Тигельные электрические и электродные печи-ванны

Электрические печи-ванны для нагрева деталей под закалку бывают двух видов: с элементами нагрева в виде проволоки или ленты из высокоомного сплава и электродные. К ваннам с элементами нагрева в виде проволоки или ленты с наружным обогревом металлического тигля относятся электрические ванны-печи типа СВГ-10/8,5, СВГ-20/8,5 и СВГ-30/8,5. В обозначениях ванн первая цифра показывает мощность печи-ванны в кет, а знаменатель— температуру в сотнях °C. Производительность печей-ванн соответственно 30, 80 и 130 кг/ч. Конструкция печи-ванны СВГ-20/8,5 показана на рис. 28. Рабочая камера 2 печи-ванны выложена из шамотного кирпича. Пространство между рабочей камерой и каркасом заполняется теплоизоляционным порошком с диатомитовым кирпичом. Тигель 1 висит на чугунной плите 3. Сверху тигель закрывается раздвигаемой крышкой 4, в которой имеются два отверстия: одно для контрольной указывающей термопары 6, а другое 5 — для подвешивания приспособлений с деталями. Вторая регулировочная термопара помещается в рабочем пространстве ванны у нагревателей. Эта термопара связана с автоматическими регулирующими тепловыми приборами. У ванны внизу под тиглем имеется стокдля расплавленных солей в случае прогара тигля..

Электродные печи-ванны получили большое развитие. В настоящее время в России и за рубежом разработано много конструкций электродных ванн [17, 25]. В старых конструкциях этих печей-ванн электроды далеко отстоят друг от друга и являются стенками рабочего пространства.

В новых конструкциях устанавливают электроды на небольшом расстоянии друг от друга. Имеются конструкции с опущенными электродами с полностью погруженными и утопленными электродами. Все эти печи-ванны отличаются тем, что электроэнергия преобразуется в тепловую в расплавленной соли, которая является слабым проводником тока.

Вследствие того, что нагрев соли происходит непосредственно от прохождения тока в ванне, эти печи-ванны являются наиболее экономичными. В промышленности получили широкое распространение трехфазные электродные печи-ванны типа С-35 и С-75 (цифры показывают мощность печей в кет). Производительность печи-ванны С-35 30 кг/ч, а С-75 55 кг/ч.

Конструкция и электрическая схема печи-ванны С-35 приведена на рис. 29, а и б. Эти печи-ванны характерны тем, что не имеют металлического тигля. Внутри металлического каркаса 1 устанавливают предохранительный цилиндрический кожух 5. Пространство между внутренним и наружным цилиндрами заполняют теплоизоляционным материалом 4. Внутри предохранительного кожуха рабочее пространство 2 ванны выкладывают фасонным шамотным кирпичом и железными электродами. Рабочее пространство имеет .вид шестиугольной призмы, у которой шамотные грани чередуются с железными гранями, представляющими собой электроды. Расстояние между противоположными гранями в печи С-35 220 мм, а в печи С-75 340 мм. Глубина ванны соответственно 420 и 580 мм. Железные электроды 3 не доводят при монтаже до самого дна во Избежание короткого замыкания их при раскислении печи-ванны и осаждении окалины. Электрическим сопротивлением печи-ванны служит расплавленная соль — хлористый барий или смесь хлористого бария с другими солями. Ток подается к электродам с помощью шин от специального трансформатора 6, имеющего десять ступеней регулирования и понижающего напряжения с 220/380 до 24,2—5,5 в. На каркасе печи установлен колпак 7, который присоединяется к системе вытяжной вентиляции. Для предохранения рабочих от брызг расплавленной соли загрузочное отверстие в колпаке закрыто цепной занавеской 8.

Рабочая температура этих ванн 1300° С. В результате быстрого разрушения стационарных термопар вследствие высокой температуры контроль температуры осуществляется с помощью радиационного пирометра-ардометра.

Пуск в ход электродных соляных печей-ванн представляет некоторые трудности. Поэтому, когда в работе имеется небольшой перерыв, ванну не выключают, а закрывают шамотной крышкой и устанавливают трансформатор на первую ступень для поддержания температуры ванны немного выше точки плавления соли.

При эксплуатации печей-ванн возможны случаи разъедания кладки расплавленной солью. Особенно часто это случается у ввода электродов в рабочее пространство. В этих случаях необходимо остановить печь-ванну, удалить соль и после остывания печи произвести ремонт. Для ликвидации простоев ^вследствие выхода из строя печи-ванны на заводах изготовляют запасную сменную печь-ванну, которая представляет собой полностью смонтированные каркас, кладку и электроды. Эту запасную печь-ванну подводят под вытяжной колпак, вышедшей из строя печи-ванны, и присоединяют электроды к трансформатору. После футеровки печи-ванны производят тщательную сушку сначала дровами в течение 6—8 ч, а затем углем, после чего можно расплавлять соль.

При длительных остановках печи-ванны необходимо вычерпать соль и слить ее в специальные изложницы. После затвердевания соль раскалывают на куски, и ее можно опять использовать. В твердом виде соль не является электрическим проводником, поэтому для ее расплавления применяют ряд методов. Для пуска соляных ванн применяют приспособление, изготовленное из сплава высокого омического сопротивления. Приспособление представляет собой стойку, в основании которой имеется треугольник. По сторонам треугольника располагается нихромовая спираль. При пропускании тока невысокого напряжения от трансформатора приспособление будет нагреваться и расплавлять соль. Это приспособление используется также при временной остановке ванны. В этом случае приспособление устанавливают в жидкую ванну, где соль постепенно застывает. Затем, когда ванну необходимо пустить снова, через приспособление, находящееся в затвердевшей соли, пропускают ток, и соль расплавляется. Во избежание выброса соли из ванны расплавление застывшей соли следует вести сверху; поэтому приспособление при загрузке в жидкую соль перед ее затвердеванием опускается неглубоко.

В трехэлектродных печах-ваннах типа С-35 и С-75 возможен перегрев деталей при нормальной температуре соли. Это происходит по следующим причинам. Ток проходит через расплавленную соль и деталь, помещенную в нее, а так как сопротивление металла меньше сопротивления соли, деталь может перегреваться вследствие увеличения плотности тока на его поверхности. Перегрев будет происходить всегда, когда детали располагаются вблизи электродор, на расстоянии не более 25—30 мм.

Более совершенными и не имеющими указанного недостатка являются печи-ванны с опущенными электродами. В этих печах-ваннах в рабочее пространство поступает не весь ток, как в предыдущих конструкциях, а только часть его в виде ответвления, и перегрева деталей не происходит. Такие печи-ванны получили широкое распространение вследствие высокого к. п. д. и интенсивного равномерного нагрева деталей. Последний происходит в результате электромагнитной циркуляции соли, которая заключается в следующем. Протекающий через электроды ток (3000—5000 а) образует интенсивное магнитное поле. Вследствие взаимодействия магнитных полей жидкий проводник — расплавленная соль — приходит в движение. В ванне наблюдается энергичная циркуляция расплавленной соли; около стенок ванны соль поднимается со дна; в верхних слоях она направляется в сторону электродов, а затем вниз к нижним концам электродов. В ванну опускают два электрода, которые представляют собой стальные стержни диаметром 30—40 мм. Расстояние между поверхностями электродов составляет 12—30 мм; в этих ваннах не может быть такого перегрева деталей, как в ваннах типа С-35 и С-75, где электроды значительно удалены один от другого.

Электромагнитная циркуляция служит также причиной движения соли между электродами, откуда соль выталкивается навстречу конвекционным потокам, которые направляют горячие слои соли снизу вверх. Схема электромагнитной циркуляции соли представлена на рис. 30, а. Любой элементарный объем 1 соли, находящийся между погруженными электродами 2, будет активизироваться и увлекаться вниз между электродами. Если движение тока меняется в обратном направлении, то силовые линии 3 магнитного поля также меняют свое направление на обратное.

На заводах работают однофазные электродные печи-ванны серии С типа С-20, С-25, С-45 с электромагнитной циркуляцией соли (цифры обозначают мощность печей в кет). Ванны типа С-25 применяются для температур до 850° С, а типа С-20 и С-45 до 1300° С. Конструкции этих ванн имеют некоторое , сходство с описанными выше ваннами типа С-35 и С-75. Отличительными особенностями ванн с опущенными электродами являются следу-ющие: в ваннах С-20 и С-45 расплавленная соль находится в рабочей камере, выложенной из фасонного шамотного кирпича, а в ванне С-25 (рис. 30, б) в тигле из жароупрной стали. В табл. 2 приведены некоторые характеристики этих печей-ванн.

В ванну опущены два электрода 2. Электроды имеют квадратное сечение с размерами сторон 25—60 лии. Расстояние между электродами составляет 12—30 мм и выбирается в зависимости от рабочей температуры и состава ванны, влияющих на электропроводность. Концы электродов с помощью шин соединены с многоступенчатым понизительным трансформатором.

Печи-ванны такого же типа, но больших размеров имеют обозначение С-50 и С-100. Печь-ванна С-50 предназначена для работы при температуре до 600° С, а типа С-100 до 850° С. Производительность соответственно 100 и 160 кг/ч. Эти печи имеют прямоугольную форму и заключены в металлический каркас (рис. 31). Печи-ванны С-50 и С-100 в отличие от печей-ванн С-20 и С-45 имеют три пары опущенных в тигель электродов J. Сверху печи-ванны закрываются крышкой 2, которая у печей типа С-50 передвигается вручную, а у печей типа С-100 специальным механизмом от электродвигателя, установленного сбоку печи. Кроме того, печи-ванны типа С-100 снабжены бортовым отсосом 3 для удаления вредных паров солей. Отсос вместе с вытяжным зонтом над ванной присоединяется к общей вентиляционной системе цеха.

Печи-ванны С-100 используются для нагрева под закалку и для высокотемпературного цианирования, а печи-ванны С-50 — для отпуска и низкотемпературного цианирования.

Печь-ванна С-100 имеет большое открытое пространство расплавленной соли. Вследствие этого наблюдается значительное

выделение тепла и большие его потери. Вентиляционное устройство для удаления паров соли у печи-ванны С-100 не обеспечивает хороший отсос (их. Загрузка и выгрузка деталей в печи не механизированы. Поэтому были разработаны новый типаж и конструкции печей-ванн с опущенными электродами с трехфазными и однофазными электродными группами, обозначаемые индексом СВС.

Таблица 2

Характеристики печей-ванн

Для трехфазных печей-ванн главным параметром является мощность электродной группы, а для однофазных печей-ванн главными параметрами являются размеры рабочего пространства. Поэтому цифры в обозначениях показывают ширину, длину и высоту. Эти недостатки электродных ванн способствовали созданию нового типа электродных печей-ванн с внутренними экранами, отделяющими электроды от -рабочего объема соли, в которых производится нагрев деталей. При такой конструкции ток не проходит через детали, экран предохраняет их от соприкосновения с электродами, позволяет лучше использовать рабочий объем соли.

Электродные печи-ванны с опущенными электродами имеют некоторое преимущество перед ваннами типа(С-35 и С-75).

Эти печи-ванны имеют вентиляционный зонт, который облегчает чистку ванн и хорошо защищает рабочего от облучения.

Однофазные высокотемпературные печи-ванны хорошо сохраняют тепло в объеме рабочего пространства.

Поэтому во ВНИИЭТО была разработана серия однофазных высокотемпературных печей-ванн. По исследованиям ВНИИЭТО [151, в печи-ванне СВС-60/13 мощностью 60 кет перепад температур по всему рабочему объему составляет ±19° С, а в однофазной печи-ванне СВС-1,5x2x4/13 мощностью 50 кет вследствие более интенсивной циркуляции соли только ±8° С при практически одинаковой производительности обеих печей-ванн.

Конструкция однофазной высокотемпературной печи-ванны серии СВС показана на рис. 33. В этих однофазных печах-ваннах использованы унифицированные узлы. Футеровка печей выложена из специальных высокоглиноземистых плит. Электроды квадратного сечения установлены на небольшом расстоянии друг от друга у задней стенки печи-ванны. Электроды отделены со стороны рабочего пространства керамической плитой, а остальная часть электродной зоны покрыта шамотной плитой для уменьшения тепловых потерь. Рабочая часть электродов выполнена из высоко-хромистой стали. Для электродов высокотемпературных печей-ванн рекомендуются сплавы Х25 и Х18Н10Т. Однофазные электродные печи-ванны используются для различных процессов терми*. ческой и химико-термической обработки.