Печи / Моргунов Печи литейных цехов
.pdf
Классификация ЭЛП представлена на рис. 2.40. За основу классификации приняты следующие признаки:
-тип применяемой электронной пушки;
-назначение ЭЛП;
-способ подачи расходуемой заготовки в переплавных ЭЛП.
С кольцевой |
|
|
|
|
|
|
С аксиаль- |
||
пушкой |
|
|
|
|
|
|
ной пушкой |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВЫЕ |
||||||
|
|
|
ПЕЧИ(ЭЛП) |
|
|
|
|
||
С радиаль- |
|
|
С магне- |
||||||
|
|
|
|
|
|
||||
ной пушкой |
|
|
|
|
|
|
тронной |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
пушкой |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Термические |
|
|
Плавильные |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
С переплавом |
|
С переплавом |
|
С переплавом |
слитка в кристал- |
|
слитка в гарнисаж- |
|
шихты в гарни- |
лизатор |
|
ный тигель |
|
сажном тигле |
|
|
|
|
|
Рис. 2.40. Классификация электронно-лучевых печей
ЭЛП, имеющие пушку с кольцевым катодом являются наиболее простыми. В данных печах кольцевой катод из вольфрамовой проволоки нагревается до температуры более 2273 К от источника питания. Анодом служит нагреваемое тело (слиток). Печи с такой пушкой имеют наиболее высокий к.п.д. (15-40%). Однако близкое расположение катода к нагреваемому металлу приводит к быстрому его выходу из строя (пары металла попадают на катод). Поэтому печи с такими пушками нашли ограниченное применение.
ЭЛП с радиальной пушкой не имеют данного недостатка. Так как радиальный катод не связан электрической цепью с нагреваемым металлом. Для ускорения электронов в данном случае используется отдельный анод, который предохраняет катод от паров металла (см.рис. 2.41).
121
Рис. 2.41. Схема устройства электронно-лучевых печей: 1 – катод; 2 – фокусирующее устройство; 3 – водоохлаждаемый анод; 4 – магнитная линза; 5 – на-
греваемое тело
Электронный пучок направляется прямо или, с помощью магнитной линзы, отклоняется в сторону нагреваемого тела. К недостаткам радиальных пушек относится сложность и громоздкость печей большой мощности, где организуется несколько пушек.
В ЭЛП с аксиальной электронной пушкой возможно разделение систем откачки (создания вакуума) из рабочего пространства печи и прикатодного пространства пушки. В печах данной конструкции формируется, в отличие от установок с кольцевым катодом и с радиальной пушкой, не плоский, а конусообразный электронный луч. Такие установки получили наибольшее распространение. Схема работы такая же, как у печей с радиальной пушкой. Отличие заключается в том, что нагрев вольфрамового катода может осуществляться с помощью вспомогательного электроннолучевого нагревателя, а камера, где располагается катод, имеет свою систему откачки. После анода устанавливается система диафрагм, которые ограничивают попадание паров металла в катодное пространство.
На рис. 2.42 представлена конструктивная схема ЭЛП с аксиальной электронной пушкой.
122
Рис. 2.42. Схема электронно-лучевой плавильной печи с аксиальной пушкой: 1 – катод; 2 – разгоняющие электроды; 3 - сжимающая электромагнитная катушка; 4 – сжимающая электромагнитная катушка с электромагнитной системой отклонения или развертки пучка электронов (по окружности, спирали или под уг-
лом); 5 – диафрагма сопротивления потоку газа; 6 – вакуумный затвор
Внастоящее время выпускаются аксиальные электронные пушки мощностью от 30 до 1200 кВт.
Вмагнетронных электронных пушках используют дополнительные устройства для создания в них магнитного поля. Наложение магнитного поля на поток электронов приводит к их движению по спирали. Такое движение электронов снижает требование к юстировке электростатической электрической системы катод-анод.
По назначению ЭЛП подразделяются на печи:
-для переплава расходуемого слитка в кристаллизатор;
-для переплава расходуемого слитка в гарнисажный тигель, с последующей заливкой из него расплава в литейную форму;
-для переплава шихты в гарнисажном тигле;
-для зонной перекристаллизации;
-для термической обработки изделий.
123
По способу подачи расходуемой заготовки переплавные ЭЛП могут быть (см.рис. 2.43):
-с горизонтальной подачей расходуемой заготовки с одной или двух сторон;
-с вертикальной подачей расходуемой заготовки.
а) |
б) |
Рис. 2.43. Основные конструктивные схемы подачи расходуемых заготовок в переплавные электронно-лучевые печи: 1 – электронная пушка; 2 – расхо-
дуемая заготовка; а – вертикальная; б - горизонтальная
Для дополнительного рафинирования металла в переплавных ЭЛП применяются промежуточные водоохлаждаемые гарнисажные емкости (гарнисажные тигли). Схема такой установки представлена на рис. 2.44.
124
Рис. 2.44. Схема переплавной ЭЛП с промежуточным гарнисажным тиглем (холодным подом): 1 – электронная пушка; 2 – расходуемая заго-
товка; 3 – холодный под
На рис. 2.45 приведена оригинальная электронно-лучевая установка для переплавки отходов титановых сплавов в слитки, которые затем используются как расходуемые электроды в дуговых гарнисажных печах. Плавление отходов ведут в титановом, охлаждаемом водой тигле с донным сливом с применением двух пушек.
Изложницы для слитков располагаются на поворотном столе заливочной камеры.
Производительность установки состаляет 4-5 слитков в час; масса одного слитка – до 300 кг, рабочий вакуум ЭЛП – 6,7-0,13 Па.
125
Рис. 2.45. Схема ЭЛП для переплава отходов титановых сплавов: 1 – загрузочная камера шихтовых материалов; 2 – электронно-лучевая пушка; 3 – смотровое окно; 4 – тигель с донным сливом; 5 – изложница; 6 – поворотный стол; 7 – водоохлаждаемый воротник изложницы; 8 – электропривод; 9 – вакуумный
затвор; 10 – патрубки к вакуумной системе
Производительность установки составляет 4-5 слитков в час, масса одного слитка – до 300 кг, рабочий вакуум ЭЛП – 6,7-0,13 Па.
2.5. КЛАССИФИКАЦИЯ ПО РЕЖИМАМ ТЕПЛОВОЙ РАБОТЫ
По применяемому режиму теплообмена печи подразделяются на три группы:
-конвективные печи, где используется конвективный режим теплообмена;
-радиационные печи, где используется в основном радиационный режим теплообмена;
-радиационно-конвективные печи, где в различных частях рабочего пространства используются различные режимы теплообмена.
По применяемым температурным режимам работы печи подраз-
деляют на две группы, это:
126
-печи с камерным режимом работы или камерные печи;
-печи с методическим режимом работы или методические печи.
Печи с камерным режимом работы
Вкамерных печах обеспечивается практически постоянная температура по всему объему рабочего пространства печи.
Втопливных камерных печах для обеспечения одинаковой температуры расредотачивают равномерно по всей длине рабочего пространства подвод тепловой энергии и отвод печных газов (см.рис. 2.46,а).
а) |
б) |
Рис. 2.46. Схемы камерных печей: а – топливных;
б- электросопротивления
Вэлектрических камерных печах сопротивления нагревательные элементы должны быть равномерно распределены по стенкам, своду и поду печи. Причем все нагревательные элементы должны иметь одинаковую мощность (рис. 2.46,б). Значительную роль в обеспечении камерного режима играет интенсивная циркуляция печных газов.
Печи периодического действия, как правило, работают по камерному режиму. Температура в этих печах со временем может изменяться, но
влюбой момент времени по объему рабочего пространства она поддерживается одинаковой.
Впечах непрерывного действия, работающих по камерному режиму, температура в рабочем пространстве остается неизменной не только по его длине, но и во времени.
127
Методические печи
В печах с методическим режимом нагрева тепловая нагрузка распределена неравномерно по длине пространства, т.е. температура в различных точках рабочего пространства имеет разное значение. Т.к. все методические печи непрерывного действия, то значение их температуры в каждом поперечном сечении рабочего пространства неизменна во времени (температура различна только по длине рабочего пространства). В связи с этим нагреваемый материал, передвигаясь вдоль рабочего пространства печи попадает в зоны с различной температурой. При обеспечении регулирования температуры по зонам рабочего пространства печи можно добиваться требуемой скорости нагрева материала.
Топливные методические печи в зависимости от направлений движения нагреваемого материала и печных газов в рабочем пространстве подразделяются на две группы (см.рис. 2.47):
-печи с прямоточным движением;
-печи с противоточным движением.
Рис. 2.47. Схемы методических печей и графики распределения температур в них: а – с противоточным движением; б – с прямоточным движением;
Тг – температура печных газов; Тм – температура нагреваемого материала
В прямотоке печные газы и нагреваемый материал движутся в одном направлении. В противотоке – движение происходит в противоположных направлениях.
Методические топливные печи с противотоком характеризуются достаточно высоким к.п.д. (40-50%) и более высокой температурой нагрева материала.
128
Прямоточные методические печи применяются только в случае необходимого интенсивного отбора теплоты материалом в зоне высоких температур, для исключения чрезмерного теплового воздействия в этой зоне на огнеупорную оболочку рабочего пространства.
Вметодических топливных печах изменение температуры печных газов по длине рабочего пространства, как правило, применяется плавно без видимых скачков (см.рис. 2.47). Но если методическая печь имеет несколько зон, то в каждой зоне можно установить свой температурный режим, т.е. по длине печи будет наблюдаться скачкообразное изменение температуры, при переходе от данной зоны в другую.
Вэлектрических печах методический режим можно осуществить двумя методами:
-первый метод, это вынос электронагревателя за пределы рабочего пространства печи и подогрев в нем газообразного теплоносителя, вдуваемого в печь;
-второй метод, это создание в печи по ее длине несколько тепловых зон,
вкоторых расположены электронагреватели различные по мощности. На рис. 2.48 представлена схема электрической методической печи
свыносным электронагревателем и дополнительным газовым теплоносителем. В качестве газового теплоносителя может использоваться воздух.
Рис. 2.48. Схема электрической методической печи с выносным электронагревателем и газообразным теплоносителем (воздухом)
В данной конструктивной схеме печи холодный воздух подается в электронагреватель (калорифер), где он подогревается, а затем подается в рабочее пространство печи. Там он отдает часть своей теплоты теплообрабатываемому материалу. Затем через газоотводящие каналы воздух выво-
129
дится из печи. При необходимости его можно повторно использовать, смешивая со свежей порцией холодного воздуха.
На рис. 2.49 изображена схема трехзонной электрической методической печи с электронагревателями различной мощности. В этой печи каждая зона имеет свою рабочую температуру, поддерживаемую электронагревателями.
Рис. 2.49. Схема трехзонной электрической методической печи: 1 – зона замедленного нагрева; 2 – зона интенсивного нагрева
ивыдержки; 3 – зона регулируемого охлаждения
Впервой зоне температура поддерживается невысокой. Поэтому нагрев материала в данной зоне будет замедленный. Во второй зоне поддерживается наивысшая температура. При попадании в эту зону материал интенсивно нагревается до конечной температуры. В третьей зоне установлены нагреватели малой мощности. Служит данная зона для регулируемого охлаждения материала.
2.6.КЛАССИФИКАЦИЯ ПЕЧЕЙ ПО СПОСОБАМ ЗАГРУЗКИ МАТЕРИАЛА И ЕГО ПЕРЕДВИЖЕНИЯ
ВРАБОЧЕМ ПРОСТРАНСТВЕ
По способам загрузки материала и его передвижения в рабочем пространстве в основном классифицируются сушильные и нагревательные печи камерного типа.
Печи периодического действия (садочные) в зависимости от способа загрузки классифицируются:
130