Электрические печи сопротивления.

Печь сопротивления представляет собой футерованную камеру. Тепло выделяется в нагревателе, после чего отдается нагреваемому изделию.

Различают низкотемператулрные печи (до 650 °С), среднетемпературные (до 1250 °С) и высокотемпературные (>1250 °C).

Названные группы печей отличаются как конструктивно, так и механизмом передачи тепла от нагревателя к изделию. Таким образом, в низкотемпературных печах основным механизмом передачи тепла является конвекция, т.е. в таких печах тепло передается потоком циркулирующего воздуха. Для интенсификации процесса теплопередачи низкотемпературные печи обычно снабжают вентилятором и нагреватель иногда размещается в отдельной камере. Эта камера связана с основной камерой каналами для циркуляции воздуха. В средне и высоко температурных печах основное тепло от нагревателя к изделию передается излучением. Т.о., в данных печах установка вентилятора не нужна, но необходимо наличие оптической связи между нагревателем и изделием, т.е. они должны быть размещены в общей камере.

Другие конструктивные отличия связаны с устройством футеровки и материалом нагревательных элементов. В низкотемпературных печах футеровка содержит только теплоизоляционный слой, а жесткость футеровки обеспечивается двумя связанными между собой внешними и внутренними каркасами.

В среднетемпературных печах в футеровке появляется огнеупорный слой, выполненный их легковеса. Этот слой имеет механическую связь с внешним каркасом печи, в связи с чем надобность во внутреннем каркасе отпадает. В высокотемпературных печах огнеупорный слой выполнен из шамота. Между огнеупорным слоем и слоем теплоизоляции вводится дополнительный слой легковеса для снижения температуры теплоизоляции до допустимой. В низко и средне температурных печах используются металлические нагреватели их фехраля и константана при t° до 800 °С и нихрома до 100 °С. В высокотемпературных печах обычно используют неметаллические нагреватели (карборундовые, графитовые, угольные). Такие нагреватели могут значительно изменять свое сопротивление при нагреве и в процессе эксплуатации. Кроме того, для надежной работы такие нагреватели должны разогреваться постепенно при малой мощности (иначе они растрескаются). Учет этих специфических особенностей приводит к необходимости применять в высокотемпературных печах те или иные средства регулирования подводимого напряжения (автотрансформатор, регулируемый трансформатор).

Электрические печи сопротивления обычно используют для термической обработки изделий, которые должны изменять свою температуру в соответствие с заданным режимом обработки. Этот режим можно проиллюстрировать временной зависимостью:

График может быть любым.

Требуемый график может быть реализован двумя способами. По первому способу изделие помещается в камеру печи и изменяют температуру внутри камеры в соответствии с графиком обработки, потом изделие выпускают, загружают новое, цикл повторяется. Такой способ принят в печах периодического действия (садочные печи). Есть два вида садочных печей – камерные и шахтные.

Камерные представляют собой футерованную камеру с футерованной боковой дверью. Шахтныепредставляют собой футерованную камеру, закрытую сверху футерованной крышкой. Загрузка и выгрузка шахты печи может быть механизирована с помощью крана.

Камерные и шахтные печи используются при низких и высоких t°. Такие печи имеют низкую производительность и требуют использования ручного труда. Автоматизация технологического процесса сводится к регулированию температуры внутри печи по заданной программе.

По второму способу камерные печи сопротивления создают несколько температурных зон в соответствии с требуемым графиком обработки изделия.

Обрабатываемое изделие перемещается с заданной скоростью от загрузочного окна к разгрузочному. При такой организации процесса возможно движение изделий непрерывным потоком. Это печи непрерывного действия (методические). Эти печи используют в условиях серийного производства, автоматизация технологического процесса предполагает обеспечение:

1. Автоматического перемещения изделия с заданной скоростью внутри печи.

2. Автоматическую подачу необработанных изделий и уборки обработанных.

3. Автоматическая стабилизация t° в температурных зонах печи.

По способу перемещения изделия внутри печи различают печи:

1. Туннельная. Изделие размещено на футерованных тележках, которые двигаются по рельсам, движение с помощью лебедки.

2. Толкательная. Изделие размещается на футерованных поддонах, которые толкаются толкателем. Используется в зоне средних и высоких температур.

3. Конвейерная. Является основным типом методической мечи в зоне низких t° и при небольшой массе обрабатываемых изделий она используется при t° до 900 °С.

4. Карусельная. Используется в зоне средних и высоких t°.

5. Протяжная. Используется в зоне низких, средних и высоких t° для обработки проволоки или ленты.

Рассмотренные конструкции говорят о том, что возможно применение нерегулируемых ЭП.

Соляные ванны.

При нагреве изделий в жидкости может быть достигнуто существенное увеличение скорости нагрева, так как коэффициент теплоотдачи от жидкости к металлу имеет высокое значения. С другой стороны, благодаря наличию большей теплопроводности жидкости по сравнению с газами, распределение температуры в ней явление намного равномернее, чем в газе.

Наибольшую скорость нагрева изделия можно получить в жидком металле, например в свинце. Однако свинцовые ванны имеют ряд недостатков:

1. Вредность работы со свинцом.

2. Невозможность использования при t° > 800 °C.

3. Малая теплоемкость свинца.

Значительно более широко используются соляные ванны. В них изделие обрабатывается в расплавах селитр, щелочей, солей. Для любой температуры в диапазоне от 250 до 3300 °С можно подобрать такую соль или смесь солей, чтобы они при температуре не испарялись и в то же время были жидкотекучими. Соляные ванны могут быть выполнены с внешним нагревом с помощью нагревателей обычных конструкций и с внутренним обогревом трубчатыми герметичными нагревателями.

Селитровые и щелочные ванны имеют весьма большие размеры. Их длина 6-8 метров, мощность – несколько сотен кВт.

Ванны с внешним или внутренним обогревом применяются при t° от 450 до 525 °С. При t° > 500 °C применяют электродные ванны. В них нагревателем служит сама расплавленная соль, через которую проходит эл. ток.

Простейшей конструкцией является соляная ванна с охватывающими электродами.

Наибольшее распространение получили ванны с вынесенными электродами. Электроды находятся на расстоянии 25-50 мм от друга и часто отгораживаются от ванны перегородкой. Это делается для:

1. Исключения попадания линии тока в обрабатываемое изделие.

2. Улучшения циркуляции расплавленной соли ванны за счет перегрева теплоносителя в зоне нагрева.

По сравнению с обычными диэлектрическими печами, соляные ванны имеют преимущества:

1. Высокую скорость нагрева, следовательно, высокую производительность.

2. Легкость проведения различных видов термической и термохимической обработки.

3. Защита изделий от окисления в процессе нагрева и остывания.

Недостатки:

1. Большой удельный расход тепла за счет больших потерь зеркала ванны и трудности разогрева.

2. Трудность запуска ванны из холодного состояния, когда в твердой зоне проводят эл. ток.

3. Значительный расход соли.

4. Тяжелые условия труда.

Соляные ванны имеют мощность до 150 кВт и t° до 1300 °С.