2.2 Қыздырғыш электр кедергі пештері
Электр кедергі пештері (ЭКП) металлургияда, машина, жеңіл және химия өндірістерінде, құрылыста, ауыл шаруашылығында технологиялық үрдістерде қолданылады. ЭКП өнделінетін материалдардың және технологиялық үрдістердің сан алуандығына байланысты пештердің де құрылымы көп түрлі болып келеді және аз сериямен немесе жеке түрде шығарылады.
ЭКП қыздырылатын денеге әсер етуіне байланысты екі түрлі болады: жанама және тура әрекетті. Жанама әрекетті пештерде электр энергиясы, арнайы қыздырғыштарда жылу энергиясына айналады, сонан соң жұмысшы кеңістігіне жылу өткізгіштік, конвекция және сәулелену арқылы беріледі. Тура әрекетті электр пештерінде қыздырылатын дене электр тізбегіне тура қосылады. Жанама әрекетті пештерде қыздырғыш элементтер және тура әрекетті пештердегі электр тізбегіне қосылатын денелер бірінші және екінші түрлі өткізгіштер болуы мүмкін.
Электр пештері қыздыратын температура деңгейі бойынша– төмен (600-700 0С), орта (600-1250 0С) және жоғары (>1250 0С) температуралы болып бөлінеді.
ЭКП орындалатын технологиялық үрдістер бойынша – қыздыратын және балқытатын, жұмыс режимі бойынша – периодты және үзіліссіз әрекеттіге бөлінеді.
Периодты әрекетті пештерде қыздырылатын дене жұмыс камерасына орналастырылады және орнынан қозғалтылмай біртіндеп берілген температураға дейін қыздырылады. Ал үзіліссіз пештерде қыздырылатын бөлшектер пештің бір жағынан салынады, оның бойымен қозғалтылып, берілген температураға дейін қыздырылады да, басқа шетінен шығарылады. Бұндай пештерде температура жұмыс камерасының әр нүктесінде әртүрлі болады. Температура тиейтін жақтан түсірілетін жаққа қарай жоғарылайды. Үзіліссіз әрекетті пештер периодты әрекетті пештерге қарағанда күрделірек, өйткені онда бөлшектердің пеш камерасын бойлай жылжуын қамтамасыз ету керек. Бірақ олар габариттері бірдей периодты пештерге қарағанда өнімділігі жоғары болады және қажетті жылу өңдеу қарқындылығын қамтамасыз етеді. Сондықтан үзіліссіз әрекетті пештер көптеп шығаратын және ірі сериялы өндірісте қолданылады.
Жоғарыда көрсетілгендей, барлық электр пештерінің бір-бірінен айырмашылығы қыздырылатын денені жұмыс кеңістігіне орналастыру амалы мен механизміне байланысты болып келеді. Ал пештердің өлшемдері мен қуаты қажетті өнімділік пен қыздыру деңгейімен және қыздырылатын материалдың жылулық физикалық қасиеттерімен анықталады.
Көптеген жағдайда вакуумде немесе қорғаушы газ ортасында қыздыру қолданылады. Бақылау атмосферасы бар пештерде инертті газ және арнайы газ қоспалары қолданылады. Олардың тағайындалуы – заттың бетін термохимиялық өңдеу – азоттау, цементтеу және нитроцементтеу, бұл зат бетінің беріктігін күшейту үшін қолданылады. Сонымен қатар әртүрлі технологиялық үрдістер үшін сутек орталы пештер шығарылады, мысалы, металдарды тотықтардан алу және баяу балқитын металдардың (вольфрам, молибден, ниобий, тантал және т.б.) ұнтақтарын біріктіру үшін.
Бұл пештерде жұмыс режимін реттеу, басқа да көмекші операциялар – заттарды салу және шығару, пеш ішінде оларды орналастыру, вакуум туғызатын және газ атмосферасының құрамын реттейтін сорғылар автоматтандырылады.
Периодты әрекетті пештер құрылымы бойынша – камералық (2.1 а сурет), шахталық (2.1 б сурет), камералық суырма түпті (2.1 в сурет), қалпақтық (2.1 г сурет), элеваторлық (2.1 д сурет) болып жасалады.
2.1 сурет - Периодты электр кедергі пештері
Камералық электр пеші (2.1 а сурет) – қыздырғыш камерасы бар периодты әрекетті пеш, жүктемені енгізіп-шығару горизонтал бағытта жүргізіледі. Камералы пеш тік төртбұрышты камерадан құралады, отқа төзімді футеровкасы және жылу оқшаулағышы бар, ол күмбезбен жабылады және металды қаптамаға орналасады. Пешті жүктеу және босату алдыңғы жағындағы есікшемен жабылатын саңылау арқылы жүргізіледі.
Камералы пештің түбіне ыстыққа төзімді тақта қойылады, онда қыздырғыштар орналастырылады. 1000 К дейінгі пештерде жылу алмасу сәулелену және пеш атмосферасының циркуляциясы қамтамасыз ететін еріксіз конвекция арқылы іске асады. Номиналды температурасы 1800 К дейінгі пештер ауа атмосферасында және қадағаланатын атмосферада жұмыс істейді. Үлкен пештерде енгізу мен шығару механикаландырылады.
Шахталы пешті дөңгелек, квадрат және тікбұрыш түрінде жасайды, үстінен арнайы қалпақпен жабады. Ондағы қыздырғыш элементтер бүйірлік қабырғаларда орналастырылады (2.1 б сурет).
Суырмалы түпті камералық пеш қолмен жүктеуге ауыр ірі бұйымдарды қыздыру үшін қолданылады. Пеш камерасы колонналарға орналастырылады. Пештің түбі футеровкамен қаланған арбаша болады. Ол лебедка немесе арнайы жетектің көмегімен рельс бойынша камераға кіргізіліп-шығарылады. Өңделетін бұйым арбашаға кранмен тиеледі (2.1 в сурет).
Қалпақтық пештің асты ашық қыздырғыш қалпағы және жылжымайтын стенді болады (2.1 г сурет). Қыздырылатын бөлшек көтергіш механизм арқылы стендке орналасады. Олардың үстіне алдымен қызуға төзімді қалпақ– муфель, содан кейін іші отқа төзімді материалмен қаланған металдық каркастан жасалған қалпақ жабылады. Қыздырғыш элементтер қалпақтың бүйір қабырғасында және стенд қалауында орналасады. Қыздыру біткеннен кейін қалпақтың электр көзі өшіріледі, содан соң ол келесі қыздырылатын жүктеме орнатылған көрші стендке ауыстырылады. Алғашқы стендтегі салқындау үрдісі қызуға төзімді муфель астында өтеді. Муфель салқындаудың керекті жылдамдығын қамтамасыз етеді.
Қалпақты пештерде, әр цикл сайын тек қана стенд қалауында және муфельде сақталынатын және жылудың 10-15%-ын құрайтын жылу жоғалтылады. Қалпақты пештердің қуаты бірнеше жүз киловаттқа дейін барады. Қалпақ пен муфельді герметикалап, жүктеменің қыздырылуын және салқындатылуын қорғаныс атмосферасында жүргізуге болады.
Элеваторлық электр пештің асты ашық қозғалмайтын қыздыру камерасы және түсіп тұратын түбі бар. Камера цилиндр немесе тікбұрышты болады және цех еденінен 3-4 метр биіктікте колонналарда орналасады (2.1 д сурет).
Пештің түбі қыздыру камерасының астында орналасқан гидравликалық және электромеханикалык көтергіш арқылы көтеріліп-түсіріліп тұрады. Қыздырылатын бөлшекті арбашаға тиейді, содан лебедка арқылы пештің астына жақындатып, көтергішпен жоғары көтереді. Технологиялық үрдіс аяқталған соң түп төмен түсіріліп, бөлшек алынады.
Төмен температуралы пештерде қыздырғыштар қабырғаларға бекітіледі. Жоғарғы температуралы пештерде қыздырғыштар түпте және қабырғаларда орналасады.
Элеваторлы пештер керамикалық бұйымдарды босаңдату, эмальдау, цементтеу, күйдіру, бөлшектерді біріктіру және металлизациялау үшін қолданылады.
Пештер көпсатылы трансформаторлармен қамтамасыз етіледі. Элеваторлы пештер ондаған тонналық сыйымдылыққа есептеледі, қуаты 600 кВт дейін және температурасы 1500 К дейін болады.
Қалыптасқан термоөңдеу технологиялық үрдістерінде өнімділікті ұлғайту үшін үзіліссіз әрекетті пештер қолданылады. Бұл пештерде технологиялық үрдіс талабы бойынша, бөлшектерді тек қана берілген температураға дейін қыздырып қана қоймай, сол температурада керекті уақыт ұстап, содан соң қажетті жылдамдықпен салқындатуға болады. Мұндай пештерді ұзындығы технологиялық үрдісті жүргізу шарттарына байланысты бірнеше зонадан тұратын етіп жасайды.
Көп жағдайларда, бірнеше үзіліссіз әрекетті пештерді қосып, бір үлкен механикаландырылған және автоматтандырылған агрегат құрайды. Негізінде мұндай жүйе шыңдағыш және босатқыш пештерді, шыңдағыш бакты, жуғыш машинаны және кептіргішті біріктіреді.
Үзіліссіз әрекетті пештерді құрылымының айырмашылығы болып табылатын пештің жұмыс кеңістігінде қыздырылатын бөлшектерді жылжыту механизміне байланысты былай айырады: конвейерлік (2.2 а сурет), итергіш (2.2б сурет), туннелдік (2.2 в сурет), барабандық (2.2 г сурет), адымдаушы түппен (2.2 д сурет), бүлкілдек түппен (2.2 е сурет), ролгангтік (2.2 ж сурет), айналдырғы (2.2 з сурет), керіп-созғыш (2.2 и сурет).
Конвейерлік пеш – үзіліссіз әрекетті, жүктеменің жылжытылуы горизонталь конвейермен жүргілізетін пеш (2.2 а сурет).
Пеш түбі конвейер– екі біліктің ортасынан тартылған мата, ол арнайы жетек арқылы қозғалысқа келеді. Қыздырылатын бөлшек конвейерге орналасады, онымен пештің жұмыс кеңістігінен өтіп, орын ауыстырады. Конвейерлік лента оралған нихромдық тордан, штампталған пластинадан және ауыр қыздырылатын бөлшектерден – штампталған немесе құйылған шынжырдан жасалуы мүмкін.
2.2 сурет - Үзіліссіз кедергі пештері
Конвейер түгелімен пеш камерасында орналасады және суытылмайды. Бірақ ауыр жағдайда орналасқан конвейер білігі сумен салқындатуды керек етеді. Осыған байланысты конвейер ұштарын пештен сыртқа шығарып қояды. Бұл жағдай вал жұмысын жеңілдетеді, бірақ енгізіліп-шығарылатын шеттерде конвейердің салқындауына байланысты жылу жоғалуы жоғары болады. Конвейерлік пештерде қыздырғыштар көбінесе лентаның жоғарғы бөлігінің астындағы түпте немесе күмбезде орналасады, бүйірлік қабырғаларда сирек болады.
Конвейерлік қыздырғыш пештері негізінде ұсақ бөлшектерді шамамен 1200 К температурасына дейін қыздыруға арналған.
Жоғарғы температурада (1400 К жоғары) жүктеменің жұмыс кеңістігі бойымен орын ауыстыруы итеру арқылы өтетін пештер– итергіш пештер қолданылады. (2.2 б сурет). Бұлар ұсақ, сонымен бірге үлкен бөлшектерді де қыздыра алады. Мұндай пеш түбінде құбыр, рельс және роликті түп түріндегі бағыттағыштар қойылады, олар қызуға төзімді материалдардан жасалады. Осылар арқылы арнайы қыздырылатын бұйымдар салынған пісіріліп жасалған немесе құйылған түпқоймалар қозғалады. Түпқоймалардың қозғалысы электромеханикалық және гидравликалық итергіш құрылғысымен жүзеге асады. Бұл пештің басқа пешке қарағанда айырмашылығы – ол өте қарапайым, қызуға төзімді материалдан жасалған, ешқандай күрделі бөлшегі жоқ. Олардың кемшілігі қолданылатын түпқоймалардың жылу жоғалтуын, электр энергиясының шығынын көбейтуі, жұмыс мерзімінің шектеулігі.
Ірі дұрыс пішінді заттарды қыздыруға арналған итергіш пештер түпқоймасыз болады. Мұндай жағдайда қыздырылатын бұйымдар бір-біріне тиістіріліп, тікелей бағыттағыштарға салынады.
Итергіш сутекті пештер сутекте немесе диссоциацияланған аммиакта қыздыруды керек ететін технологиялық үрдістерде қолданылады. Сутекті немесе диссоцияланған аммиакты қорғаныс газ ретінде қолданса, пештің енгізу-шығару камерасында оның жұмыстық газымен толтырылмауын болдыртпайтын арнайы шырағдандар болады. Жұмысшы газдың құрамы әр пеште жеке реттеледі, оны қадағалау азотқа және сутекке арналған «шығын өлшегішпен» іске асады.
Туннелдік пеште бұйым футеровкаланған арбашаға тиеліп, туннель тәріздес пеш камерасы арқылы өткізіледі. Белгілі бір уақыт сайын барлық арбашалар оның біреуінің ұзындығына тең қашықтыққа жылжытылады. Пештен бір арбаша шығарылып, біреуі кіргізіледі (2.2 в сурет).
Барабандық пеште камераға қыздыруға төзімді ішінде архимед спиралі бар барабан –шнек орналастырылады. Барабан айналғанда бұйым (шарик, ролик, т.б. ұсақ-түйек) спираль арасымен пештің жүктейтін жағынан түсірілетін жағына қарай сырғиды (2.2 г сурет).
Аттайтын түпті пеште камера астына арнайы жетектің көмегімен үдемелі-қайтарымды қозғалыс жасайтын қыздыруға төзімді мәткелер орнатылады. Алға қарай қозғалыс кезінде мәткелер түп саңылауынан көтеріліп, бұйымдарды көтеріп, орнын ауыстырады. Артқа қарай қозғалыста мәткелер саңылауға түсіп, кейін қайтады. Бұйымдар осылай периодтық қозғалыста болады (2.2 д сурет).
Бүлкілдек түпті пеште бөлшектер роликтерге орналасқан қыздыруға төзімді науаға салынады. Арнайы жетектің көмегімен науа үдемелі-қайтарымды қозғалысқа келеді. Бірақ ол алға қарай бірден тез, ал кейін қарай баяу қозғалады. Осының есебінен бөлшектер алға қарай инерциямен сырғанап отырады (2.2 е сурет).
Рольгантты пештің түбінде баяу айналып тұратын роликтер болады. Оның үстіне қойылған бұйым (көбінесе ірі) біртіндеп пеш камерасы бойынша қозғалады (2.2 ж сурет).
Карусельдік пеш конвейерлік пештің камерасы дөңгелек түрі. Пештің айналмалы түбіне жүктейтін есіктен салынған бұйым бір айналып, алғашқыға қатар орналасқан түсірілетін есікке келеді (2.2 з сурет).
Керіп созғыш электр пеші – сым-темірді, ленталарды камера арқылы үздіксіз өткізу арқылы қыздыруға арналған үздіксіз әрекетті пеш. Ол қыздырғыштары бар муфель болып табылады, оның ішінен қыздырылатын бөлшек өткізіледі (сурет 2.2 и).
Жұмыс температурасы 1500 К дейін болатын пештерде металды муфель болады, ал жоғарғы температурада керамикалық муфель қолданылады. Температурасы 1600 К пештер көп арналы алундты муфельмен жабдықталады, оның үстінен молибден қыздырғыш оралады.
Керіп созғыш пештерде қыздыру аралас амалмен де жүргізіледі: тура – контактілік жетекті роликтар арқылы; жанама – қыздырғыштар арқылы. Жанама қыздыру үрдістің бас және аяқ жағында, тура қыздыру мүмкін болмаған жағдайда, шыбықтың ұштарының термоөңдеуін қамтамасыз етеді.