Типы и конструкции электрических печей сопротивления косвенного действия

Содержание

Конструктивные особенности промышленных печей

Основным элементом печи является функционирующая барокамера, изолированная от окружающей среды. Внешне она похожа на огромную духовку. В эту камеру помещают перерабатываемое сырьё или изделия, а затем включают устройство, используя определённые технологические параметры.

Дополнительными не менее важными элементами электропечей, являются:

Строительно-инженерные конструкции (кожух, каркас, фундамент).
Теплоотборник, безопасно охлаждающий переработанные изделия.
Система автоматизированного управления тех. процессами.
Подводящие электроэнергию и топливо приспособления.
Камеры утилизации продуктов сгорания и излишек тепловой энергии.
Транспортирующая система.
Устройства, загружающие сырьё и удаляющие продукты сгорания.

Производители печей продолжают совершенствовать устройства до сих пор, чтобы увеличить их производительность, износоустойчивость и снизить затраты на тех. обслуживание, себестоимость конструкции и её ремонт.

Особенности электрических промышленных печей

Москва – высокоразвитый город. Здесь имеется множество предприятий, уже имеющих промышленные печи, но появляются и начинающие, нуждающиеся в специальном оборудовании. Именно поэтому в Москве имеется множество специализированных магазинов, продающих промышленные электрические печи

Приобретая такое оборудование важно понимать его особенности и различия. Эти знания помогут подобрать устройство правильно и обеспечить рентабельность бизнеса

Электрическая печь – крупногабаритная конструкция, работающая за счёт электрического тока. Предназначается для переплавки руд и металлов, их сушки, отжига, придания им пластических и изменения внутренних свойств. К таким электропечам относятся индукционные, дуговые и печи сопротивления. Последние работают за счёт образования тепла в самом обрабатываемом материале.

Печи сопротивления

Промышленные электропечи сопротивления могут работать по прямому и косвенному принципу. В первом случае тепловая энергия образуется и выделяется внутри обрабатываемого материала под воздействием электротока, а во втором – за счёт нагревательных элементов, контактирующих с электроэнергией.

Печи сопротивления могут быть однофазными или трёхфазными, имеющими мощность до 3000 кВт. Для их функциональности требуется сетевое электронапряжение380/220 В (50Гц). Устройства относят к приёмникам электроэнергии 2 категории (в отношении к бесперебойности тока). При этом мощность может варьироваться от 0,8 до 1,0.

Дуговые электропечи

Этот тип промышленных печей был назван именно так, из-за дугообразного теплового эффекта, создающегося устройством. Они хорошо подходят для переработки цветных и чёрных металлов. Особенностью конструкции является плавильное пространство, закрывающееся съёмным сводом и кожух, имеющий огнеустойчивую футеровку. Для нормальной работы устройства требуется трёхфазный переменный ток, образующий электродуги, сформированные металлом и 3-мя электродами, расположенными внутри конструкции.

Промышленные дуговые электропечи также могут быть:

Прямыми. Дуги формируются и зажигаются сквозь обрабатываемый материал.
Косвенные. Дуги образовываются под дном устройства.

Необходимое напряжение для подключения дуговых электропечей к сети – 6-10 кВт, сквозь печной трансформатор с напряжением до 100В (вторичным).

Индукционные промышленные электропечи

Индукционные печи чаще всего применяются для плавки стали, однако в этом устройстве можно перерабатывать алюминий, бронзу и др. металлы, их сплавы в графитовом тигле. Принцип работы устройства подобен функциональности трансформатора, имеющего 2 подмотки. Первая – охлаждающая индукторную жидкость, вторая – обрабатываемое сырьё, играющее роль нагрузки. Под воздействием индукторного электромагнитного поля появляются индуцированные токи, нагревающие и плавящие металлы.

Основные составляющие индукционной печи:

Каркас.
Индуктор.
Тигель.

Основной элемент – индуктор, изготовленный из медной трубы. Он представлен, в виде водоохлаждаемой многовитковой катушки. Жидкость и электричество проводится напрямую к индуктору гибкими охлаждаемыми кабелями. Питание выполняется теристорным преобразователем, частотностью ТПЧ-250-1,0 кГц. Он преобразует трёхфазный ток (50 Гц) в однофазный. Мощность устройства может изменяться, в зависимости от колебаний напряжения и авторегулировки процесса плавки.

Современные Московские магазины оснащены последними моделями промышленных электропечей. Каждая из них производительна, но главное подобрать устройство правильно. Чтобы не ошибиться в выборе, посоветуйтесь со специалистом. Он подскажет, какая модель больше всего подходит именно для ваших работ.

Контроллер «Термолюкс» -021

При управлении печами с нагревателями, имеющими возрастающий характер зависимости сопротивления от температуры (дисилицид-молибденовые нагреватели, молибден, вольфрам), то есть имеющих очень низкое сопротивление при комнатных температурах, нагреватели при низких температурах потребляют очень большой ток, существенно превышающий критическое значение тока нагревателя. Если ток не будет ограничен тем или иным способом, это неизбежно приведет к выходу нагревателей из строя. В общем случае ток ограничивают установкой в блок управления печью дополнительных мощных дорогостоящих устройств ограничения тока. Прибор «Термолюкс»

-021 позволяет построить систему управления нагревом подобных печей без установки устройств ограничения тока.

Дополнительно ко всем функциям контроллера «Термолюкс»

-011 в контроллере «Термолюкс»

-021 реализована возможность постоянного измерения тока, подаваемого в нагрузку (организована обратная связь по току). Это позволяет программно ограничить максимальный ток через нагреватели. Контроллер “учитывает” данное ограничение при подаче мощности на нагреватели и не позволяет току превышать заданное оператором значение, тем самым обеспечивая функционирование нагревателей в безопасном режиме. При этом часто прибор «Термолюкс»

-021 позволяет отказаться от использования трансформаторов с переключаемыми вручную обмотками, а иногда и вовсе отказаться от использования трансформаторов, что приводит к существенному снижению стоимости оборудования.

Приборы Термолюкс»- 011 и «Термолюкс»
-021

сертифицированы Федеральным Агентством по Техническому Контролю и Метрологии как “ИЗМЕРИТЕЛЬ-РЕГУЛЯТОР” температуры, сертификат RU.C.32.010.A N 22994, зарегистрирован в Государственном реестре средств измерений под N 30932-06.

ОСОБЕННОСТИ ПЕЧНОГО ТРАНСФОРМАТОРА

Большая величина номинального тока на стороне низкого напряжения, составляющая десятки тысяч ампер

Повышенное индуктивное сопротивление обмоток, необходимое для ограничения токов короткого замыкания до 2,5-3,5-кратной величины по отношению к номинальному току, так как сталеплавильные печи работают с частыми замыканиями электродов на шихту при зажигании дуги и обвале шихты в период расплавления

Повышенная механическая прочность крепления обмоток и отводов, рассчитанных на частые толчки токов и короткие замыкания

Возможность регулирования напряжения под нагрузкой в широких пределах.

Микропроцессорные ПИД-контроллеры температуры «Термолюкс»

На все наше электротермическое оборудование устанавливается контроллер «Термолюкс»-011 или «Термолюкс»-021, если иное не обговорено с заказчиком оборудования.

Краткие характеристики и основные преимущества контроллера «
Термолюкс»- 011:

Основные достоинства контроллера «Термолюкс»
определяются тем, что данный контроллер был разработан как специализированный прибор именно для управления печами сопротивления. Прибор предназначен для работы с любыми типами нагревателей – как со статической зависимостью сопротивления от температуры (проволочные и карбид-кремниевые нагреватели), так и убывающей (хромит-лантановые нагреватели) и возрастающей (дисилицид молибдена, молибден, вольфрам). В приборе реализован фазо-импульсный метод управления мощностью (ФИМ), подаваемой на нагреватели печи, что позволяет увеличить ресурс нагревателей на 30%
по сравнению с методом широтно-импульсной модуляции (ШИМ) управления мощностью, который реализован во всех остальных ПИД-регуляторах, присутствующих на рынке.

Метод управления ФИМ позволяет добиться плавной подачи мощности, исключая резкие скачки температуры на самом нагревателе, а также позволяет более точно регулировать температуру по сравнению с методом широтно-импульсной модуляции (ШИМом).

Прибор «Термолюкс» подает мощность на нагреватель 100 раз в секунду, благодаря чему нагреватель разогревается плавно, и не успевает остыть до включения очередной подачи тока. При этом нагреватели не испытывают дополнительных напряжений, и работают в очень мягком режиме, что способствует увеличению срока службы.

Практически все остальные программируемые контролеры работают методом широтно-импульсной модуляции (ШИМ), при которой мощность подается по схеме «полностью открыть/полностью закрыть»; при этом на нагреватель поступает сразу 100% мощности. При таком режиме работы нагреватели испытывают редкие мощные удары, соответственно срок службы нагревателя сокращается.

Управление реализуется без каких либо дополнительных устройств типа блоков ФИМ, ФИУ, БУС, БУТ – контроллер сразу передает сигнал на исполнительный элемент (тиристор, семистор, оптотиристор, оптосемистор), вне зависимости от типа нагрузки – одно- или трехфазной, схемы соединения нагрузки “звезда” или “треугольник”. Выбор типа нагрузки производится оператором программно, с экрана контроллера, без каких-либо физических действий и без установки дополнительных устройств.

Приборы имеют выход по шине RS-232 для подключения приборов к компьютеру, что позволяет получить на дисплее график процесса нагрева и остывания в реальном времени.

Прибор позволяет осуществлять управление процессом термообработки через ПК, сохранять данные, как в табличном, так и в графическом виде. Табличные данные при этом могут быть переведены в формат EXCEL с возможностью последующего редактирования.

График технологического процесса в реальном времени

Все приборы имеют возможность задания оператором 16 различных программ нагрева-выдержки-остывания печи, каждая из которых (программ) состоит из 10 произвольных точек в координатах время-температура. Прибор имеет адаптивный алгоритм управления — прибор сам в автоматическом режиме постоянно исследует систему печь+загрузка, и определяет необходимые коэффициенты системы, без участия оператора. Благодаря наличию адаптивного алгоритма, прибор можно без перенастройки использовать на любых печах.

Контроллер тепловых процессов «Термолюкс» имеет следующие характеристики:

дискретность задания температуры – 1?С;
дискретность задания времени – 1 минута;
возможность задания неограниченного времени поддержания конечной температуры;
разрешающая способность измерения температуры – 0,1 гр С;
контроль обрыва термопары;
наличие режима ручного управления мощностью;
возможность ограничение выходной мощности;
возможность ограничения максимальной температуры объекта;
возможность работы с любыми термопарами, в том числе ВР ИР во всем диапазоне рабочих температур термопары. Программируемый переход от одного типа термопары к другому с экрана прибора;
возможность работы с пирометром вместо термопары;
расположение датчика термокомпенсации на колодке термопарного шнура прибора, что позволяет уйти от необходимости использования термокомпенсационных проводов;
возможность записи циклограмм на ПК;
возможность задания программы и изменения параметров с ПК

Садочные печи

Такие печи делятся на два вида: шахтные и камерные. Шахтные печи используют для обработки длинных деталей. Внутри установки находится муфель из жаростойкой стали, а максимальная температура нагрева 1100 градусов. Шахтные печи выполняют из кирпича, сварного каркаса и обшивки из листовой стали. В качестве топлива для таких печей используют мазут или природный газ. Шахтные печи выполняются в различных модификациях, выдерживают различные температуры и предназначаются для разных термических процессов. Для питания шахтных печей часто используется тиристорный преобразователь, который позволяет плавно регулировать амплитуды и частоты и стабилизировать напряжение.

Камерные печи отапливаются мазутом или газом и оборудованы горелками или форсунками. Как и предыдущий вид, печь выполнена в виде кирпичной кладки, заключенной в сварной каркас и обшитый листовой сталью.

Напряжение

После зарядки крыша откидывается над печью и начинается расплавление. Электроды опускаются на металлолом, возникает дуга, и затем они устанавливаются так, чтобы растекались в слое крошки в верхней части устройства. Низкие напряжения выбираются для этой операции, чтобы защитить крышу и стены от чрезмерного нагрева и повреждения от дуг.

Как только электроды достигли тяжелого расплава в основании печи и волны экранированы ломом, напряжение может быть увеличено, а электроды немного подняты, удлиняя и увеличивая мощность для расплава. Это позволяет более быстро образовывать расплавленную ванну, сокращая время отводов к выпуску.

Кислород выдувается в металлолом, сжигает или разрезает сталь, а дополнительное химическое тепло обеспечивается настенными горелками. Оба процесса ускоряют расплавление вещества. Сверхзвуковые форсунки позволяют кислородным струям проникать в пенящийся шлак и достигать жидкой ванны.

Как лучше выбрать для дома?

Одним из важнейших этапов обустройства системы отопления является выбор источника энергии, способного обеспечить нагрев теплоносителя до оптимальных температур.

Критерии выбора

Основным критерием для выбора комбинированного отопительного прибора является производительность. Мощности печи должно быть достаточно, чтобы эффективно обогреть площадь дома.

Рассчитать необходимую производительность можно двумя способами:

Усреднённым. Расчёт ведётся исходя из соотношения 1 кВт мощности на каждые 10 м площади в строении с высотой потолка не более 2,5 м. Так, для небольшой по размеру дачи площадью 50 м² нужен котёл мощностью 5 кВт, для обогрева загородного дома площадью 300 м² потребуется установка аппарата мощностью 30 кВт.
Из расчёта теплопотерь. При такой методики мощность печи рассчитывают по формуле:

N=Q*S/1000, где;

Q — уровень теплопотерь, Вт/м² (например, в монолитных домах без дополнительной теплоизоляции составляет от 120 до 200 Вт/м², в кирпичных домах — от 90 — 120 Вт/м², для строений с современной термоизоляцией и трёхслойными стеклопакетами — порядка 60 — 90 Вт/м²);
S — площадь дома.

Кроме мощности при покупке прибора следует обратить внимание на следующие факторы:

объём топочной камеры. От её размера зависит частота закладки топлива;
из какого материала изготовлен теплообменник и колосник. Наилучшим материалом для изготовления этих конструктивных элементов является чугун. Он менее подвержен воздействию коррозии, жаростойкий и подходит для любого типа топлива;
наличие защитного клапана. Это устройство предназначено для обеспечения безопасной эксплуатации системы отопления. При резком скачке давления в системе клапан будет автоматически стравливать часть жидкости в подготовленную ёмкость;
количество контуров. Лучше выбирать модели, у которых нагрев воды осуществляется не отдельными ТЭНами, а с помощью змеевика, вмонтированного в топочный отдел;
габаритные размеры и вес прибора. Изделия должно

Устройство электродуговой печи

Независимо от конструктивных особенностей все дуговые печи устроены практически одинаково. Тепловые сталеплавильные агрегаты состоят из таких основных элементов:

механическое устройство;
электрический отдел;
автоматизированное управление системой;
приспособление для подачи в рабочую часть материалов;
емкость, в которой осуществляется плавка;
система удаления отходов;
газоочистка.

Цилиндрической формы корпус печи включает в себя разъемные части – кожух и днище. Каркас имеет высокую устойчивость к значительным температурным воздействиям.

Конструкция имеет держатели, в которые устанавливаются графитированные электроды. К ним подсоединены подающие электроэнергию кабели. В процессе работы печи между электродами образуется постоянная дуга. Благодаря ей в устройстве возникают температура, которая обеспечивает плавку металлов.

Как выглядит электродуговая печь

К закрытом корпусе печной конструкции встроены приборы, предназначенные для автоматического управления всей системой. Контроль процесса плавки осуществляется с помощью дверок. Для удаления шлаков в каркасе находится несколько полостей. Через них также осуществляется внос различных добавок для корректировки состава металла.

Погрузка шихты в печь может осуществляться через рабочее окно или сверху. Устройства с подачей материала через специальный проем обычно небольшого размера. Загружать металлический лом в такие агрегаты модно ручным способом с помощью широкой лопаты.

Печи с верхней подачей шихты – это более мощные и габаритные устройства. Они имеют достаточно сложную конструкцию. Механизм устройства может быть трех видов:

поворотный свод;
выкатывающийся корпус;
откатываемый свод.

Наиболее распространены дуговые агрегаты с поворотным механизмом.

Толкательные печи

Толкательные водородные печи предназначены для различных технологических процессов, требующих нагрева в водороде или диссоциированном аммиаке. Они широко применяются в электроламповом производстве, при производстве металлокерамических деталей и твердых сплавов, для обжига и спекания керамики, для отжига и пайки металлических деталей и т. д.

При использовании в качестве защитного газа водорода или диссоциированного аммиака на загрузочных и разгрузочных камерах печи предусмотрены «свечи» для контроля заполнения ее рабочим газом. Состав рабочего газа каждой печи регулируется самостоятельно и расход его контролируется с помощью расходомеров для водорода и азота. Разгрузочные камеры печей имеют предохранительные клапаны для защиты от разрушения в случае образования в них взрывоопасной смеси.

Преимущества и недостатки

Применение электродуговых печей для выплавки стали широко используется в металлургической промышленности. Основными преимуществами использования такого оборудования является возможность проведения таких операций:

расплавка шихты независимо от ее состава;
быстрый нагрев металла в печи;
регулировка температурного режима;
раскисление металла и получение в результате материала с низким содержанием примесей.

При переплавке стали в печном агрегате создаются все условия для снижения угара легирующих компонентов. Это обеспечивает снизить потери металлов в результате окисления при высоких температурах.

Электродуговые агрегаты широко используются в промышленных целях для переплавки различных металлов. С их помощью можно получить качественные крепкие стальные сплавы. Эффективность работы дуговой печи во многом зависит от качества теплового прибора. Поэтому приобретать следует надежное оборудование у известных и проверенных производителей.

Индукционная плавильная тигельная печь типа ИАТ-2,5М1

Индукционная плавильная тигельная печь ИАТ-2,5М1 предназначена для плавки и перегрева алюминия.

Условные обозначения печи ИАТ-2,5М1: И – вид нагрева – индукционный; А – основной выплавляемый материал – алюминий; Т – основной конструктивный признак – тигельная; 2,5 – номинальная емкость, т; M1 – порядковый номер исполнения.

Условия эксплуатации:

температура окружающей среды 5–40 °С; относительная влажность окружающей среды при температуре 20 °С до 90 %, при температуре 40 °С до 50 %;
окружающая среда невзрывоопасная; не допускается передача на электропечь резких толчков и вибраций.

Техническая характеристика индукционной плавильной тигельной печи типа ИАТ-2,5М1

Параметр	Данные
Мощность установленная, кВ∙А	1000
Мощность потребляемая, кВт	740
Емкость номинальная, т	2,5
Частота тока, Гц	50
Число фаз питающей сети	1
Номинальное напряжение, В: питающей сети на индукторе	6000 или 10 000 1000
Температура перегрева металла, °С	750
Производительность по расплавлению и перегреву, т/ч	1,41
Удельный расход электроэнергии на расплавление и перегрев, кВт∙ч/т	575
Масса металлоконструкций электропечи, т	19,6
Масса электропечи (комплекса), т	39,91
Расход охлаждающей воды, м3/ч	3,7

При определении фактической производительности потребителю необходимо учитывать в каждом конкретном случае технологию ведения плавки, вид шихты, способ загрузки ее в электропечь, время, необходимое на технологические операции (введение легирующих присадок, рафинировка, слив металла, чистка тигля электропечи, профилактический ремонт и другие операции).

Электропечь работает по принципу трансформатора, у которого первичной обмоткой является водоохлаждаемая катушка-индуктор, вторичной обмоткой и одновременно нагрузкой — находящийся в тигле металл.

Нагрев и расплавление металла происходят за счет протекающих в нем токов, которые возникают под воздействием электромагнитного поля, создаваемого индуктором. При этом возникают также электродинамические силы, которые создают интенсивное перемешивание металла, обеспечивающее равномерность температуры и однородность расплавленного металла.

Индукционная плавильная тигельная печь ИАТ-2,5М1 состоит из собственно электропечи и комплекта оборудования, необходимого для ее работы. Электропечь имеет кожух, в котором крепится установка индуктора, быстросъемный плавильный узел, состоящий из индуктора и магнитопроводов, футеровки подины, набивного тигля и верхнего футерованного пояса-воротника. Плавильный узел извлекается краном, предварительно ослабив крепежные винты на кожухе электропечи. Опорная рама устанавливается на пол цеха и крепится к нему с помощью фундаментных болтов.

Наклон кожуха электропечи вместе с закрепленной в нем «установкой индуктора», рабочей площадкой, крышкой осуществляется с помощью двух плунжеров. Индуктор представляет собой многовитковую водоохлаждаемую катушку, выполненную из трубки специального профиля.

Для защиты металлоконструкции печи от полей рассеяния индуктор окружен снаружи магнитопроводами, набранными из листов трансформаторной стали. Тигель электропечи закрывается бетонированной крышкой.

Электроэнергия подается гибкими водоохлаждаемыми кабелями, подвод воды — резинотканевыми рукавами с быстроразъемными соединениями. Тигли печей для плавки алюминия изготовляются из жаростойкого бетона способом набивки. Средняя стойкость футеровки тигля достигает 12 и более месяцев и зависит от режима работы печи (плавка ведется с полным сливом металла, при этом тигель испытывает частые теплосмены, или с остаточной емкостью) и от культуры обслуживания — способа загрузки, периодической чистки, мелкого ремонта и качества изготовления тигля, а также от соблюдения технологического режима обжиговой плавки и др. Печь питается от сети высокого напряжения через специальный печной трансформатор.

Мощность электропечи регулируется переключением ступеней напряжения трансформатора вручную со щита управления.

Установка электропечи и комплектующего оборудования (рис. 4) выполняется по проекту.

Рис. 4. Габариты, установочные размеры и рекомендуемое размещение комплектующего оборудования электропечи ИАТ-2,5М1: 1 – электропечь ИАТ-2,5М1; 2 – пульт управления; 3 – установка маслонапорная; 4 – панель гидравлическая; 5 – панель управления; 6 – шкаф управления ШОТ; 7 – щит управления; 8 – блок управления БУМС-3-5И2; 9 – шкаф водоохлаждения; 10 – блок конденсаторов; 11, 12, 15 – панели с аппаратурой; 13 – трансформатор печной; 14 – панель с контакторами; 16 – комплектное распределительное устройство; 17 – устройство комплектное питания

Производство стали в электрических печах

В электрических печах можно получать легированную сталь с низким содержанием серы и фосфора, неметаллических включений, при этом потери легирующих элементов незначительные.

В процессе электроплавки можно точно регулировать температуру металла и его состав, выплавлять сплавы почти любого состава.

Электрические печи обладают существенными преимуществами по сравнению с другими сталеплавильными агрегатами, поэтому высоколегированные инструментальные сплавы, нержавеющие шарикоподшипниковые, жаростойкие и жаропрочные, а также многие конструкционные стали выплавляют только в этих печах.

Мощные электрические печи успешно применяют для получения низколегированных и высокоуглеродистых сталей мартеновского сортамента. Кроме того, в них получают различные ферросплавы, представляющие собой сплавы железа с элементами, которые необходимо вводить в сталь для легирования и раскисления.