2.1.2. Силітові електронагрівачі
Силітові нагрівачі є карборундові стрижні (карбід кремнію). Карборунд добре витримує температуру до 1400 ... 1450 ° С і, отже, може забезпечити роботу електричних печей до 1350-1400 ° С. Термін служби нагрівачів в електричній печі може коливатися від сотень до тисяч годин. Питома опір силіту змінюється у межах і сягає в різних типів нагрівачів 4·10 -4 …4·10 -3 Ом·м. У процесі нагрівання від кімнатної температури до 700 про З питомий електричний опір силітових стрижнів зменшується приблизно в 3 рази. Тому вони чутливі до швидкого нагрівання, внаслідок чого розігрівання печі слід проводити поступово.
Для цього нерідко використовують регулювальні трансформатори, що дозволяють у міру підвищення температури знижувати напругу, щоб сила струму не перевищила максимально допустиму величину. Сіліт – крихкий і неміцний матеріал, тому його застосовують лише у порівняно великих перерізах, діаметром від 8 до 45мм, та довжиною активної частини до 1200мм. У зв'язку з труднощами отримання однорідної структури силітових стрижнів на заводі-виробнику підбирають партії нагрівачів по 6 – 12 штук приблизно одного опору. Величину опору кожного зі стрижнів наносять крейдою на кінцевий бік стрижня. Силітові стрижні мають активну зону L1, холодні зони L2. Кінці стрижнів, до яких приєднують струмопідвідні провідники, покриті порошковим алюмінієм. На рис.1.2 показані два типові варіанти конструкції силітових стрижнів.
Мал. 2.4. Силітові стрижні. а) – циліндричний; б) – гантелеподібний.
Існують різні способи з'єднання струмових висновків з проводами або шинами струмопідведення.
Кріплення за допомогою сталевого хомута найменш надійне. Це пояснюєтьсятим, що коефіцієнт лінійного розширення стали значно більшими, ніж силиту. Тому в процесі розігріву зусилля затягування хомута слабшає, опір у зоні контакту стрижня та хомута збільшується, що призводить до прогресивного розігріву хомута, поступового окислення та оплавлення. Найбільш надійними є водоохолоджувані стикові з'єднання. Однак вони складні і дорогі та застосовуються тільки для великих нагрівальних пристроїв. Хороші результати дає використання як струмопідведення багатошарової алюмінієвої стрічки притисненої до струмового виведення стрижня пружинним затиском з жароміцної сталі (рис. 2.4).
Мал. 2.4 З'єднання силітового стрижня з струмопідведенням за допомогою пружинного затиску. 1-торець силітового стрижня, 2 пружинний затискач, 3 багатошарова алюмінієва стрічка.
Рис.2.5. Кріплення силітового стрижня у стінках печі.
1 активна частина силітового стрижня;
2- футерування печі; 3-монтажна керамічна втулка;
4- струмовий висновок стрижня;
6 - стрічка струмопідведення;
7 пружинний затискач.
На рис. 2.6. наведено приклад розташування сукупності стрижнів у робочому просторі печі.
Мал. 2.6. Приклад розташування сукупності стрижнів у робочому просторі печі.
Мінімальна відстань між осями сусідніх нагрівальних елементів Б дорівнює їх подвійному діаметру, а від осі стрижня до футерування А дорівнює полуторному діаметру. Це створює можливість рівномірного розсіювання енергії, що виділяється в стрижні, по всіх напрямках і запобігти його місцевому перегріву. Відстань між силітовими стрижнями та садом печіСповинні бути достатніми для вільного завантаження та вилучення, але не менше 2-х діаметрів стрижня.
Розрахунок силітових нагрівачів опорувиконують після того,як проведено розрахунок електротермічного пристрою, в результаті якого визначено необхідну потужність нагрівачів, максимальну температуру, необхідну для проведення відповідного технологічного процесу (спікання, загартування, відпустки тощо), а також розміри робочого простору та товщину стінок печі.
Технологія виготовлення силітових стрижнів не дозволяє отримувати точно заданий опір стрижня. У великій партії силитових стрижнів одного типорозміру величина електричного опору може змінюватися в межах 10 і більше відсотків. Крім того, виготовлення силітових стрижнів за розмірами замовника обходиться в кілька разів дорожче, ніж придбання аналогічних стрижнів із партій, що випускаються серійно.
Заводи виробники експериментально визначають дійсний опір виготовлених стрижнів та записують їх величину на виведенні стрижня крейдою. Зазвичай вказують також номінальну напругу чи струм. Якщо номінальна напруга не вказана, її визначають за такою формулою:
Тому метою розрахунку є вибір розмірів силітових стрижнів з каталогу заводу виробника, а для роботи стрижнів у номінальному режимі використовують багатоступінчасті трансформатори.
1. Вихідними даними для розрахунку є: потужність печі, температура нагрівачів, довжина робочого простору та товщина футерування печі;
2. За температурою нагрівача визначають величину припустимої питомої поверхневої потужності за графіком на рис. 2.6. ЗначенняРуддля окисного середовища приймають більшими, ніж для відновного. Це пояснюється тим, що при окисленні поверхневого шару силітового стрижня збільшується його опір, а сила струму та дійсна питома потужність (Руд)зменшуються.
3. Обчислюють сумарну поверхнюактивної частини стрижнів за такою формулою:
4. За каталогом виробника стрижнів вибирають стрижні, довжина активної частини яких не перевищує довжину робочого простору печі, а довжина струмових висновків більша за товщину футеровки на 2…3 діаметра;
5. обчислюють площу поверхні активної частини одного обраного стрижня:
6. Обчислюють необхідну кількість стрижнів:
7. Округлюють розрахункову кількість стрижнів до найближчого більшого цілого числа, а при трифазній схемі з'єднання до найближчого більшого кратного трьох;
Рис.2.6. Допустима питома поверхнева потужність силітових нагрівачів.
8. Для прийнятого числа стрижнівnпр.обчислюють питому поверхневу потужність нагрівача і нове значення допустимої йому робочої температури (за рис. 2.6.);
9. За номінальною напругою на силітових стрижнях і характеристик трансформатора вибирають схему з'єднання стрижнів у печі та їх підключення до трансформатора.
Питання для самоперевірки.
1. Сформулюйте закон Ома.
2. Назвіть матеріали для електричних нагрівачів опору.
3. Перерахуйте способи розміщення металевих нагрівачів у робочому просторі печі.
4. Опишіть спосіб розміщення силітових стрижнів у робочому просторі печі.
5. У чому полягає складність надійного з'єднання струмопідведення з силітовим стрижнем?
6. Поясніть способи цих з'єднань.
7. Що називають допустимою питомою поверхневою потужністю нагрівального елемента?
8. Як визначають цю величину?
9. Як змінюється питомий електричний опір металевих нагрівальних елементів зі збільшенням їхтемператури?
10. Як змінюється питомий електричний опір силітових стрижнів зі збільшенням їхньої температури?