Назначение печей сопротивления. Нагревательные элементы печей. Электрооборудование установок печей сопротивления

Введение

Электрический нагрев широко применяется на предприятиях при производстве фасонного литья из металлов и сплавов, нагрева заготовок перед обработкой, термической обработки деталей и т.д.

Электротермической установкой называют комплекс, состоящий из электротермического оборудования (электрической печи или электротермического устройства, в которых электрическая энергия преобразуется в тепловую), и электрического, механического и другого оборудования, обеспечивающего осуществление рабочего процесса в установке.

На конструкцию печей сопротивления существенно влияют характер работы и особенности загрузки и выгрузки нагреваемых материалов, а также температурные условия, наличие или отсутствие искусственной атмосферы в рабочем пространстве печи.

По способу загрузки и характеру работы во времени различают печи периодического (садочные) и непрерывного (методические) действия. В печи периодического действия после загрузки нагреваемое тело не изменяет своего положения в течение всего времени тепловой обработки, т. е. до момента выгрузки. В печи непрерывного действия нагреваемые изделия загружаются с одного конца печи, постепенно перемещаются по ее длине, прогреваясь до заданной температуры, и выдаются с другого конца печи. Такие печи используются, в частности, в автоматических технологических линиях.

Для электропечей сопротивления нагреватели изготовляются из жаропрочных материалов, стойких к окислению кислородом воздуха при высоких температурах, с высоким удельным электросопротивлением и малым температурным коэффициентом электросопротивления. Они не должны обладать заметным старением, т, е. изменением электрических свойств во времени.

Наибольшее, распространение получили проволочные и ленточные нагреватели из хромоникелевых и хромоалюминиевых сплавов, изготовляемые в виде секций, Проволочные нагреватели выполняют зигзагообразными и спиральными, ленточные, зигзагообразными.

Электропечная установка сопротивления имеет следующие основные элементы: собственно электропечь; вспомогательные механизмы печи с электроприводом (или с гидро- и пневмоприводом), обеспечивающие загрузку и выгрузку нагреваемых изделий и материалов или перемещение их в рабочем пространстве печи, подачу впечь воздуха или газа; комплектующее электрооборудование – трансформатор или автотрансформатор для согласования напряжения питающей сети с напряжением на нагревателях, а в некоторых установках и для регулирования напряжения на нагревателях; щиты, пульты, станции, управления для включения и отключения печи, автоматического регулирования температуры, управления приводами и системой подачи газа в печь с защитной или специальной атмосферой, либо вакуумной системой вакуумных печей; датчики систем измерения и автоматического регулирования температуры печи, а также измерения и контроля вакуума или давления газа и других параметров.

Электрические печи сопротивления применяются для плавки всех легкоплавких припоев и припоев на алюминиевой и магниевой основах. Удельное сопротивление зависит от температуры различных проводников-нагревателей. Электрические печи сопротивления представляют собой теплоизолированное пространство с нагревательными элементами для преобразования электроэнергии в тепло.

Электрический нагрев широко применяется на предприятиях при производстве фасонного литья из металлов и сплавов, нагрева заготовок перед обработкой, термической обработки деталей и т.д.

Электротермической установкой называют комплекс, состоящий из электротермического оборудования (электрической печи или электротермического устройства, в которых электрическая энергия преобразуется в тепловую), и электрического, механического и другого оборудования, обеспечивающего осуществление рабочего процесса в установке.

Индукционные ЭТУ включают в себя плавильные и нагревательные установки, а по частоте питающего тока охватывают широкую полосу от промышленной частоты (50 Гц) до средней (0,5–10 кГц) и высокой (сотни и тысячи килогерц).

Для рабочего процесса индукционных плавильных печей характерно электродинамическое и тепловое движение жидкого металла в ванне или тигле, способствующее получению однородного по составу металла и его равномерной температуры по всему объему, а также малый угар металла (в несколько раз меньше, чем в дуговых печах). Эти факторы обусловили широкое применение индукционных плавильных печей при производстве фасонного литья из черных и цветных металлов.

Установки высокочастотного диэлектрического нагрева подразделяют на три вида.

Установки первого вида применяются в процессах обработки крупных изделий, требующих быстрого нагрева в однородном электрическом поле: сушка различных волокнистых материалов, целлюлозы и лесоматериалов, обжиг электроизоляторов и фарфоровых изделий, производство звуко- и теплоизоляционных материалов, сварка пластмасс и полимерных материалов.

Установки второго вида применяются для нагрева протяженных плоских изделий: сушка текстильного волокна, рисунков на тканях, бумаги, химических препаратов, полимеризации клеев, нагрев каучука, пастеризация.

Технологии индукционного и диэлектрического нагрева вследствие высокой эффективности получили широкое распространение во многих технологических операциях в тяжелом машиностроении, энергетике, металлургии, транспорте. Используется для прямоточного нагрева жидкостей, при сборке и разборке узлов машин и механизмов, сопрягаемых посредством горячей посадки, для нагрева стальных изделий перед штамповкой, восстановительной наплавкой, при производстве бесстыкового железнодорожного пути и т. д.

Электрический нагрев широко применяется на предприятиях при производстве фасонного литья из металлов и сплавов, нагрева заготовок перед обработкой, термической обработки деталей и т.д.

Электротермической установкой называют комплекс, состоящий из электротермического оборудования (электрической печи или электротермического устройства, в которых электрическая энергия преобразуется в тепловую), и электрического, механического и другого оборудования, обеспечивающего осуществление рабочего процесса в установке.

Печь прямого нагрева (рис. 1) – трехфазная; ее основное назначение – выплавка стали, в первую очередь высоколегированных, сортов, из металлического лома (скрапа). Сварной металлический кожух 1 печи состоит из днища, обычно сфероконической формы, и стенки, выполняемой в виде цилиндра или комбинации цилиндра и усеченного конуса. Верхняя часть кожуха усилена кольцом жесткости 4 (например, из швеллера).

Внутри кожух имеет футеровку 3, которая образована слоем теплоизоляции и слоем кирпичной огнеупорной кладки. На под печи дополнительно укладывается непроницаемый для расплавленного металла 15 набивной слой из смеси огнеупорного порошка с жидким стеклом или смолой. Слив металла производится через выпускное отверстие и желоб 2. На противоположной желобу стороне находится рабочее окно 14, закрываемое дверцей. Рабочее окно предназначено для наблюдения за процессом плавки и выполнения необходимых операций в ходе плавки.

Печь косвенного нагрева (рис. 2) выполняется однофазной и служит для плавки металлов с температурой плавления не выше 1300–1400 °С. В основном такие печи применяют с целью переплава цветных металлов и сплавов, а также чугуна для фасонного литья в небольших литейных цехах. В печи косвенного нагрева очаг высокой температуры (дуга) находится на некотором расстоянии от поверхности металла, поэтому угар и испарение металла намного меньше, чем в печах прямого дугового нагрева. Кожух печи 1 с футеровкой 2 из теплоизоляционного и огнеупорного слоев имеет бочкообразную (как на рисунке) или цилиндрическую форму, расположен горизонтально и уложен опоясывающими его ободьями 5 на четыре роликовые опоры 3. В средней части кожуха расположено рабочее окно, обрамленное литой рамой 11 и служащее для загрузки печи и слива металла. В нижней части рама образует носок 13 для слива. Окно имеет дверцу 12, футерованную с внутренней стороны.

Дуговая печь – это печь, в которой используется тепловой эффект электрической дуги. Основным назначением такой печи является плавление высоколегированных сталей, но также возможна плавка и других материалов.

Дуговые печи находят применение в металлургии для выплавки стали и чугуна, а также в химической промышленности для производства карбида кальция, фосфора и т.д.

К достоинствам дуговых печей следует отнести: возможность плавки лома любого состава; точное регулирование температуры расплава и его химического состава.

Электрической сваркой называет способ получения неразъемного соединения металлических деталей путем их местного нагрева до жидкого или пластического состояния с использованием для нагрева электрической энергии. Наиболее распространенные виды электросварки – дуговая и контактная.

При дуговой электросварке соединяемые детали обычно нагреваются вместе с присадочным материалом при помощи электрической дуги, температура в которой превышает 5000 °C. В зоне сварки создает ванночка расплавленного металла, которая при охлаждении затвердевает и образует сварной шов, прочно соединяющий свариваемые детали.

По особенностям использования электрической дуги различают сварку открытой дугой, закрытой дугой под слоем флюса, защищенной дугой в среде защитного газа. В зависимости от степени механизации и автоматизации процесс сварки говорят о ручной, полуавтоматической и автоматической сварке. Сварка может производится на постоянном и на переменном токе однофазной и (реже) трехфазной дугой. Сварка на постоянном токе дороже и требует более сложного оборудования, но дает более высокое качество сварного шва.

Технология электродуговой сварки – это универсальная, популярная для применения практически в любых условиях методика соединения частей из различных металлических сплавов. Оборудование такого вида отличается такими преимуществами:

- выполнять процесс сварщик может в любом удобном для него положении, что позволяет организовать эффективную работу с деталями и конструкциями любых размеров и сфер применения;

- проводить сварочные работы можно в местах с минимальным количеством свободного пространства и в разных условиях;

- универсальность – сварщик за несколько минут может настроить оборудование для обработки самых разных видов и типов металлических деталей (по особенностям сплавов и сферам применения компонентов); такой оперативный переход позволяет снизить количество необходимых агрегатов, что удобно для использования в мастерской и для организации работы на выезде.