§ 2.4 Кедергінің электр пештері

Кедергінің электр пештері (ЭПС) коммунальді және ауыл шаруашылығында, құрылыста, химия және жеңіл өнеркәсіпте, метталлургияда, машина жасауда технологиялық операциялар үшін қолданылады. ЭПС-да өңделетін материалдардың түрліліге, және тезнологиялық үрдістердің түрлері ЭПС-нің үлкен түрлі құрылымыне, оларды аз сериялармен тіпті жеке тәртіпте шығаруға алып келді.

ЭПС-да жүргізілетін технологиялық үрдістер кезінде электр құралымен қыздыруда ғана қолданылады. Осы жағыдайлар қатарында вакуумде немесе қорғаныс газдарында қыздыру мүмкіндігі қолданылады. Осы себептен бөлшексіз құрылымды пешті орнату жалпы әдістерін, сонымен қатар электр жабдықтау және автоматтандыру әдістерін қарастырамыз.

Кедергі электрпештері екі орындауда шығарылады: ЭПС жанама және тікелей әрекеттегі. Жанама әрекетті ЭПС-те электр энергиясы арнайы қыздырғыштарда жылуға айналады, содан кейін конвекция және сәулелену, жылу өткізгіштік құралдарымен жұмыс кеңістігіне таралады. Тікелей әрекетті ЭПС-те қыздырылатын дене электрлік байланысқа тікелей қосылады. Жанама әрекетті пештердегі қыздырылатын элементтер және қыздырылатын дене, тура әрекетті ЭПС байланысты элементтер бірінші және екінші текті өткізгіштер болуы мүмкін.

Жеткізілетін температура дәрежесі бойынша ЭПСті келесі тәртіпте орналастыруға болады: төмен температуралы (900-1000 K), ортатемпературалы (1000-1600 K) және жоғары температуралы (1600-ден жоғары). Жеткізілетін температура белгісі бойынша ранжировкадағы ЭПС-те қыздырылатын элементтерді дайындау үшін отқа төзімді және жылу оқшаулаушы әртүрлі материалдар қолданылады. Өз кезегінде, әртүрлі технологиялық қызметті атқаратын, периодты әрекетті пештер камералық, шахталық, қалпақты, жылжымалы астарлы камералы, элеваторлы болуы мүмкін. Үздіксіз әрекетті ЭПС арасында конвейнерлі, итермелі, рольганді, айналдырғы білдікті, қадамды астарлы, пульсті астарлы, пульсті қадамды, созылыңқы деп ажыратады.

Айтылғандардан көрініп тұрғандай барлық ЭПС бір бірінен әдісімен және тетігімен, пештің жұмыс кеңістігіндегі қыздырылатын дененің орналасуымен ерекшеленеді. Пештердің өлшемдері мен қуаттары қажетті ұзақтылықпен, қыздыру дәрежесімен және қыздырылатын дененің жылу физикалық сипаттарымен анықталады.

Бақыланатын атмосфералы пештерде инертті газдар, сонымен қатар, мәні – жемірілуге берік бөлшек және беттік тұрақты көтеру мақсатымен өткізілетін, нитроцементтеу және цементтеу, азоттау мәнді арнайы газды қоспалар қолданылады. Сонымен қатар, әртүрлі технологиялық үрдістер үшін суттекті, ортамен соның ішінде тугоерігіш металл ұнтақтарынан (вольфрам, молибден, ниобий, тантал және т.б) бұйымды жабыстыру және оксидттерден металлдарды қайта қалпына келтіру пешері шығарылады.

Пешті орнатылымда реттеу тәртібінен бөлек бұйымды жеңілдету және жүктеу, пеш ішінде оларды тасымалдануы сияқты көмекші операциялары автоматтанады, сорғылар, вакуум түзушілер және қыздырылатын көлемдегі газды атмосфера құрамын реттеуші автоматтанады.

Периодты әрекеттегі пештердегі қыздырылатын дене жұмыс камерасыне орнатылады және біртіндеп, қозғалыссыз күйде қала берілген температураға дейін қызады. Әдістемелік пештерде қыздырылатын дене пешті бір соңына дейін жүктеледі, оның ұзындығы бойынша орын ауыстырады, осы кезде берілген температураға дейін қызады және пештің екінші ұшына дейін беріледі. Осындай пештерде температура әртүрлі нүктелерде бірдей емес. Температура жүктелген соңына дейін көтеріледі. Үздіксіз әрекетті пештер периодты әрекетті пештерге қарағанда күрделірек, оларда пеш камерасының жағалауындағы бөлшектердің қозғалысын қамтамасыз ету керек, алайда олар осындай өлшемдерде ьіршама өндіргішті болып табылады және жылу өңдеу тәртібінің интенсивтігін қамтамасыз етеді. Сондықтан үздіксіз әрекетті пештерді әдетте массалы және ірі сериялы өнеркәсіпте қолданады.

Периодты әрекетті кедергі электропештері. Қалпақты пеш – қозғалыссыз қабырғамен және қыздырғыш төменгі көтерме қалпақпен ашық периодты әрекетті пеш (2.7, а - сурет).

а – қалпақшалы; б – элеваторлық; в – камералық; г – шахталық; 1 – қабырға; 2- камера пеші; 3 – отқа төзімді муфель; 4 – қыздырғыш элементтер; 5- қыздырылатын элементтер; 6-түсірілетін астар; 7-көтеретін аспап; 8-жинақ; 9- жиынтық котеру тетігі.

2.7 – сурет. Қалпақты пеш

Қыздырылатын тетіктер (садка) 5 көтермелі-транспортты аспап көмегімен 1 қабырғаға орналасады. Олардың бетіне алдымен отқа төзімді қалпақ – 3 муфель, ал содан кейін отқа төзімді футеровкамен металл каркастен орындалған 2 камера пешінің негізгі қалпағы орнатылады. Қалпақтың 4 қыздырылатын элементтері және қырлы қабырғалары бойынша және қабырға қаламасына орналасқан. Қыздыру элементтерін қоректендіру иіліс жалғамалардан және штепсельді көтермелерден орындалған.

Қыздырудың аяқталуы бойынша қалпақтың электр қоректені ажыратылады және ол қыздыру үшін кезекті жүктеме орнатылған көрші қабырғаға өтеді. Қаламалардың сууы суудың керекті жылдамдығын қамтамасыз ететін отқа төзімді муфель астындағы қабырғада өтеді.

Қалпақты пештерде әрбір цикл кезінде муфельде жіне қабырға қаламаларында жинақталған тек жылу жоғалады, ол қалпақ қаламасына жинақталған жылудың 10-15 % -ын құрайды.

Қалпақты пештердің қуаты бірнеше жүз киловаттқа жетеді. Ол қалпақ және муфель герметирленген болуы мүмкін, қыздыру және қаттаманың қызуы қорғаныс атмосфераға берілуі мүмкін.

Элеваторлы электропеш – 6 түсірілетін астармен және 2 қозғалыссыз қыздыру камерасымен төменнен ашық периоддты әрекетті пеш. Ол өзі цех еденінің дәрежесінен 3-4 м биіктіктегі бағандарға орнатылған цилиндрлік немесе тіктөртбұрышты камераны ұсынады (2.7, б - сурет).

Пеш астында қыздыру камерасы асытнда орнатылған электромеханикалық немесе гидравликалық көтергішпен түсіріліп және көтеріледі. Қыздырылатын бұйым – 5 қаттамаға тележканы жүктейді, содан кейін жүкарба көмегімен пеш астына жылжытып және камераны жылжыта 7 көтергішпен көтереді. Технологиялық үрдіс аяқталысымен бұйым түсіріліп және алынады.

Төмен температуралы пештерде 4 қыздырғыштар қабырғаларда орналасқан. Жоғары температуралы пештерде қыздырғыштар қабырғаларда және астарларда жайғастырылған.

Элеваторлық пештер босаңдату, эмальдеу, цементтеу, керамикалық бұйымдарды өңдеу, жалғау және бөлшектерді металлдау үшін қызмет атқарады.

Пештер көп баспалдақты трансформаторлармен кешенделеді.

Элеваторлық пештер он тонналық сыйымдылыққа, 600 кВт қуат және 1500 К дейінгі температураға есептелген.

Камералық электрпеш (2.7, в - сурет) – горизонтальді бағытта өндірілетін қыздыру, жүктеу және жеңілдету камерамен периодты әрекетті пеш. Камералық пеш 2 тіктөртбұрышты отқа төзімді футеровкадан және жылу оқшаулағышты камерадан, 8 жинақпен жабылған және металл қаптамада орналасқан. Пеш алдыңғы бөлікті жабылмалы есік саңылауы арқылы жүктеледі және жеңілдейді.

Камералық пештің астарына әдетте 4 қыздырғыш орналастырылған отқа төзімді тақташа бар. 1000 К дейінгі пештерде жылу алмасу пешті атмосфера тұйық циркуляциясын қамтамасыз ететін сәулелену немесе мәжбүр конвекция есебінен қамтамасыз етіледі.

1800 К дейінгі номинальді пештер бақыланатын атмосферамен және ауалы атмосферамен жұмыс жасайды. Ірі пештерде жүктеме механикаландырылған.

Шахталы пешті домалақ, квадратты немесе тіктөртбұрышты шахталы төбесінен қақпақпен жабылатын қылып орындайды. Оған әдетте қыздырылатын элементтер қырлы қабырға бойынща орнатылған.

Осындай пештің түбегейлі сұлбасы 2.7, г - суретінде келтірілген.

Үздіксіз әрекеттің кедергінің электрпештері (әдістемелік пештер). Өндірімділікті арттыру үшін термоөңдеу үрдісінің орнатылған технологиялық үрдісі кезінде үздіксіз әрекет ететін пештерді қолданған дұрыс. Осындай пештердегі технологиялық үрдіс талаптарынан тәуелді қыздыру бұйымдарынан басқа берілген температураға дейін осындай температура кезіндегі ұстап тұрумен, сонымен қатар оларды суытуды өндіруге болады. Осындай жағыдайларда пештерді, созылмалығы технологиялық үрдістерді жүргізудің нақты талаптарынан тәуелді аралықтағы, біреше аумақты құрылымда орындайды.

Жиі үздіксіз әрекетті пештерді, бірнеше пештерден тұратын, толық механикаландырылған және автоматтандырылған бір агрегатқа біріктіреді. Жекелеген жағыдайда, осындай сызық шыңдалған және босатылған пештерден, шыңдалған бактан, жума және кептіргіш машинадан тұруы мүмкін.

Үздіксіз әрекетті пеш құрылымы пештің жұмыс аумағындағы қыздырылатын бұйымның алмасу тетігі негізімен бөледі.

Конвейнерлік пеш – горизонтальді конвейереге садканың алмасуымен үздіксіз әрекетті пеші (2.8 - сурет).

Пеш астындағы конвейер – тығыз, арнайы қозғалтқыштарды қозғалысқа келтіретін екі білік арасында тартылған. Қыздырылған бұйым конвейерге орнатылады және онда пештің жұмыс кеңістігі арқылы жылжытылады. Конвейнерлік таспа (лента) нихромды торша, штампталған пластинадан және оларды біріктіруші шыбықтардан, сонымен қатар ауыр қыздырылатын бұйымдар үшін – штампталған және құймалы байланысты буындардан өріліп орындалуы мүмкін.

1 - жылуоқшаулаушы корпус; 2 -жүктемелі терезе; 3- қыздырылатын бұйым; 4 - қыздырылатын элементтер; 5 – конвейер.

2.8 - сурет. Конвейнерлі электропештің сұлбасы

1 – жетекті тетікті итергіш; 2- қыздырылатын бұйым; 3 – жылуоқшаулаушы корпус; 4 – қыздырылатын элементтер; 5 – пеш подинасы; 6 – сырқылдамалы вайна;

2.9 - сурет. Итермелі пештің сызбасы

1 – жылуоқшаулағыш корпус; 2 – қыздырғыш; 3-муфель; 4-қыздырылатын бұйым.

2.10 - сурет. Созылыңқы электропеш

Конвейер толығымен пеш камерасыне енгізіледі және суымайды. Алайда ковейнердің біліктері өте ауыр щартта қалады және сулы суытуды талап етеді. Сондықтан жиі конвейнер соңын пеш шегіне дейін жеткізеді. Осы жағыдайда білік жұмысының шарттары мәнді түрде жеңілдейді, және жеңілдейтін және жүктейтін конвейнер соңының сууымен байланысты жылу жоғалту ұлғайтады. Конвейнерлі пештердегі жылытқыштар жиірек жинақтарда немесе конвейнердің таспасының жоғары бөлігіндегі оттығында орналастырылады, ал сирек бүйірлі қабырғаларда орналастырылады.

Конвейнерлі қыздыру пештері негізінде 1200 К-қа жуық температураға дейінгі салыстырмалы ұсақ бөлшектерді қыздыру үшін қолданылады.

Жоғары температура үшін (1400 К жоғары) жұмыс кеңістігінің жиегіндегі итермелеу жолымен садканы алмастырумен үздіксіз әрекеттесу кезінде – итермелі пештер қолданылады (2.9 - сурет). Олар ұсақ, сонымен қатар ірі бөлшектерді қыздыру үшін де қолданылады. Осындай пештердің оттығына отқа төзімді материалдан дайындалған, роликті немесе рельсті оттық, құбыр түрінде дайындалған бағыттауыштар орнатылады, және олар бойынша дәнекерленген немесе құйылған арнайы тұғырықтарда қыздырылған бұйымдар жылжымайды.

Тұғырлардың жылжуы электромеханикалық немесе гидравликалық итергіш аспаптармен қамтамасыз етіледі. Басқа түрлер алдындағы осындай пештердің негізгі артықшылығы – олардың қатысты қарапайымдылығы, отқа төзімді материалдан күрделі бөлшектердің болмауы. Олардың кемшіліктері – тұғырлардың болуы, және қолдану жылулық жоғалтудың ұлғаюына алып келеді және электр энергиясының шығынын арттырады, олардың қолдану мерзімі шектеулі.

Дұрыс қалыпты ірі дайындаманы қыздыру үшін арналған итермелі пештерді тұғырларсыз орындайды. Осы кезде қыздырылатын бұйым бағыттауышқа тікелей пешке тығыз орнатылады.

Итермелі пештер диссоцияцияланған аммиак немесе сутекте қыздыру талап ететін әртүрлі технологиялық үрдістер үшін арналған.

Олар энерголампалы өндірісте, металлкерамикалық бөлшектерді және қатты ерітінділерді, күйдіру және керамиканы жалғау үшін, металл бөлшектерді дәнекерлеу және күйдіру үшін және т.б. үшін қолданылады.

Пештің жүктейтін және жеңілдететін камераларына диссоциациялық аммиак немесе сутек қорғаныс газы ретінде қолдану кезінде оны жұмыс газымен толтыруды бақылау үшін «шырақтар» қарастырылған. Әрбір пештің жұмыс газының құрамы өздігінен реттеледі және оның шығыны сутек пен азот үшін шығын өлшегіш көмегімен бақыланады. Пештердің жүктемелі камералары оларда отқа қауіпті қоспа түзіліс жағыдайындағы бұзылыстан қорғау үшін сақтандырғыш қалқаншаларға ие.

Созылмалы электр пештері – қыздырғыш камерасы арқылы үздіксіз созылу жолымен таспа немесе шыбықтарды, жалғамаларды қыздыру үшін үздіксіз әрекеті пеш. Ол қыздырылған бұйым өтетін, қыздырғышты муфельді ұсынады (2.10 - сурет).

1500 К-ге дейінгі жұмыс температуралы пештер металл муфельмен жабдықталған, ал біршама жоғары температура кезінде – керамикалық муфельді ұсынады. 1600 К температуралы пештер жоғары бөлігі молибденді қыздырғыштармен маталған, көп арналы алунды муфельдерді ұсынады.

Созылыңқы пештерде сонымен қатар қыздырудың аралас әдісі қолданылады; тік – контактілі жетекті роликтердің көмегімен және жанама – қыздырғыш – қыздырғыш көмегімен. Жанама қыздырма, тік қыздырма орындалмайтын кезде, үрдістің басы және соңында шыбық соңдарын термоөңдеуді қамтамасыз етеді.

Металдарды еріту үшін кедергі электрпештері. Осы түрдің орнатылымында қалайы, мырыш, қорғасын және олардың негіздеріндегі әртүрлі құймалар, сонымен қатар 600-800 К еру температурасына ие басқа металлдардың еруі өндіріледі. Алюминиймен және оның құймалары үшін маңызды мәнге ЭПС ие, ол тазалаудың жоғары дәрежесіне жетуге мүмкіндік береді. Бұл микропроцессорлар және робот манипуляторларды қолданумен автоматтандырылған әртүрлі агрегаттарды құру мүмкіндігін берді. Олар үлкен тиімділікпен ішкі жану және басқа бөлшектердің қозғалтқыштарының поршеньдерін дайындау кезінде қолданылады.

ЭПС-ның құрылымды орындалуы бойынша отбақырлы және камералық (немесе ванналақ) болып бөлуге болады.

Отбақырлы пештер (2.11 - сурет) металл отбақырлы – түтікті (ішкі оксидті чугунді), цилиндірлі корпуста орындалған, 5 отқа төзімді материалдан орындалған, 6 сыртынан металл қабықпен жабындалуды ұсынады. Отбақырмен және футеровка арасында 4 электрлік қыздырғыштар орналастырылған.

Суретте келтірілген отбақырлы ЭПС құрылымы механикалық дозатормен жабдықталған және электромагнитті немесе пневматикалық, механикалық аспап көмегімен литийлі немесе жұмыс манипулятор қалып өндірісінің бақыраш аралығындағы металл мөлшерлеуде массалы өндіріс кезіндегі көп басқа құрылым ретінде қолданылады. Біздің мысалымызда 2 механикалық ығыстырғыш бағыттауыш баған бойынша жоғары және төмен қозғалатын кареткада орналасқан.

1 – астауша; 2 – механикалық ығыстырғыш; 3 – отбақыр; 4 – қыздырғыш; 5 – футеровака; 6 – корпус.

2.11 - сурет. Кедергінің отбақырлы электрлік пеші

Металл қыздырылып және оның температурасы қажетті дәрежеге жеткеннен кейін ығыстырғыш отбақырға жіберіледі және 1 қыздырғыш астауша арқылы литий машинаға түсетін металл үлесін ығыстырады. Алюминийді еріту кезіндегі бөлінген электр энергиясының шығыны 700 – 750 кВт*сағ/кг, пеш КПД-сі 50-55%. Басқа құрылымды отбақырлы ЭПС пешті иуге және еріген металлды құйып алуға мүмкіндік беретін иіліс тетігіне ие.

Камералық пештер көлемі бойынша отбақырлы пештерден үлкен және құймада алюминийді қайта еріту үшін қолданылады.

Ванналы түрлі ЭПС жұмысы кезінде бөлінетін электр энергия шығыны 600 – 650 кВт*сағ/кг, ал КПД-сі 60-65%. ЭПС-тің барлық түрлерінде қыздырудың екі түрі мүмкін – ішкі және сыртқы. Қыздырудың ішкі жылуы кезінде – ТЭНдер ерітілген металлда орналасқан және 800-850 К-нен жоғары емес температура кезінде жұмыс жасайды. Сыртқы орналасу кезінде ашық жоғары температуралы қыздырғыштар 1100-1200 К пеш жұмыс кеңістігінде температураны алуға мүмкіндік береді.

Тікелей (контактілі) қыздырғышты орнату. Тікелей қыздыру орнатылымы болып, жылуда электр энергиясын түрлендіру қыздырылатын материалда немесе бұйымда Джоуль-Ленц заңы бойынша олар арқылы электр тогының өту есебінен электр энергиясы көзіне тікелей қосылу кезінделер қабылданған.

1 –сулы суыту қысқыштары; 2 – қыздырылатын бұйым; 3 – пешті трансфооматор.

2.12 - сурет. Тікелей қыздыру сұлбасы

Тікелей қыздыру мәнді омдық кедергіге және ұзындығы бойынша бірдей қимаға ие бұйымдарды термоөңдеу үшін тиімді. Тікелей қыздыру температураға жету үшін шекке ие емес, және жоғары температураға, пропорциональді көрінетін қуатқа және жоғары КПД-ға ие.

Контактілі қыздыруды орнату өрме астындағы серіппелі жалғама, жалғама, құбырды қыздыру дайындамасын қыздыру үшін арналған. Қорғаныс атмосферасында 3000 К-ге дейінгі температура кезіндегі тоғаерітінді (тугоплавких) және сирек ұнтақтан штабиктермен және шыбықтарды жымдастыру үшін периодты әрекетті тікелей қыздыру пештері бар.

Тікелей қыздыруды орнату өзіне келесі негізгі түйіндерді орнатады:

а.5 -25 В аралықтағы кернеулі бірнеше баспалдақты сумен суытылатын, жетекпен орнытылған қаптамадағы монтаждалған, қыздыруды қамтамасыз ететтін, әртүрлі кедергіге ие төмендетуші трансформатор;

б. Сулы суытпалы қысқыштарға дейінгі трансформатордың төменгі кернеулі жетектерін ендірмеден ток өткізгіш.

в. жетек көзі контактілеріндегі қажетті қысым және қыздырылатын бұйымды бекітуді қамтамасыз ететін қысқыштар;

г. контактілі жүйе жетегі;

д. Қыздыру үрдісін автоматты басқару және бақылау аспаптары.

Жалғағыштарды, құбырларды, шыбықтарды қыздыру үшін үздіксіз әрекетті орнатылымдарда қатты роликті және сұйық контактілер қолданылады.

Тік қыздыру пештері сонымен қатар корборунды, бұрышты бұйымдарды графитацизациялау үшін қолданылады.

Графиттрилеуші пештер ажыратулы қабырғалармен тік, бір фазалы қалыпты орындайды. Оларда температура вакуумде және бейтарап атмосферада 2600-3100 К температураға дейін жетеді. Екінші кернеулі реттеу диапазоны 100-250 В, қолданылатын қуат 5-15 мың кВ*А.

Тік қыздыруды орнатудың пайдалы әсер коэффициенті қорек байланысындағы жүктеме кедергісінен тәуелді. Шыныменде егер күшті байланыстың кедергісі

r_cц = r_2T + r_сп+r_k + r_нт

мұндағы r_{2T –} трансформатордың екінші жетегінің кедергісі; r_сп, r_k – контактілердің және жалғама жалғауыштардың кедергісі; r_нт – қыздырылатын дене кедергісі, онда

r_нт/ r_cц

Бұл қыздырғыш орнатылымға жуықтау (біріктіру) және минимальді кедергімен өткізгіштен екінші трансформатор жетегінің дайндау қажеттілігін анықтайды.

Орнатудың нақты ЭҚК 70-80% cos =0.8. ЭҚК-тің максимальді мәні оған жету кезіндегі орнатудың ажыратуынан және температураны бақылауда автоматты аспаптарды қолдану кезінде алынды.