ЭЛЕКТРОТЕРМИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

Электротермическое оборудование представляет собой агрегаты, в которых энергия электричества нагревает различные предметы. Чтобы превратить электрическую энергию в тепловую на производствах применяют следующие методы:

1. Разогрев с помощью сопротивления.

По проводящему материалу проходит ток, начинается выделение теплоты из него и за счёт этого либо сразу нагреваются предметы, находящиеся в печи, либо сначала тепло передаётся проводникам, от которых ток идёт к самим деталям и нагревает их.

Существует 2 основных агрегата для нагрева сопротивлением:

1.1 Электрические печи.

Используются в машиностроительной, металлургической, лёгкой, химической отраслях, в строительной, сельскохозяйственной и коммунальной сферах.

Электротермическое оборудование в виде электрических печей делят на 2 основных вида: нагревательные, которые предназначены для обработки металла и плавильные, в которых плавят различные сплавы.

Преимущества электрических печей:

• В камере печи достигается температура до 3000 градусов по Цельсию.
• Элементы внутри камеры нагреваются равномерно.
• Мощность и температура оборудования регулируется автоматически.
• Камера не занимает много места.

2.2 Вакуумные печи.

Здесь металл подвергают термической обработке, паяют, спекают разные составляющие и сушат металлические изделия. Температурный режим таких печей — до 2500 градусов по Цельсию. Для просушки изделий используют шкафы с температурным диапазоном 200 – 250 градусов.

2. Индукционный прогрев.

Изделия нагреваются бесконтактным способом высокочастотными токами.

Как это происходит: элемент из металла или графита, который проводит электрический ток, кладут в витки провода (так называемый индуктор). Затем в этом индукторе наводят разночастотные токи – от десятка Гц до нескольких МГц. В итоге появляется электромагнитное поле, которое провоцирует в проводящем материале вихревые токи, а те, в свою очередь, подогревают предметы выделяющимся теплом.

Чаще всего индуктор выполнен из медных трубок, которые охлаждаются водой в процессе работы, чтобы не допустить перегрева и прожога.

Индукционный нагрев применяют в ювелирном искусстве, при обработке деталей маленького размера. Таким способом обезжиривают медицинские инструменты, паяют и сваривают металл, а также проводят термическую обработку различных деталей.

Плюсы данного способа:

• В процессе разогрева можно применять любой элемент, который проводит ток.
• Индуктор очень быстро нагревается.
• Нагрев происходит во многих средах: в вакууме, в жидкостях непроводящих, а также в окислительной или восстановительной среде и атмосфере защитного газа.
• Путём левитационной плавки и плавки в электромагнитном тигле получают чистые сплавы в малых объёмах.
• На изделиях не образуется окалин.
• Индуктор имеет компактные габариты.

Основное электротермическое оборудование с индукционным нагревом:

а – шахтного типа; б – барабанного типа; в – двухкамерная.

2.1 Индукционная печь шахтного типа.

Имеет форму цилиндра. Плавильный элемент расположен внизу. В конструкции печи предусмотрен гидравлический подъёмник, с помощью которого её наклоняют при разливке горячего металла. Печь такого типа несложно изготовить, просто ремонтировать и менять облицовку ванны.

2.2 Печь барабанного типа.

Плавильная камера имеет форму цилиндра, расположенного горизонтально. Ставится на специальные винты или катки. Также в конструкции имеется наклонный механизм.

2.3 Индукционная печь с двумя камерами.

Представляет собой 2 ёмкости, которые соединены каналами. В одной камере плавят металл, из другой камеры его разливают.

2.4 Тигельная печь с индукционным нагревом.

В таком оборудовании элементы, которые проводят ток и индуктор имеют 2 связанных контура с электротоком.

3. Диэлектрический нагрев.

Это способ, при котором ток проходит сквозь диэлектрики и полупроводники в переменном электрополе.

Основные преимущества:

• Нагрев происходит быстро и равномерно.
• Процесс имеет большую производительность.
• Вся энергия, которая выделяется в ходе нагрева переходит в нагреваемый элемент.
• Высокое качество продукции, полученное этим методом.
• Экономическая выгода при массовом производстве.

Оборудование для диэлектрического нагрева делят на 3 вида:

• Для обработки крупногабаритных деталей, для которых необходим быстрый нагрев в равномерном электрополе. Это может быть обжиг фарфора, просушка целлюлозы и материалов из волокон, сварка компонентов из полимеров.
• Для сушки волокон из текстиля, печатных принтов на ткани, для просушивания бумаги, пастеризации. Словом, установки второго типа используют, чтобы нагревать длинные плоские изделия.
• Третий тип установок применяют для того, чтобы размораживать продукты, разогревать и быстро готовить блюда, обжигать детали из керамики.

Кроме того, электротермическое оборудование данного типа делят по частотам: высокочастотные и сверхвысокочастотные.

4. Дуговой разогрев.

В этом случае электрическая энергия преобразуется в тепловую в электрической дуге. Этот процесс происходит в печах, которые разделяют на 3 типа:

4.1 Печь с зависимой дугой.

Здесь электродуга находится между электродами, которые расположены поверх жидкого металла. Таким образом обмен теплом происходит в результате излучения и конвекции.

4.2 Печь с независимой дугой.

В данном варианте дуга расположена между электродами и нагреваемым элементом. Изделия нагреваются от энергии, которая выделяется в дуге за счёт того, что ток проходит через расплавленный металл.

4.3 Печь с закрытой дугой.

В такой печи горение дуги осуществляется под слоем шихты, которая проводит электрический ток. В печь тепловая энергия подаётся благодаря теплопроводности, излучению и отчасти конвекции.

4.4 Вакуумные печи.

Горение дуги происходит в инертном газе или парах расплавляемого металла и находится между электродом и ёмкостью с расплавом.

4.5 Плазменно-дуговая печь.

Здесь дуга нагревает металл одновременно с потоком плазмы инертного газа. В результате расплавляемый металл получается чистым, а эффективность агрегата повышается. Кроме того, такая печь очень выгодна с экономической точки зрения.

5. Ионно-лучевой и электронный.

Принцип выделения тепловой энергии: электроны или ионы, которые быстро движутся под действием электрического поля сталкиваются с плоскостью, которой требуется нагрев.

Такой метод применяют при обработке тугоплавких и химически активных металлов, в процессе изготовления монокристаллов, при сваривании деталей и т. д.

Важные плюсы ионно-лучевого и электронного нагрева:

• Возможность плавного изменения удельной энергии в области нагрева.
• В зоне соприкосновения электронного луча с обрабатываемой деталью возникает большая удельная мощность.
• Положение луча можно изменять при помощи магнитной системы.
• Этот метод отлично применяется в вакуумной среде.
• Луч способен обрабатывать определённую поверхность, не затрагивая всю деталь.

К недостаткам этого способа разогрева относятся сложность производства и высокая стоимость оборудования.

Процессы, в которых применяют электронно-лучевой метод:

5.1. Плавка в вакуумной среде.

Используют, чтобы получить идеально чистые металлы. Здесь, в отличие от других способов плавления, жидкий металл рафинируется в кристаллизаторе после того, как остановилось плавление электрода.

5.2. Испарение металла.

Преимущество этого способа в том, что здесь можно управлять лучом энергии, направляя его в нужную зону, а также регулировать скорость, с которой происходит испарение. Метод испарения часто применяют в области микроэлектроники.

5.3. Термообработка.

Электронным лучом нагревают определённые участки изделия, чтобы добиться изменений в структуре металла.

5.4. Сварка электронным лучом.

6. Лазерный.

Поверхность изделий впитывает потоки световой энергии из квантовых генераторов и таким образом нагревается. Большим преимуществом этого способа является то, что одно и тоже электротермическое оборудование применяют как для термообработки металла, так и для сварки, резки, наплавки и других операций.

В промышленности в основном применяют лазеры, мощность которых не превышает 5 кВт. Агрегаты большей мощности применяют только при загруженности предприятия более чем на 80 %, так как лазерное оборудование стоит дорого.

7. Разогрев при помощи плазмы.

Сквозь электромагнитное поле пропускают газ. Он нагревается и выделяется тепловая энергия.

В качестве газов, образующих плазму, используют аргон, азот, гелий и водород.

С помощью плазменной обработки осуществляют любые способы термического воздействия на металлические поверхности: режут и сваривают металл, наносят защитные покрытия.

Нагрев металла электротермическим оборудованием выигрывает по сравнению с нагревом в топливных агрегатах.

Неоспоримые плюсы электротермического оборудования:

1. Температурный режим соблюдается точно.
2. Небольшой объём обрабатываемого материала не мешает высокой мощности оборудования.
   
   
3. Нагрев свыше 3000 градусов по Цельсию. В топливных агрегатах температура достигает 2000 градусов по Цельсию.
   
   
4. Тепловая энергия распределяется равномерно.
   
   
5. Газы не действуют на детали, которые обрабатываются в электротермических установках.
   
   
6. Изделия можно обрабатывать в вакууме и инертном газе.
   
   
7. Добавки для прочности металла (легирующие элементы) дают небольшой угар по сравнению с обработкой в топливных установках.
   
   
8. Изделия, полученные в процессе обработки в данных агрегатах, выходят чистыми, без посторонних примесей, а следовательно – более прочные и качественные.
   
   
9. Оборудование просто механизировать и автоматизировать.
   
   
10. Электротермические агрегаты легко встроить в конвейерную линию.
    
    
11. Специалисты, которые работают с таким оборудованием получают более безопасные и комфортные условия труда.
    
    

К недостаткам этих установок относятся непростая конструкция, большая цена оборудования и высокая стоимость получаемой тепловой энергии.

Электротермическое оборудование широко применяют во всех сферах промышленности, где есть металл. Оно постоянно усовершенствуется, исходя из современных реалий и запросов производства.

Компания ООО ЛипецкТехноЛит регулярно принимает участие в форумах, посвящённых металлообрабатывающей промышленности и следит за новыми технологиями в этой области.