Размещение металлических нагревателей.
Расчет и размещение нагревателей.
В электропечах применяются нагреватели, которые при пропускании электрического тока вследствие высокого электросопротивления нагреваются и излучают тепло. Различают электронагреватели – металлические и неметаллические. Кроме того, в электродных печах-ваннах нагревающимся сопротивлением являются расплавленные соли.
Металлические нагреватели можно разделить на две группы: открытого и закрытого типа. Последние подразделяются также на две группы по виду муфелирования – с муфелированием загрузки и с муфелированием нагревателя.
Металлические нагреватели применяются в тех печах, где рабочая температура не превышает 1100 оС. (Разработаны сплавы сопротивле-ния для работы до 1400 оС).
Наиболее распространенными материалами для металлических нагревателей являются сплавы типа нихромов (т.е. Ni с Cr) и хромоалюминиевые сплавы. Они могут содержать: не более 0,05 – 0,15% С; £1,2% Si; £1,5% Mn; 12 – 37% Cr; до 7,8% Ni; до 7,5% Al; до 0,9% Ti (остальное Fe).
Эти сплавы применяются в прокатанном (лента, полоса, проволо-ка) или в литом виде. Лучшие нихромы для нагревателей содержат до 80% Ni и 20% Cr (Х20Н80). Сплавы обладают тем большей стой-костью, чем меньше в них содержится углерода и железа. Физические свойства некоторых сплавов и тугоплавких металлов, применяемых для изготовления электронагревателей даны в приложении 11.
Для получения высокого электросопротивления металлический нагреватель должен иметь значительную длину. Поэтому проволока навивается в спираль (или укладывается в зигзаг), а лента - зигзагообразно. Таким образом, существует три самых распространенных вида металлических нагревателей открытого типа:
|
|
|
- проволочные зигзагообразные (рис. 11а);
- ленточные зигзагообразные (рис. 11б);
- проволочные спиральные (рис. 11в).
Проволочные спиральные нагреватели изготавливаются из проволоки диаметром 3¸5,5 мм (при большем диаметре трудно свить спираль) и применяются в низкотемпературных печах с развитой циркуляцией атмосферы (т.е. с вентилятором) или в тех случаях, когда нет возможности применить понижающий трансформатор (т.е. когда напряжение на нагревателях U=220 или 380 вольт, т.к. P=U2/R). Диаметр спирали 
рекомендуется в пределах 40-100 мм, шаг спирали е - от 20 до 30 мм, при этом соотношение 
должно быть не менее 2 (иначе появляется опасность короткого замыкания между соседними витками).
Проволочные зигзагообразные нагреватели изготавливаются из проволоки Æ 5,5¸12 мм и применяются в среднетемпературных печах, как правило, при пониженном напряжении. Высота зигзага 
рекомендуется в пределах 150-300 мм, Шаг зигзага 
должен быть не менее 
. При меньшем радиусе изгиба зигзага возможно появление трещин на поверхности проволоки и, следовательно, уменьшение поперечного сечения.
|
|
|
Ленточные зигзагообразные нагреватели применяются в тех же случаях, что зигзагообразные проволочные, но с точки зрения простоты изготовления и монтажа бесспорное преимущество имеют последние. Кроме того, если сравнивать проволочный и ленточный нагреватели одного и того же поперечного сечения (т.е. одинакового сопротивления), то проволочный нагреватель, имея примерно вдвое меньший периметр поперечного сечения, является значительно более стойким против окисления, чем ленточный. Толщина ленты обычно от 1 до 4 мм, соотношение 
, высота зигзага, как и для проволочных – рекомендуется от 150 до 300 мм. Из соображений электробезопасности соотношение шага зигзага к ширине ленты 
должно быть не менее 1,8. Лента сечением ³1´10мм применяется до 1000 оС, а сечением ³2´20 мм – при более высоких температурах.
Размещение металлических нагревателей.
В соответствии с расположением садки в печи и требованиями технологического процесса выбирается расположение нагревателей в рабочей камере печи. При этом нужно пользоваться следующими рекомендациями:
|
|
|
- если технологический процесс требует высокой равномерности нагрева, то нагреватели располагают не только на боковых стенках печной камеры, но и на своде, на поду, на задней стенке и на дверце; в шахтных печах – на стенках, на дне и крышке;
- при нагреве крупных и длинных изделий в шахтных печах основная мощность нагревателей должна быть сосредоточена на стенках;
- при нагреве низких и плоских изделий основная мощность должна быть на своде и на поду;
- на поверхностях, не играющих существенной роли в передаче тепла изделиям, мощность нагревателей должна покрывать лишь тепловые потери;
- в больших печах даже на участках с одинаковой температурой устанавливаются несколько тепловых зон, что обеспечивает равномерное распределение температуры по длине этого участка.
Боковые спиральные нагреватели размещаются:
- на керамических полочках (при диаметре проволоки 4-7 мм) (рис. 12),
- на металлических рамах с помощью керамических колец (рис. 13),
- на керамических трубках (рис. 14).
Сводовые спиральные нагреватели размещаются:
- в щелях на своде (рис 15),
- на керамических трубках (рис. 16).
Подовые спиральные нагреватели размещаются в щелях на поду (рис. 17).
|
|
|
Проволочные зигзагообразные боковые нагреватели подвешиваются на жароупорных или керамических крючках (штырях) (рис. 18), забиваемых под углом 450 в огнеупорную кладку, обязательно в согнутом состоянии для уменьшения контакта с футеровкой
Сводовые зигзагообразные проволочные нагреватели размещаются:
- на крючках (рис. 18),
- на керамических полочках (рис. 19).
Подовые проволочные зигзагообразные нагреватели размещаются в углублениях пода, обязательно в согнутом состоянии (рис. 18).
Боковые ленточные нагреватели подвешиваются на крючках (не вплотную к стенке печи) (рис. 20). Для предотвращения замыкания витков могут устанавливаться керамические распорные изоляторы.Сводовые ленточные нагреватели подвешиваются, как и проволочные зигзагообразные (рис. 20), а подовые – с обязательным углублением для окалины (рис. 20).
При температурах более 900 0С рекомендуется не допускать непосредственного соприкосновения нагревательных элементов с шамотной
кладкой во избежание образования легкоплавких соединений металла нагревателя с отдельными компонентами огнеупорного материала, например, окислами железа. В этом случае необходимо применять керамические детали из высококачественных огнеупоров (шамот класса А, высокоглиноземистый огнеупор, электрокорунд).
Поскольку часть нагревателя должна проходить сквозь футеровку, которая имеет большое термическое сопротивление, то на этой части всегда 
будет наблюдаться значительный перегрев, по сравнению с основной частью нагревателя, находящегося непосредственно во внутреннем пространстве печи. Этого допускать нельзя, поэтому любой металлический нагреватель состоит минимум из трех частей – собственно нагреватель и два утолщенных конца - выводы. Именно вывод и проходит через футеровку и его большее сечение обладает меньшим электросопротивлением и, следовательно, выделяется меньше тепла и вывод нагревается до существенно более низких температур, чем собственно нагреватель.
Нагреватели для печей прямоугольной формы выполняются в одной плоскости c выводами (рис. 21).
Нагреватели для печей цилиндрической формы выполняются в разных плоскостях с выводами (рис. 22).
Наиболее слабое 
место нагревателей – место их соединения с выводами т. к. вывод должен иметь существенно большее сечение, чем нагреватель, чтобы меньше нагреваться. Обычно поперечное сечение вывода не менее, чем в 3 раза превышает сечение нагревателя. Качество соединения нагревателя с выводом (который должен изготавливаться из того же материала) во многом определяет срок службы нагревателя. Соединение нагревательных элементов с выводами обычно выполняется посредством электрической или газовой сварки (рис. 23) 
.
При выборе внутренних размеров печей следует учитывать, что нагревательные элементы должны отстоять от нагреваемых изделий или транспортных устройств на расстоянии 100¸200 мм. Сами нагревательные элементы, расположенные на стенках и своде, выступают внутрь печи на 50¸150 мм.
В муфельных и трубчатых печах (небольшого сечения) проволочные и ленточные нагреватели наматываются непосредственно на керамический муфель или трубку, причем, для того, чтобы витки намотки при расширении от нагрева не ослабевали и не сдвигались с места, керамика снабжается пазами, в которые и закладывается лента или проволока. Другой способ закреп 
ления витков нагревателя на керамике заключается в обмазке последней после намотки слоем огнеупорной глины с шамотом.
Неметаллические нагреватели.
Для получения рабочей температуры выше 1100 оС в качестве элементов сопротивления применяют неметаллические нагреватели (рис. 24). Они представляют собой стержни, изготовленные, в основном, из карбида кремния – карборунда (94,4% SiC – силит, 96% SiC – глобар), максимальная рабочая температура – 1500 оС (рис. 24а и 24б) (см. приложение 11). Большое распространение находит и применение в качестве материала для неметаллических нагревателей дисилицида молибдена MoSi2 (рис. 24в и 24г). Его рабочая температура может достигать 1650 оС (см. приложение 12).
Силитовые нагреватели изготавливают диаметром 4¸30 мм, длиной рабочей части 100-800 мм, общая длина - от 300¸1520 мм. Крупные нагреватели делают составными. Их размеры: диаметр рабочей части – 25-32 мм, длина рабочей части – 300-2000 мм, полная длина – до 3200 мм. Карборундовые нагреватели выдерживают нагрев до 1500 оС в течение 2000 час, но при работе свыше 1000 часов они стареют, т.е. увеличивают свое сопротивление. Поэтому для сохранения требуемой температуры нагрева необходимо изменять напряжение, подаваемое на нагреватель.
Силитовые нагреватели устанавливаются чаще всего вертикально, с двух боковых сторон рабочей камеры печи (но можно и горизонтально), а глобаровые (из-за их хрупкости) - только вертикально. Если стержни изготавливать постоянного сечения, то необходимо места токоподвода охлаждать. Поэтому чаще всего концы стержней изготавливаются утолщенными или из массы, имеющей меньшее сопротивление, и они не так нагреваются, как средняя часть.
Основными недостатками карборундовых нагревателей являются их малая механическая прочность в нагретом состоянии, большой температурный коэффициент сопротивления, высокая хрупкость и старение в процессе работы, проявляющееся в увеличении сопротивления (особенно в первые часы работы – на 15-20% за первые 60-80 часов).
Нагреватели из дисилицида молибдена изготавливают с диаметром рабочей части 6 мм и длиной от 150 до 800 мм, с диаметром и длинной выводов, соответственно, 12 мм и 125-500 мм.
Дата добавления: 2018-02-15; просмотров: 2649; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!