ОБЩЕПРОМЫШЛЕННЫЕ КАМЕРНЫЕ ЭЛЕКТРОПЕЧИ ПЕРИОДИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ

Читать статью в формате PDF => Общепромышленные камерные электропечи периодического действия НИТТИН

 

1. Общая характеристика

Общепромышленные камерные электропечи периодического действия являются одним из наиболее распространенных видов электротермического оборудования. Камерные электропечи используются во всех отраслях промышленности как на крупных, так и на множестве мелких предприятий, где производится термообработка или нагрев металлоизделий по широко распространенным технологиям. Парк камерных электропечей, находящихся в эксплуатации на сегодняшний день, исчисляется десятками тысяч штук только на территории России, а суммарная мощность составляет много миллионов киловатт.

Широкое распространение камерных электропечей обусловлено сравнительной простотой их конструкции, относительно невысокой стоимостью и постоянно увеличивающимся объемом проведения общепромышленных процессов термической обработки в условиях машиностроительных производств, ремонтно-восстановительных, инструментальных участков. Они предназначаются для обработки часто меняющейся номенклатуры металлоизделий в условиях, когда одна и та же печь нередко применяется для различных видов термообработки, отличающихся уровнем и режимом изменения температуры, продолжительностью процесса. Наиболее распространенными являются камерные электропечи на номинальные температуры примерно от 750 до 1300°С с объемами рабочего пространства 0,1-0,3 м3. Основной метод нагрева — теплообмен излучением. Промышленные электропечи, включая лабораторные, с максимальной рабочей температурой ниже 750 °С, где преобладает теплообмен путем конвекции, нужно относить к категории «термошкафов». Категорию электропечей в диапазоне температур 1300…1800 °С лучше всего относить к электропечам специального исполнения. Поэтому все рассматриваемые ниже камерные электропечи периодического действия имеют максимальную рабочую температуру от 750 до 1300 °С.

Несущим элементом конструкций камерных электропечей является металлический кожух без принудительного внешнего охлаждения, выполняемый из листовой и профильной стали и создающий опору для установки обрабатываемой в печном пространстве загрузки, монтируемых в нем футеровки и механизмов, например, закрывающих загрузочные проемы.

Футеровка общепромышленных камерных электропечей должна обеспечивать минимальный уровень тепловых потерь при периодическом характере работы печи, длительную работоспособность, иметь стенки минимальной толщины, достаточную механическую прочность, в частности, для крепления на ней нагревателей. Она выполняется большей частью из нескольких материалов, образующих огнеупорный слой, обращенный к горячей зоне, и теплоизоляционный внешний слой. Для огнеупорного слоя в камерных электропечах до настоящего времени применяются распространенные виды огнеупорных изделий и материалов, большей частью алюмосиликатные – шамотные, муллитокремнеземистые, корундовые; для теплоизоляционного слоя — волокнистые формованные.

Характер использования камерных электропечей общепромышленного назначения в течение одной-двух рабочих смен (соответственно режиму работы производства) диктует необходимость сокращении расхода энергии на разогрев печей, что может быть достигнуто уменьшением их тепловой емкости, в первую очередь футеровки, главным образом за счет снижения ее массы. Поэтому технический уровень современных камерных электропечей определяется применением новых футеровочных материалов с наименьшей объемной массой и высокой механической прочностью и стойкостью в условиях переменных температур. Такими материалами в последние десятилетия служили легковесные изделия.

В настоящее время широкое распространение получили огнеупорные и теплоизоляционные изделия из материалов на волокнистой основе. Их применение наряду с традиционными легковесными изделиями с улучшенными характеристиками, в частности с пониженной плотностью, позволяет резко сократить размеры и массу камерных электропечей. В связи с применением изделий из волокнистых футеровочных материалов происходит пересмотр сложившихся подходов к созданию конструкций камерных электропечей и технологии изготовления печей, так как элементы теплоизоляции в отличие от кирпичных изделий позволяют создавать крупные модульные единицы, соединяемые при монтаже печи методами машиностроительной сборки.

В общепромышленных камерных электропечах с воздушной внутрипечной атмосферой применяются наиболее распространенные и простые по конструкции металлические нагреватели из сплавов высокого электрического сопротивления. Наиболее оптимальная конструкция — это зигзагообразные нагревательные элементы из проволоки диаметром 6-9 мм. Получившие широкое распространение в камерных электропечах спиральные нагревательные элементы из проволоки тоньше 4 мм или зигзагообразные нагреватели из ленты мелких сечений (толщина меньше 1,5 мм) лучше использовать в термошкафах. Их использование в электропечах является существенным недостатком из-за сокращенного срока службы.

Значительное развитие получило повышение уровня автоматизации камерных электропечей. Это связано, с одной стороны, с обработкой в них современных материалов, для которых требуются режимы со сложными графиками изменения температуры и высокой точностью ее поддержания, с другой — жесткими требованиями к экономичности эксплуатации печей, а также стремлением к сокращению применения рабочей силы при обслуживании оборудования, по охране труда, а также соблюдением более ужесточившихся экологических, санитарно-гигиенических норм и требований. Современные конструкций камерных электропечей оснащается приборами и устройствами программного типа, выполняемыми на микропроцессорной основе. Во многих камерных электропечах предусматривается применение непрерывного или широтно-импульсного регулирования температуры, обеспечивающего высокую точность стабилизации этого параметра.

Эффективная эксплуатация современных камерных электропечей общепромышленного назначения требует сравнительно высокой технической культуры производств, в которых они используются. Обеспечение длительной работоспособности электропечей, реализация заложенных в конструкциях возможностей по высокоточному регулированию режимов термообработки, квалифицированное восстановление вышедших из строя узлов и деталей, своевременная модернизация установок в большой степени связаны с повышением знаний персонала в области устройства и эксплуатации) ППД.

Для маркировки общепромышленных камерных электропечей сопротивления используется традиционная система буквенно-цифровой индексации (принята еще в 1966 году), в которой отражены основные параметры конструкции – тип печи, размеры рабочего пространства и номинальная температура.

Условное обозначение: буквенно-цифровой индекс камерной электропечи состоит из трех букв, ряда цифр и вспомогательных букв и цифр. Первая буква – С обозначает вид нагрева сопротивлением; вторая – основной конструктивный признак электропечи: Н – камерная. Третья буква обозначает среду в печном пространстве: О – окислительная атмосфера (воздух). Цифры после букв (через тире) соответствуют размерам рабочего пространства в дециметрах: прямоугольных камерных печей это ширина, длина и высота. Далее через дробь указывается номинальная температура печи в сотнях градусов Цельсия. Следующие затем буквы и цифры обозначают модификацию или исполнение данного типоразмера печи в зависимости от производителя.

Пример обозначения: СНО-8.16.5/11-И3-НИТТИН. Расшифровывается как: электропечь сопротивления, камерная, предназначенная для работы с воздушной внутрипечной атмосферой. Рабочее пространство шириной 0,8 м, длиной 1,6 м и высотой 0,5 м, номинальная температура 1100°С, исполнение третье (образца 2014 года) – И3, НИТТИН – торговая марка российского производителя электропечи.

Рабочим пространством называют внутреннюю часть пространства печной камеры, в которой при заполнении ее металлоизделиями и технологическими приспособлениями обеспечивается заданная равномерность распределения температуры именно по изделиям. Рабочее пространство камерных электропечей определяется шириной, длиной и высотой. Габариты печной камеры при данных размерах рабочего пространства рассчитываются и выбираются исходя из обеспечения требуемой равномерности распределения температуры и надежной и безопасной эксплуатации печи.

Номинальная температура – расчетное значение температуры печи. Исходя из него устанавливаются конструктивные параметры и определяются характеристики камерной печи. Рационально использовать общепромышленные камерные электропечи можно в области рабочих температур, не слишком низких по сравнению с номинальной. Превышение номинальной температуры приводит к соответствующему снижению зависящих от температуры показателей работоспособности печи.

Наряду с основными параметрами электропечи могут характеризоваться рядом других параметров. В их числе номинальная мощность нагревателей, установленная мощность печи, максимальная масса садки, которая может быть помещена в печь; мощность холостого хода при номинальной температуре, время разогрева печи, размеры и масса печи; способ подключения к питающей электросети; расход электроэнергии; равномерность и точность нагрева и др.

В таблице приведены некоторые технические данные новых образцов серийных камерных электропечей периодического действия.

Наименование Установленная
мощность, кВт
Номинальная
температура, 0С
Размеры рабочего пространства, мм
СНО-2.4.2/10-И3-НИТТИН  8 1000 200×400×200
СНО-3.6.2/10-И3-НИТТИН 15 300×600×200
СНО-4.8.2,5/10-И3-НИТТИН 30 400×800×250
СНО-4.10.2,5/10-И3-НИТТИН  35 400×1000×250
СНО-4.8.4/10-И3-НИТТИН  35 400×800×400
СНО-6.12.4/10-И3-НИТТИН 70 600×1200×400
СНО-8.16.5/10-И3-НИТТИН 115 800×1600×500
СНО-8,5.17.5/10-И3-НИТТИН 130 850´1700´500
СНО-10.20.6/10-И3-НИТТИН 180 1000×2000×600
СНО-11.22.7/10-И3-НИТТИН 225 1100×2200×700
СНО-2.4.2/11-И3-НИТТИН  8 1100 200×400×200
СНО-3.6.2/11-И3-НИТТИН 25 300×600×200
СНО-4.8.2,5/11-И3-НИТТИН 50 400×800×250
СНО-4.10.2,5/11-И3-НИТТИН  35 400×1000×250
СНО-4.8.4/11-И3-НИТТИН  35 400×800×400
СНО-6.12.4/11-И3-НИТТИН 95 600×1200×400
СНО-8.16.5/11-И3-НИТТИН 150 800×1600×500
СНО-8,5.17.5/11-И3-НИТТИН 185 850´1700´500
СНО-10.20.6/11-И3-НИТТИН 275 1000×2000×600
СНО-11.22.7/11-И3-НИТТИН 330 1100×2200×700
СНО-2.4.2/12-И3-НИТТИН 8 1200 200×400×200
СНО-3.6.2/12-И3-НИТТИН 30 300×600×200
СНО-4.8.2,5/12-И3-НИТТИН 55 400×800×250
СНО-4.10.2,5/12-И3-НИТТИН  35 400×1000×250
СНО-4.8.4/12-И3-НИТТИН  35 400×800×400
СНО-6.12.4/12-И3-НИТТИН 95 600×1200×400
СНО-8.16.5/12-И3-НИТТИН 160 800×1600×500
СНО-10.20.6/12-И3-НИТТИН 285 1000×2000×600
СНО-11.22.7/12-И3-НИТТИН 355 1100×2200×700
СНО-2.4.2/13-И3-НИТТИН  10  200×400×200
СНО-3.4.2,5/13-И3-НИТТИН 25 1300 300×400×250
СНО-3.6.2,5/13-И3-НИТТИН 50 300×600×250
СНО-4.8.2,5/13-И3-НИТТИН 50 400×800×250

 И3 — новое поколение соответствует третьему типоисполнению образца 2014 года.

2. Особенности конструкции и применение

Конструкция камерной электропечи принципиально проста – это теплоизолированный кожух с нагревателями и дверцей, закрывающей загрузочный проем. В связи с применением камерных электропечей для самых различных процессов нагрева и изделий имеется несколько типов камерных электропечей, конструктивные различия которых между собой определяются назначением и характером использования печей.

К примеру, в печах для термообработки стальных деталей, укладываемых обычно на под в разогретую печь, рациональным соотношением размеров рабочего пространства является такое, при котором высота его примерно в полтора – два раза меньше, а длина в среднем во столько же больше ширины. Дверца в этих печах обычно перемешается вверх-вниз, позволяя открывать загрузочный проем на любую высоту в пределах конструктивно предусмотренной.

Должно быть допустимо использование камерной электропечи широкого назначения для самых разных процессов нагрева и обработки различных изделий. Она обычно применяется во вспомогательном, нередко в основном производстве крупных предприятий, часто в ремонтных мастерских, предприятиях кустарного промысла, в сельском хозяйстве, в исследовательских лабораториях и т.п. К камерным электропечам такого назначения предъявляются требования постоянной готовности к проведению термической обработки; они, как правило, не загружаются в полном объеме рабочего пространства. Печь должна быть простой в обслуживании (что не только не исключает, но по современным стандартам предполагает применение совершенных средств автоматического контроля и управлении режимом), эксплуатации и ремонте.

В печах, рассчитанных на широкого потребителя, предусматривается, как правило, воздушная атмосфера в рабочем пространстве. Для загрузки и выгрузки камерных печей потребитель, как правило, использует универсальные типовые погрузочные средства типа тележек с подъемниками и т.п. Небольшие печи загружаются вручную.

К деталям, обрабатываемым в условиях данных производств, предъявляются высокие требования по качеству термообработки и воспроизводимости свойств, для чего в печах необходимы высокие стабильность и точность режимов, равномерность распределения их параметров в печном пространстве.

Основные конструктивные решения общих для всех камерных электропечей узлов теплоизоляции (футеровки), нагревателей, дверцы, системы регулирования температуры — определяются главным образом уровнем номинальной температуры печи, а также спецификой, связанной с назначением печи.

3. Новые камерные электропечи торговой марки «НИТТИН»

Камерные электропечи на температуру от 750 до 1300°С составляют не менее 80% парка всех камерных электропечей. В этом диапазоне температур преобладают электропечи широкого назначения на номинальные температуры 1000-1200°С. Они используются главным образом для термообработки во вспомогательном производстве – в ремонтных и инструментальных цехах и участках предприятий, в механических мастерских, нередко и в основном производстве при небольшом плане выпуска; иногда печи этого уровня температуры применяются для низкотемпературных процессов, например отпуска, старения.

В этих печах применяются широко распространенные футеровочные материалы. Практическим преимуществом в эксплуатации их по сравнению с более высокотемпературными печами является применение нагревателей из сплавов сопротивления, сравнительно легко ремонтируемых и заменяемых. На основе этих нагревателей могут быть созданы типоразмеры крупных печей; простота крепления позволяет размешать нагреватели на всех стенках, обеспечивая равномерность температуры в печи; при металлических нагревателях сравнительно несложно решаются системы регулирования мощности и температуры.

Перечень новых образцов камерных электропечей торговой марки «НИТТИН» которые выпускаются серийно приведен в таблице. Это ряд типоразмеров камерных электропечей с размерами рабочего пространства от 200х400х200 до 1100x2200x700 мм, номинальной температурой от 900 до 1300°С, мощностью от 14 до 135 кВт.

В камерных печах с небольшими размерами рабочего пространства (например, СНО-2.4.2/11-И3-НИТТИН) дверца открывается вручную. Новая камерная электропечь СНО-2.4.2/11-И3-НИТТИН с малой емкостью рабочего пространства и воздушной (окислительной) средой предназначена для проведения различных термических процессов в машиностроении. Электропечь рекомендуется к использованию как общепромышленная (для машиностроительных производств) и как лабораторная (для ЦЗЛ, ВУЗов и НИИ). Ее применение экономически эффективно при замене крупных электропечей периодического действия старого образца (конструкторские разработки в бывшем СССР), оставшихся в наследство малотоннажным термическим производствам, при термообработке мелких деталей. Печь рассчитана на относительно короткие циклы работы. Она адаптирована для непродолжительных режимов работы при номинальной температуре (1100°C). В этой электропечи применяется относительно тонкая футеровка из современных волокнистых огнеупорных и теплоизоляционных материалов. Электропечь малоинерционна и достаточно быстро выходит на номинальную температуру. В новой электропечи заметного уменьшено аккумулирование тепла в футеровке.

Основными составными частями электропечи являются: кожух, заслонка, легковесная футеровка, нагреватели, шкафчик электропитания и управления. Кожух печи сварен из листового и профильного проката. Он окрашен термостойкой краской. Привод механизма открытия заслонки – ручной. Открывание дверцы осуществляется вручную отводом в сторону (вправо). Футеровка печи – многослойная. В ней использованы современные малотеплоемкие огнеупорные и теплоизоляционные материалы с высокими теплоизолирующими свойствами. Заслонка теплоизолирована теми же материалами, что и камера нагрева электропечи. Нагреватели – из сплава высокого омического сопротивления. Система управления электропечью вынесена в отдельный блок, который крепится на левой боковой стенке камеры. Для регулирования температуры, скоростей нагрева и охлаждения используется микропроцессорный программируемый ПИД-регулятор. В качестве силового управляющего элемента применен тиристорный блок. В качестве датчика температуры используется термоэлектрический преобразователь.

ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Наименование параметра Норма параметра
Тип печи камерная
Номинальная рабочая температура в печи, °C 1100
Число тепловых зон 1
Установленная мощность, кВт 8+0,8
Параметры питающей сети:
    — напряжение, B
— частота, Гц
— число фаз
380
50
3
Размеры рабочего пространства, мм:
    — ширина
— длина
— высота
200
400
200
Погрешность регулирования температуры не должна превышать, % 0,5
Неравномерность температуры в рабочем пространстве, °C ±5
Масса садки, не более, кг 15
Привод открывания заслонки ручной

В крупных типоразмерах предусмотрен электромеханический привод.

SNO-10.18.5_11-I3-NITTINРисунок 1. СНО-10.18.5/11-И3-НИТТИН (модель образца 2014 г.)

 

Выпускаемые типоразмеры камерных электропечей широкого назначения на номинальную температуру 1300°С обычно снабжаются карбидокремниевыми стержневыми нагревателями, установленными вертикально вдоль боковых стенок камеры. Это печи с размерами рабочего пространства 300*400*250, 300*600*250 и 400*800*250 мм, мощностью 30, 40 и 50 кВт. Ряд типоразмеров печей такого же типа конструкции, поставлялись в СССР предприятием LEW (ГДР). Камерные электропечи торговой марки «НИТТИН» этого типоразмерного ряда на номинальную температуру 1300°С выпускаются с нагревателями из сплава высокого омического сопротивления.

SNO-3.6.2,5-13-I3-NITTINРисунок 2. СНО-3.6.2,5/13-И3-НИТТИН (модель образца 2014 г.)

SNO-8.16.4_8-I3-NITTINРисунок 3. СНО-8.16.4/8-И3-НИТТИН (модель образца 2014 г.)

Новая камерная электропечь с гильотинным подъемом заслонки модели СНО-8.16.4/8-И3-НИТТИН

Специализированная камерная электропечь сопротивления модели СНО-8.16.4/8-И3-НИТТИН (рис. 3) с предельно низким расходом электроэнергии за счет применения волокнистых огнеупорных и теплоизоляционных футеровочных материалов высокой точностью поддержании температуры, с возможностью реализации ступенчатых процессов нагрева в автоматическом режиме. Электропечь предназначена для термообработки деталей из титановых сплавов при температурах до 800°C. Заслонка электропечи имеет пневматический привод с ножным управлением (педаль).

Комментирование запрещено