Високотемпературна обробка матеріалів є однією з ключових операцій на багатьох виробництвах, де тепловий вплив входить в перелік основних технологічних процесів. Умови організації даної процедури можуть бути різними, що зумовлює і відмінності у характеристиках застосовуваного устаткування. В цілому ж сегмент агрегатів, за рахунок яких здійснюється інтенсивна теплова обробка, формують високотемпературні печі промислового призначення.
Класифікація обладнання за принципом генерації тепла
На сьогоднішній день не існує універсального способу вироблення теплової енергії, який би однаково підходив для різних умов експлуатації. Однак можна виділити вузьку групу наступних видів найбільш популярних печей, що використовуються для завдань високотемпературного нагріву:
- Паливні. Традиційний спосіб генерації теплоти, яка виробляється з хімічної енергії при спалюванні твердого, газоподібного і рідкого палива.
- Електричні. Широкий сегмент агрегатів, які відрізняються зручністю і безпекою при використанні. У категорії високотемпературних електричних печей також виділяються більш сучасні індукційні і електродугові моделі. Загальним недоліком такого обладнання є дорожнеча електричної енергії, яка витрачається у великих обсягах.
- Автогенні. Печі даного типу працюють за рахунок реакцій горіння і окислення елементів, які містяться в оброблюваних заготовках. Наприклад, в ході продування киснем рідкого чавуну йде процес окислення вуглецю з природним виділенням теплоти. Очевидно, що застосування автогенных печей вигідно економічно, так як практично не потрібно додаткових паливних елементів, але не на всіх виробництвах у штатному режимі передбачаються технологічні процеси з окисленням і горінням. Як правило, це відноситься до сфер металургійної обробки металів і сплавів.
Камерні печі
Це одна з найбільш поширених конструкцій високотемпературного агрегату, призначеного для забезпечення теплового впливу з швидким нагрівом до необхідного рівня. В цілях підтримки рівномірності розподілу теплової енергії на виробництвах додатково застосовуються спеціальні газові і окислювальні середовища. Максимальний режим нагріву у високотемпературних камерних печей досягає 1800 °C, якщо мова йде про стандартні промислових моделях для металургійного виробництва. В якості джерела енергії зазвичай виступає електрика – мощностный потенціал варіюється від 0,5 до 3,5 кВт в середньому.
Трубчасті печі
Різновид високотемпературних моделей пічного обладнання з можливістю спрямованої подачі теплових потоків. У конструкції передбачаються нагрівальні і роздільні блоки, поворотна механіка яких дозволяє виконувати роботу під різними кутами, в залежності від поточних вимог. Деякі моделі трубчастих високотемпературних печей забезпечуються кварцовим реактором з газонепроникними голівками. Дане конструкційне рішення забезпечує ефект подвійного спалювання газів, що також створює умови для мінімізації вихідних паливних ресурсів. В якості випромінювачів тепла зазвичай використовуються нагрівального-ізоляційні модулі секційного типу, що забезпечують нагрів до 1200 °C.
Особливості муфельних печей
Для ефективної роботи в агресивних середовищах, що нерідко має місце в процесах промислової обробки сировини, застосовуються різні види муфельних печей. Їх можна використовувати при безпосередньому впливі на конструкцію газів, пилу, пари, води та інших відходів виробництва. Завдання ізоляції вирішуються за рахунок спеціальних жароміцних матеріалів. Для високотемпературних печей, що працюють в діапазоні температур від 1150 °C до 1300 °C зокрема, застосовують керамічні елементи, які не тільки оберігають топку від негативного впливу ззовні, але і сприяють рівномірному розподілу тепла ззовні. В конструкції можуть передбачатися і спеціальні несучі труби, по яких тепло випромінюється цілеспрямовано за певним контурах і за короткі проміжки часу.
Плавильні печі
Як правило, це агрегати з невеликою камерою нагріву, призначеної для обслуговування компактних заготовок. До цільовим матеріалами обробки в таких печах відносяться кольорові метали, що вимагають особливих умов термічного впливу. Існують і спеціальні лінійки моделей для виконання операцій в лабораторних умовах, забезпечені ливарним жолобом з можливістю точного дозування розплаву. Середні показники нагріву у високотемпературних печах даного типу варіюються від 1000 °C до 1500 °C з можливістю точного регулювання. До цієї ж різновиду відносяться і деякі модифікації агрегатів для виконання випалу.
Основні характеристики печей
Навіть у межах одного типу високотемпературної промислової печі робочі параметри можуть змінюватись у великих діапазонах. Усереднені показники, з якими найчастіше працюють великі виробничі підприємства, можна представити так:
- Потужність агрегату – від 0,2 до 5-7 кВт.
- Температурний режим – від 300 до 2400 °C і більше.
- Об’єм робочої камери високотемпературних печей – від 2,5 до 20 дм3.
- Маса конструкції – від 2 до 100 кг.
- Напруга – зазвичай застосовуються трифазні мережі на 380 Ст.
Організація робочого процесу
Установка обладнання виконується стаціонарним способом, іноді вимагаючи попереднього пристрою фундаментної основи у вигляді жароміцної цементної стяжки. До печі підводяться необхідні комунікації та технологічне оснащення для подачі заготовок. Деякі компоненти інжинірингового забезпечення входять в базову комплектацію. Наприклад, система охолодження найчастіше реалізується з допомогою вентилятора. Високотемпературні печі з водяною системою охолодження оснащуються циркуляційним насосом підходящої потужності, який інтегрується в місцеву інфраструктуру водопостачання. Управління сьогодні практично у всіх агрегатах промислового нагріву забезпечується за рахунок програматорів з датчиками і контролерами робочих параметрів. Термостати можуть інтегруватися в центральні управляючі системи підприємства, що дозволяє комплексно відстежувати показники роботи обладнання в загальному контексті виробничого процесу з урахуванням характеристик паралельних технологічних операцій.
Висновок
Основною сферою застосування даного устаткування є металургія, а також окремі галузі хімічної та харчової промисловості. Але навіть у рамках таких виробництв процеси термічного впливу є неоднорідними. По мірі ускладнення технологій обробки змінюється і підхід до організації операцій термічного впливу. Також підвищуються і вимоги до конструкційним виконанням високотемпературних печей. Матеріали для такого обладнання сьогодні представлені не тільки інструментальними сталями, але і жароміцної керамікою, що робить конструкцію більш легкими і практичними в обслуговуванні. Змінюються і підходи до управління печами. Впровадження тієї ж автоматики з програмованими модулями підвищує ефективність контролю робочого процесу, а разом з цим збільшує експлуатаційний ресурс техніки і знижує енерговитрати завдяки збалансованому управлінню.
