Электропечь сопротивления (ЭПС)

Электрическая печь сопротивления – печь, в которой тепло выделяется в результате прохождения тока через проводники с активным сопротивлением. Электрические печи сопротивления широко применяются при термической обработке, для нагрева перед обработкой давлением, для сушки и плавления материалов. Возможностью равномерного нагрева изделий путём соответствующего размещения нагревателей по стенкам печной камеры или применением принудительной циркуляции печной атмосферы; лёгкостью автоматического управления мощностью, а следовательно, и температурным режимом печи; удобством механизации и автоматизации печей.

ЭПС широко используются в промышленности, лабораторных и научных исследованиях для плавления, сушки, предварительного нагрева, обжига, закалки и других видов термической обработки разнообразных материалов благодаря следующим достоинствам:

• возможность равномерного нагрева изделий до температур в 2500 °С.
• компактность конструкции и высокая мощность нагрева.
• автоматизация управления, возможность интегрирования в промышленные технологические цепочки.
• простота регулировки рабочих режимов, в том числе при сложных графиках температурного воздействия.
• использование эффективных средств герметизации – вакуум, среда защитных газов, совместимость с режимами специальной атмосферы при химико-термическом воздействии (при азотировании, цементации и т.п.).

Электрическая печь прямого действия предусматривает нагрев размещенного в ней металлического изделия путем пропускания тока непосредственно через него. Это позволяет обеспечить стремительный нагрев детали до необходимых температур за считанные секунды. Однако громоздкость и другие конструктивные сложности, а также трудность с оперативной регулировкой режимов ограничивают применение таких установок. Большая часть ЭПС выполняется по косвенной схеме, с использованием нагревательных элементов из жаропрочных материалов. Промышленностью изготовляется весьма широкий ассортимент печей косвенного воздействия, с обеспечением теплопередачи за счет конвекции, излучения, теплопроводности либо комбинации этих факторов.

Классификация электрических печей сопротивления

Электрические печи сопротивления классифицируются:

      по режиму работы – имеются установки непрерывного и периодического действия;

     по способу применения – лабораторные, для единичных исследований, и промышленные, для объемной и постоянной термообработки;

     по атмосфере в рабочей камере – с контролируемой атмосферой, в том числе вакуумные, либо функционирующие в воздушной среде (окислительные);

     по виду обрабатываемых изделий – установки для термической металлообработки, печи для воздействия на стекло, керамику, фарфор и др.;

     по типу конструкции – шахтные, камерные, колпаковые, плавильные и конвейерные ЭПС. Имеются установки с выдвижным и пульсирующим подом, карусельные, барабанные, толкательные и другие конструкции;

    по рабочей температуре – наиболее наглядной характеристике электропечей сопротивления:

1. Низкотемпературные (нагрев до 400 °C) и среднетемпературные (нагрев до 1000 °C),

2. Высокотемпературные (нагрев до 1600 °C),

3. Особо высоких температур (нагрев до 1800 °C),

4. Сверхвысоких температур (нагрев до 2500 °C).

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

 Расчет нагрева заготовки будет происходить в ЭПС камерного типа СНО-15/12-И1 (рис.1).

Рисунок 1 – Электрическая камерная печь  СНО-15/12-И1

Общий вид электропечи СНО-15/12-И1
1 - камера электропечи;
2 - дверца;
3 - блок управления;
4 - термоэлектрический преобразователь;
5 - футеровка; 6 - нагреватель X В комплект поставки входят: электропечь в сборе, эксплуатационная документация.

Технические характеристики данной ЭПС:

· Атмосфера в рабочем пространстве электропечи: Окислительная (воздух)

· Количество зон нагрева: 3

· Максимальная температура в рабочей камере электропечи, °С: 1250

· Питающее напряжение, В, Гц: 1 фаза, 220, 50

· Размеры рабочей камеры, мм (ДхВхШ): 250 х 250 х 250

· Габариты, мм (ДхВхШ): 780 х 640 х 775

Предположим, что в начальный момент времени (при τ = 0 с) все точки внутренней поверхности шахтной печи имеют одинаковую температуру Т ₀.  Её необходимо нагреть до температуры 1100 °С –
1200 °С.

 

ГЕОМЕТРИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ

Рисунок 2 – Чертеж модели камерной электропечи сопротивления:

1 – корпус;

2 – теплоизоляция (шамотно-волокнистая плита (ШВП-350));

3 – теплоизоляционная вата (МКРР-130);

4 – нагревательный элемент (Спиральные нагревательные элементы из толстой проволоки типа «Еврофехраль GS 23-5»);

5 –воздух;