'язок із зовнішнім каркасом печі, в зв'язку з чим потреба у внутрішньому каркасі відпадає.
У високотемпературних печах вогнетривкий шар виконаний з шамоту. Між вогнетривким шаром і шаром теплоізоляції вводиться додатковий шар легковеса для зниження температури теплоізоляції до допустимої.
В низько і середньо температурних печах використовуються металеві нагрівачі їх фехралю і константана при t ° до 800 ° С і ніхрому до 100 ° С.
У високотемпературних печах зазвичай використовують неметалеві нагрівачі (карборундові, графітові, вугільні). Такі нагрівачі можуть значно змінювати свій опір при нагріванні і в процесі експлуатації. Крім того, для надійної роботи такі нагрівачі повинні розігріватися поступово при малій потужності (інакше вони розтріскаються).
Облік цих специфічних особливостей призводить до необхідності застосовувати в високотемпературних печах ті чи інші засоби регулювання напруги, що підводиться (автотрансформатор. Регульований трансформатор).
Для багатьох технологічних процесів потрібні вакуум або інертні гази в робочому просторі печі, тому в ряді випадків печі опору виконують вакуумними, газонаповненими або вакуумно-компресійними.
Типи і конструкції печей опору непрямого нагріву
Електричні печі опору періодичної дії
Електропечі опору періодичної дії різноманітні за конструкцією, їх застосовують в індивідуальному або дрібносерійного виробництва. З них найбільш широко поширені ковпакові, елеваторні, камерні і шахтні печі.
Ковпакова піч - піч періодичної дії з відкритим знизу підйомним нагрівальним ковпаком і нерухомим стендом. Нагріваються деталі (садка) 5 за допомогою підйомно-транспортних пристроїв поміщаються на стенд 1. Поверх них спочатку встановлюється жароміцний ковпак - муфель 3, а потім основний ковпак 2 камери печі, виконаної з металевого каркаса з вогнетривкої футеровкою. Нагрівальні елементи 4 розташовані по бічних стінок ковпака і в кладці стенду. Харчування нагрівальних елементів здійснюється за допомогою гнучких кабелів і штепсельних роз'ємів.
Печі опору періодичної дії: а - Ковпакова; б - елеваторна; в - камерна; г - шахтна; 1 - стенд; 2 - камера печі; 3 - жароміцний муфель; 4 - нагрівальні елементи; 5 - виріб, що нагрівається (садка); 6 - опускається під; 7 - підйомний пристрій; 8 - звід; 9 - механізм підйому склепіння
У колпакових печах при кожному циклі втрачається лише теплота, запасені в муфелі і кладці стенду, що становить 10-15% від теплоти, запасеної в кладці ковпака.
Потужність колпакових печей досягає декількох сотень кіловат. Завдяки тому що ковпак і муфель можуть бути герметизовані, нагрів і охолодження садки можна проводити в захисній атмосфері.
Під печі піднімається і опускається гідравлічним або електромеханічним підйомником, який встановлений під камерою нагріву. Нагріваються вироби - садку 5 навантажують на візок, потім за допомогою лебідки просувають під піч і піднімають підйомником 7, усуваючи в камеру. Після закінчення технологічного процесу під опускається і виріб знімається.
У низькотемпературних печах нагрівачі 4 розташовані на стінках. У високотемпературних печах нагрівачі розташовані на стінках і в поду.
Елеваторні печі служать для відпалу, емалювання, цементації, випалювання керамічних виробів, спікання і металізації деталей.
Печі комплектуються багатоступінчатими трансформаторами.
Камерна електропіч - піч періодичної дії з камерою нагріву, завантаження і розвантаження садки якої виробляються в горизонтальному напрямку. Камерна піч складається з прямокутної камери 2 з вогнетривкої футеровкою і теплоізоляцією, перекритої склепінням 8 і вміщеній в металевий кожух. Піч завантажується і вивантажується через закривається дверцятами отвір в передній частині.
У поду камерної печі зазвичай є Жаротривка плита, на якій розташовані нагрівачі 4. У печах до 1000 К теплообмін забезпечується за рахунок випромінювання або вимушеної конвекції, яка забезпечується замкнутою циркуляцією атмосфери для печей.
Електропечі опору безперервної дії (методичні печі)
Часто печі безперервної дії об'єднують в один повністю механізований і автоматизований агрегат, що складається з декількох печей. Зокрема, така лінія може включати в себе гартівну і відпускну печі, гартівний бак, мийну машину і сушарку.
Конструкції печей безперервної дії розрізняються в основному механізмами переміщення нагріваються виробів в робочому просторі печі.
Конвеєрна піч - піч безперервної дії з переміщенням садки на горизонтальному конвеєрі.
Схема конвеєрної електропечі: 1 - теплоізольований корпус; 2 - завантажувальний вікно; 3 - виріб, що нагрівається; 4 - нагрівальні елементи; 5 - конвеєр
Під печі являє собою конвеєр - полотно, натягнуте між двома валами, які приводяться в рух спеціальними двигунами. Нагріваються вироби укладаються на конвеєр і пересуваються на ньому через робочий простір печі. Конвеєрна стрічка може бути виконана плетених з нихромовой сітки, штампованих пластин і з'єднують їх прутків, а також для важких нагріваються виробів - з штампованих або литих ланцюгових ланок.
Конвеєр розміщується цілком в камері печі і не остигає. Однак вали конвеєра знаходяться в дуже важких умовах і вимагають водяного охолодження. Тому часто кінці конвеєра виносять за межі печі. У цьому випадку значно полегшуються умови роботи валів, але зростають втрати теплоти в зв'язку з охолодженням конвеєра у розвантажувальних і завантажувальних решт. Нагрівачі в конвеєрних печах найчастіше розміщуються на зводі або в поду під верхньою частиною стрічки конвеєра, рідше - на бічних стінках.
Конвеєрні нагрівальні печі в основному застосовуються для нагріву порівняно дрібних деталей до температури близько 1200 К.
Схема толкательной печі: 1 - штовхач з приводним механізмом; 2 - нагріваються вироби; 3 - теплоізольований корпус; 4 - нагрівальні елементи; 5 - подини печі; 6 - гартівна ванна
Для високих температур (вище 1400 К) застосовуються печі безперервної дії з переміщенням садки шляхом проштовхування вздовж робочого простору - толкательние печі. Вони застосовуються для нагріву як дрібних, так і великих деталей. На поду таких печей встановлюються напрямні у вигляді труб, рейок або роликового поду, виготовлених з жаротривкого матеріалу, і по ним в зварних або литих спеціальних піддонах переміщаються нагріваються вироби.
Переміщення піддонів забезпечується електромеханічними або гідравлічними штовхають пристроями. Основна перевага таких печей перед іншими типами - їх відносна простота, відсутність складних деталей з жаротривких матеріалів. Їх недоліки - наявність піддонів, застосування яких веде до збільшення теплових втрат і до підвищеної витрати електричної енергії, обмежений термін служби піддонів.
Толкательние печі. призначені для нагріву великих заготовок правильної форми, виконують без піддонів. При цьому нагріваються вироби укладають в піч впритул безпосередньо на напрямні.
Толкательние водневі печі призначені для різних технологічних процесів, що вимагають нагріву в водні або диссоциированном аміаку. Вони широко застосовуються в електроламповому виробництві, при виробництві металокерамічних деталей і твердих сплавів, для випалу і спікання кераміки, для відпалу і пайки металевих деталей і т. Д.
При використанні в якості захисного газу водню або диссоциированного аміаку на завантажувальних і розвантажувальних камерах печі передбачені «свічки» для контролю заповнення її робочим газом. Склад робочого газу кожної печі регулюється самостійно і витрата його контролюється за допомогою витратомірів для водню і азоту. Розвантажувальні камери печей мають запобіжні клапани для захисту від руйнування в разі утворення в них вибухонебезпечної суміші.
Протяжна електропіч - піч безперервної дії для нагріву дроту, прутків або стрічки шляхом безперервної протягання через камеру нагріву. Вона являє собою муфель з нагрівачами, через який пропускається виріб, що нагрівається.
Протяжна електропіч: 1 - теплоізоляційний корпус; 2 - нагрівач; 3 - муфель; 4 - виріб, що нагрівається
У протяжних печах застосовується також змішаний спосіб нагріву; прямий - за допомогою контактних приводних роликів і непрямий - за допомогою нагрівача. Непрямий нагрів забезпечує термообробку решт прутка на початку і в кінці процесу, коли прямий нагрів не може бути здійснений.
