Нагреватели для вакуумных печей.
Наряду с обычными материалами (Ni-Cr и Cr-Al-сплавы) в вакуумных электропечах для нагревателей применяют тугоплавкие металлы (W, Mo, Ta), легко окисляющиеся на воздухе, но хорошо работающие в вакууме. Широкое применение нашел и графит.
Конструкции нагревателей из нихромовых и хромоалюминиевых сплавов аналогичны применяемым в газонаполненных печах.
Спиральные и зигзагообразные нагреватели из Mo или W проволоки, опирающиеся на огнеупорные детали, мало отличаются от нихромовых. Однако они могут применяться только до температур 1600-1700 оС, т.к. при более высоких они взаимодействуют с кладкой, образуются эвтектики с низкой температурой плавления, нагреватель окисляется за счет кислорода, содержащегося в футеровочных материалах.
Проволочные нагреватели в виде шпилек или стержней применяются до 1700 оС (Mo) и до 2500 оС (W).
Нагреватели из тонкого молибденового или танталового листа (рис. 29) имеют предельные рабочие температуры, соответственно, 1700 оС и 2300 оС. По условиям теплопередачи такие нагреватели оптимальны, т.к. вся их поверхность участвует в теплообмене с нагреваемым изделием.
Недостатком нагревателей из листа и из проволоки в виде шпилек и стержней является трудность регулирования температуры по высоте рабочего пространства изменением мощности, подаваемой в соответствующую зону.
Нагреватели из тонкого листа могут достигать значительных размеров (диаметр - до 500 и высота - до 1300 мм).
|
|
|
Однако даже кратковременное нарушение вакуума может привести к выходу нагревателя из строя.
Широкое распространение нагревателей из графита связано с его высокой огнеупорностью, возможностью механической обработки на обычных металлорежущих станках, низкой его стоимостью и сравнительно высоким удельным электросопротивлением, мало изменяющимся с температурой.
Предельная температура применения графитовых нагревателей при давлениях 10-3 – 10-4 мм рт.ст. равна 2200 оС (при более низких давлениях – до 3000 оС). При более высоких температурах необходимо заполнение печи нейтральным газом до атмосферного или избыточного давления.
Механическая прочность графита с повышением температуры до 2500 оС несколько возрастает, а затем резко падает. Это дает возможность изготавливать горизонтальные нагреватели довольно большой длины, не опасаясь их изгиба и поломки.
По конструктивному признаку графитовые нагреватели можно подразделить на стержневые, трубчатые и секционные.
Стержневой нагреватель имеет среднюю рабочую часть и утолщенные выводные части. Рабочая часть выполняется зацело с выводами или соединяется с ними с помощью резьбы (рис. 30) Допускается сборка на резьбе не только выводных концов с рабочей частью нагревателя, но и отдельных участков рабочей части между собой. Такие нагреватели могут быть применены в электропечах почти с любой формой и размерами рабочего пространства.
|
|
|
Трубчатый нагреватель представляет собой графитовую трубу (диаметром до350 мм и длиной до1500 мм), охватывающую рабочее пространство печи. У него меньшие температурные перепады между нагревателем и загрузкой и меньшие тепловые потери, чем у стержневого. В некоторых случаях трубчатые нагреватели для увеличения сопротивления выполняют в виде свернутых в трубку зигзагов, имеющих прорези по образующей цилиндра. Но они не могут быть применены в печах с большим рабочим пространством.
Графитовые нагреватели могут быть одно- и трехфазными.
Секционные нагреватели состоят из отдельных секций, представляющих собой графитовые пластины, снабженные прорезями. Недостаток – большое количество токовводов и повышенные тепловые потери печи.
Недостаток графитовых нагревателей – легкая окисляемость на воздухе при температурах более 600 оС.
В вакуумных печах применяются также нагреватели из графитовой ткани. Графитовая ткань присоединяется к графитовым контактам. Необходимое сопротивление нагревателя обеспечивается изменением количества полотен ткани. Содержание углерода в ткани достигает 99,96%. Толщина нити, из которой соткана ткань, составляет 0,01 мм. Нагреватель имеет большой срок службы при рабочей температуре в печи 1300 – 1350 оС.
|
|
|
Расчет нагревателей вакуумных электропечей имеет целью определение геометрических размеров, электрических параметров и температуры нагревателя.
Размеры нагревателя определяют, исходя из размеров нагреваемого изделия, тепловых потерь и заданной равномерности распределения температуры в рабочем пространстве.
Зазор между нагревателем и изделием должен полностью устранять как возможность замыкания нагревателя на изделие, так и повреждение нагревателя при загрузке (выгрузке) печи.
Так как у вакуумных печей, особенно высокотемпературных, неизбежны повышенные тепловые потери в торцах рабочего пространства, то температура максимальна в центральной части печи и снижается и ее торцам. Поэтому длину нагревателей приходится выполнять намного большей, чем длина (или высота) садки, т.к. возможности регулирования мощности по зонам рабочего пространства ограничены.
|
|
|
Размеры нагревателя уточняют после расчета электрических параметров, с тем, чтобы напряжение и мощность нагревателя соответствовали данным стандартных трансформаторов.
Электрические параметры нагревателя (сопротивление, напряжение, ток) определяют обычным путем. Расчет ведут на номинальную мощность (полезную + потери) при максимальной рабочей температуре. Выбирая питающей трансформатор, необходимо учитывать пусковой режим холодной печи, т.к. сопротивление нагревателей в холодной печи в несколько раз меньше, чем в горячей.
Главной расчетной задачей является определение температуры нагревателей. Они зависят от многих факторов: мощность, температура нагреваемой садки, эффективная излучающая поверхность нагревателя, коэффициенты излучения нагревателя и садки, качество теплоизоляции печи и др.
При расчете стержневых графитовых нагревателей необходима проверка их прочности на изгиб. При этом нагреватель рассматривается как балка переменного сечения. Обычно в печах стержневые нагреватели расположены параллельно. Если протекающие в них токи велики, расстояние между ними мало, а длина их велика, то сила взаимодействия магнитных полей, протекающих по нагревателям токов, может оказаться достаточной для поломки нагревателей под действием этих сил.
Токоподвод к нагревателю осуществляют водоохлаждающим стержнем, соединяемым с нагревателем либо путем зажима под гайку, либо приваркой.
Дата добавления: 2018-02-15; просмотров: 3447; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!