Основні теоретичні положення

Печі для термічної обробки класифікують за різними ознаками: виду енергії, ступені механізації, за призначенням, способом завантаження.

Електричні печі за способом нагрівання, тобто перетворення електричної енергії в теплову, і підводу теплоти до тіла, що нагрівається діляться на дві основні групи:

1) Печі опору, принцип дії яких ґрунтується на виділенні в провідниках теплоти при проходженні по них електричного струму.

2) Індукційні печі і установки, в яких тіло, вміщене в змінне електричне поле і нагрівається завдяки електромагнітній індукції.

За способом завантаження та відповідно будовою розрізняють наступні схеми термічних печей (рисунок 2.1): з висувним дном; шахтні; камерні; елеваторні; конвеєрні; штовхаючі.

Термічна піч складається з наступних основних конструктивних елементів: каркасу, футеровки, механізмів переміщення деталей через піч, механізмів завантаження і вивантаження, нагрівних елементів, електрообладнання.

 

а – з висувним дном; б – шахтна; в – камерна; г – елеваторна;

д – конвеєрна; е – штовхаюча

 

Рисунок 2.1 – Схеми термічних печей

 

Печі, як правило, встановлюються на фундаменті. Геометрична форма фундаментів може бути різноманітною. Фундаменти захищають від дії високих температур (максимальна температура фундаменту не вища 200 °С). Каркас печі споруджують на фундаменті. Каркас призначений для того, щоб сприймати зусилля, які виникають від маси металу, який знаходиться в печі, футеровки печі, механізмів та інших елементів, які кріпляться до каркасу.

Печі футерують вогнетривкими і теплоізолюючими матеріалами. Цеглу вкладають на плашку, ребро і торець.

Під печі викладають на стальні листи каркасу. Під завжди роблять багатошаровим. Нижні шари, які називають вистилкою, викладають з теплоізоляційної цегли, а верхні шари з вогнетривкої цегли. Стіни печей викладають із цегли на плашку. Стіни роблять багатошаровими: внутрішні шари вогнетривкі, а зовнішні – теплоізоляційні. В стінах печей є отвори, робочі оглядові вікна, ремонтні люки, місця проходу елементів механізмів. Вікна в стінах перекривають арками або спеціальними плитами.

Зводи печей виконують у вигляді арок і плоских перекриттів. Арочні зводи набирають з прямих і клинових цеглин. Застосовують також змінні зводи для зручності ремонту футеровок печі.

Засувки мають литий або зварний каркас. Футеруються вогнетривким і теплоізоляційним матеріалом. Для відкривання і піднімання засувок і кришок механічних печей застосовують спеціальні механізми. Легкі кришки і засувки піднімаються і відкриваються за допомогою механізмів з ручним приводом. Для більш важких застосовують механізми з електроприводом і пневмоприводом.

Виводи електричних нагрівників опору пропускають через футеровку і каркас печі за допомогою спеціальної арматури.

Схема конструкції камерної електричної печі            СНЗ-4.8.2,6/10 з можливими нагрівниками і захисною атмосферою зображена на рисунку 2.2.

 

 

Рисунок 2.2 – Конструкція камерної електричної печі

СНЗ-4.8.2,6/10

Піч має герметичний каркас 4, герметичну засувку 1, футеровану шамотним вогнетривом. В засувці передбачено оглядове вікно. Металеві нагрівники 2, 3, 8 розміщені на зводі, бічних стінках і на поді. Деталі завантажуються і вивантажуються вручну, на жаростійку плиту, яка захищає подові нагрівники від попадання на них окалини. Футеровка печі 5 виконана вогнетривким шамотним і діатомітовим теплоізоляційним матеріалом. Подача захисного газу в пічний простір здійснюється газопроводом. Одночасно при підніманні засувки автоматично відключається нагрівники печі для запобігання ураження електричним струмом в момент завантаження і вивантаження деталей. Електроживлення до нагрівників підводиться струмопроводом 6. Піднімання і опускання засувки здійснюється вручну за допомогою важеля 9.

Одним з основних розрахунків при проектуванні електричних печей опору є визначення необхідних конструктивних розмірів їх нагрівних елементів. Виходять з наступних теплових розрахунків:

1) потужності печі:

 

P = Q_з K,                                (2.1)

 

де Q_з – загальні витрати тепла, кВт;

K – коефіцієнт запасу потужності, який враховує збільшення опору нагрівників по мірі їх експлуатації, а також можливі коливання напруги сітки (приймають рівним 1,2…1,3 – для неперервно працюючих і 1,4…1,5 – для періодично працюючих печей);

2) ідеальної питомої поверхневої потужності W_і (кВт/м²). яка була досягнута, якщо би в печі не було втрат:

 

,         (2.2)

 

 

де e_н, e_м  – степінь чорноти нагрівача і матеріалу що нагрівається;

T_н, T_м – температура нагрівача і матеріалу що нагрівається, К;

3) реальна питома поверхнева потужність нагрівачів:

 

W = a×W_і,                                   (2.3)

 

де a – коефіцієнт, який вводять в реальних умовах при розрахунку, величина якого залежить від природи матеріалу нагрівачів печі, їх конструкції і ін.

Знаючи величини потужності печі (зон печі) P, кВт, напругу мережі живлення U_м, В, питомий опір вибраного нагрівача r, Ом×м, питому поверхневу потужність W, кВт/м², можна визначити діаметр і довжину дротяного нагрівача за відповідними наступними формулам:

 

,                         (2.4)

 

                                    (2.5)

 

де U – розрахункова напруга одної фази, В;

P – фазова потужність, кВт;

W – реальна питома поверхнева потужність, кВт/м²;

r – опір одної фази нагрівача, Ом;

s – площа поперечного січення нагрівача, м².