Высокотемпературная обработка материалов является одной из ключевых операций на многих производствах, где тепловое воздействие входит в перечень основных технологических процессов. Условия организации данной процедуры могут быть разными, что обуславливает и различия в характеристиках применяемого оборудования. В целом же сегмент агрегатов, за счет которых осуществляется интенсивная тепловая обработка, формируют высокотемпературные печи промышленного назначения.
Классификация оборудования по принципу генерации тепла
Вам будет интересно:Реле: типы, классификация, назначение и принцип работы
На сегодняшний день не существует универсального способа выработки тепловой энергии, который бы одинаково подходил для разных условий эксплуатации. Однако можно выделить узкую группу следующих видов наиболее популярных печей, используемых для задач высокотемпературного нагрева:
- Топливные. Традиционный способ генерации теплоты, которая вырабатывается из химической энергии при сжигании твердого, газообразного и жидкого топлива.
- Электрические. Широкий сегмент агрегатов, которые отличаются удобством и безопасностью при использовании. В категории высокотемпературных электрических печей также выделяются более современные индукционные и электродуговые модели. Общим недостатком такого оборудования является дороговизна электрической энергии, которая затрачивается в больших объемах.
- Автогенные. Печи данного типа работают за счет реакций горения и окисления элементов, которые содержатся в обрабатываемых заготовках. Например, в ходе продувки кислородом жидкого чугуна идет процесс окисления углерода с естественным выделением теплоты. Очевидно, что применение автогенных печей выгодно экономически, так как практически не требуется дополнительных топливных элементов, но не на всех производствах в штатном режиме предусматриваются технологические процессы с окислением и горением. Как правило, это относится к сферам металлургической обработки металлов и сплавов.
Камерные печи
Вам будет интересно:Карбюратор бензопилы: принцип работы, устройство и особенности
Это одна из наиболее распространенных конструкций высокотемпературного агрегата, предназначенного для обеспечения теплового воздействия с быстрым нагревом до необходимого уровня. В целях поддержания равномерности распределения тепловой энергии на производствах дополнительно применяются специальные газовые и окислительные среды. Максимальный режим нагрева у высокотемпературных камерных печей достигает 1800 °C, если речь идет о стандартных промышленных моделях для металлургического производства. В качестве источника энергии обычно выступает электричество – мощностный потенциал варьируется от 0,5 до 3,5 кВт в среднем.
Трубчатые печи
Разновидность высокотемпературных моделей печного оборудования с возможностью направленной подачи тепловых потоков. В конструкции предусматриваются нагревательные и раздельные блоки, поворотная механика которых позволяет выполнять работу под разными углами, в зависимости от текущих требований. Некоторые модели трубчатых высокотемпературных печей снабжаются кварцевым реактором с газонепроницаемыми головками. Данное конструкционное решение обеспечивает эффект двойного сжигания газов, что также создает условия для минимизации исходных топливных ресурсов. В качестве излучателей тепла обычно используются нагревательно-изоляционные модули секционного типа, обеспечивающие нагрев до 1200 °C.
Особенности муфельных печей
Для эффективной работы в агрессивных средах, что нередко имеет место в процессах промышленной обработки сырья, применяются различные виды муфельных печей. Их можно использовать при непосредственном воздействии на конструкцию газов, пыли, пара, воды и других отходов производства. Задачи изоляции решаются за счет специальных жаропрочных материалов. Для высокотемпературных печей, работающих в диапазоне температур от 1150 °C до 1300 °C в частности, применяют керамические элементы, которые не только оберегают топку от негативного воздействия извне, но и способствуют равномерному распределению тепла снаружи. В конструкции могут предусматриваться и специальные несущие трубы, по которым тепло излучается целенаправленно по определенным контурам и за короткие промежутки времени.
Плавильные печи
Как правило, это агрегаты с небольшой камерой нагрева, предназначенной для обслуживания компактных заготовок. К целевым материалам обработки в таких печах относятся цветные металлы, требующие особых условий термического воздействия. Существуют и специальные линейки моделей для выполнения операций в лабораторных условиях, обеспеченные литейным желобом с возможностью точного дозирования расплава. Средние показатели нагрева в высокотемпературных печах данного типа варьируются от 1000 °C до 1500 °C с возможностью точной регуляции. К этой же разновидности относятся и некоторые модификации агрегатов для выполнения обжига.
Основные характеристики печей
Даже в рамках одного типа высокотемпературной промышленной печи рабочие параметры могут варьироваться в больших диапазонах. Усредненные же показатели, с которыми чаще всего работают крупные производственные предприятия, можно представить так:
- Мощность агрегата – от 0,2 до 5-7 кВт.
- Температурный режим – от 300 до 2400 °C и более.
- Объем рабочей камеры высокотемпературных печей – от 2,5 до 20 дм3.
- Масса конструкции – от 2 до 100 кг.
- Напряжение – обычно применяются трехфазные сети на 380 В.
Организация рабочего процесса
Установка оборудования выполняется стационарным способом, иногда требуя предварительного устройства фундаментной основы в виде жаропрочной цементной стяжки. К печи подводятся необходимые коммуникации и технологическая оснастка для подачи заготовок. Некоторые компоненты инжинирингового обеспечения входят в базовую комплектацию. Например, система охлаждения зачастую реализуется с помощью вентилятора. Высокотемпературные печи с водяной системой охлаждения оснащаются циркуляционным насосом подходящей мощности, который интегрируется в местную инфраструктуру водоснабжения. Управление сегодня практически во всех агрегатах промышленного нагрева обеспечивается за счет программаторов с датчиками и контроллерами рабочих параметров. Термостаты могут интегрироваться в центральные управляющие системы предприятия, что позволяет комплексно отслеживать показатели работы оборудования в общем контексте производственного процесса с учетом характеристик параллельных технологических операций.
Заключение
Основной сферой применения данного оборудования является металлургия, а также отдельные отрасли химической и пищевой промышленности. Но даже в рамках таких производств процессы термического воздействия неоднородны. По мере усложнения технологий обработки меняется и подход к организации операций термического воздействия. Также повышаются и требования к конструкционному исполнению высокотемпературных печей. Материалы для такого оборудования сегодня представлены не только инструментальными сталями, но и жаропрочной керамикой, что делает конструкции более легкими и практичными в обслуживании. Меняются и подходы к управлению печами. Внедрение той же автоматики с программируемыми модулями повышает эффективность контроля рабочего процесса, а вместе с этим увеличивает эксплуатационный ресурс техники и снижает энергозатраты благодаря сбалансированному управлению.