Obróbka materiałów w wysokiej temperaturze jest jedną z kluczowych operacji w wielu gałęziach przemysłu, gdzie narażenie termiczne znajduje się na liście podstawowych procesów technologicznych. Warunki zorganizowania tej procedury mogą być różne, co powoduje różnice w charakterystyce używanego sprzętu. Generalnie segment jednostek, dzięki którym prowadzona jest intensywna obróbka cieplna, tworzą piece wysokotemperaturowe do zastosowań przemysłowych.
Klasyfikacja urządzeń zgodnie z zasadą wytwarzania ciepła
W dzisiejszych czasach nie ma uniwersalnego sposobu wytwarzania energii cieplnej, który byłby równie odpowiedni dla różnych warunków pracy. Można jednak wyróżnić wąską grupę następujących typów najpopularniejszych pieców do pracy w wysokich temperaturachogrzewanie:
- Paliwo. Tradycyjna metoda wytwarzania ciepła, które jest wytwarzane z energii chemicznej poprzez spalanie paliw stałych, gazowych i ciekłych.
- Elektryczne. Szeroki segment jednostek wygodnych i bezpiecznych w użytkowaniu. W kategorii wysokotemperaturowych pieców elektrycznych wyróżniają się również nowocześniejsze modele indukcyjne i łukowe. Powszechną wadą takiego sprzętu jest wysoki koszt energii elektrycznej, która jest zużywana w dużych ilościach.
- Autogeniczny. Piece tego typu pracują dzięki reakcjom spalania i utleniania pierwiastków zawartych w obrabianych przedmiotach. Na przykład, w trakcie przedmuchiwania ciekłego żelaza tlenem, węgiel jest utleniany z naturalnym wydzielaniem ciepła. Oczywiste jest, że stosowanie pieców autogenicznych jest ekonomicznie korzystne, ponieważ praktycznie nie są wymagane dodatkowe ogniwa paliwowe, ale nie wszystkie zakłady produkcyjne zwykle zapewniają procesy technologiczne z utlenianiem i spalaniem. Z reguły dotyczy to obszarów obróbki metalurgicznej metali i stopów.
Piece komorowe
Jest to jeden z najpopularniejszych projektów urządzeń wysokotemperaturowych, zaprojektowany w celu zapewnienia efektu termicznego z szybkim nagrzewaniem do pożądanego poziomu. W celu utrzymania równomiernego rozkładu energii cieplnej w produkcji dodatkowo stosuje się specjalne gazy i media utleniające. Maksymalny tryb ogrzewania przywysokotemperaturowe piece komorowe osiągają 1800 °C, jeśli mówimy o standardowych modelach przemysłowych do produkcji metalurgicznej. Źródłem energii jest zwykle energia elektryczna – potencjał mocy waha się średnio od 0,5 do 3,5 kW.
Piece rurowe
Różnorodne modele wysokotemperaturowego wyposażenia pieca z możliwością kierunkowego dostarczania strumieni ciepła. Konstrukcja przewiduje ogrzewanie i oddzielne bloki, których mechanika obrotowa pozwala na pracę pod różnymi kątami, w zależności od aktualnych wymagań. Niektóre modele rurowych pieców wysokotemperaturowych są wyposażone w reaktor kwarcowy z głowicami gazoszczelnymi. Takie rozwiązanie konstrukcyjne zapewnia efekt podwójnego spalania gazów, co również stwarza warunki do minimalizacji początkowych zasobów paliwa. Jako promienniki ciepła stosuje się zwykle sekcyjne moduły termoizolacyjne, zapewniające grzanie do 1200 °C.
Cechy pieców muflowych
Dla wydajnej pracy w agresywnych środowiskach, które często występują w przemysłowej obróbce surowców, stosuje się różne typy pieców muflowych. Mogą być stosowane z bezpośrednim wpływem na strukturę gazów, pyłów, pary, wody i innych odpadów. Zadania izolacyjne są rozwiązywane za pomocą specjalnych materiałów żaroodpornych. Do pieców wysokotemperaturowych pracujących w zakresie temperatur od 1150 °C do 1300 °C stosuje się w szczególności elementy ceramiczne, które nietylko chronią palenisko przed negatywnymi wpływami zewnętrznymi, ale także przyczyniają się do równomiernego rozprowadzania ciepła z zewnątrz. Projekt może również obejmować specjalne rury nośne, przez które ciepło jest celowo emitowane wzdłuż określonych konturów i przez krótki czas.
Piece do topienia
Z reguły są to urządzenia z małą komorą grzewczą przeznaczone do obsługi kompaktowych detali. Materiałami docelowymi do przetwarzania w takich piecach są metale nieżelazne, które wymagają specjalnych warunków ekspozycji termicznej. Istnieją również specjalne linie modeli do wykonywania operacji w laboratorium, wyposażone w rynnę odlewniczą z możliwością dokładnego dozowania wytopu. Średnie wartości opałowe w tego typu piecach wysokotemperaturowych wahają się od 1000 °C do 1500 °C z możliwością precyzyjnej regulacji. Niektóre modyfikacje jednostek strzelających również należą do tej odmiany.
Kluczowe cechy pieców
Nawet w tym samym typie wysokotemperaturowego pieca przemysłowego parametry pracy mogą się znacznie różnić. Średnie wskaźniki, z którymi najczęściej pracują duże przedsiębiorstwa produkcyjne, można przedstawić w następujący sposób:
- Moc jednostkowa - od 0,2 do 5-7 kW.
- Zakres temperatur - od 300 do 2400 °C i więcej.
- Objętość komory roboczej pieców wysokotemperaturowych wynosi od 2,5 do 20 dm3.
- Waga projektu - od 2 do 100 kg.
- Napięcie - powszechnie używanesieci trójfazowe dla 380 V.
Organizacja przepływu pracy
Montaż urządzeń odbywa się w sposób stacjonarny, czasami wymagający wstępnego posadowienia w postaci żaroodpornego jastrychu cementowego. Do pieca dostarczane są niezbędne urządzenia komunikacyjne i technologiczne do dostarczania półfabrykatów. Niektóre komponenty oprogramowania inżynierskiego są zawarte w pakiecie podstawowym. Na przykład system chłodzenia jest często realizowany za pomocą wentylatora. Piece wysokotemperaturowe chłodzone wodą są wyposażone w pompę obiegową o odpowiedniej wydajności, która jest zintegrowana z lokalną infrastrukturą wodociągową. Obecnie zarządzanie w prawie wszystkich przemysłowych urządzeniach grzewczych zapewniają programiści z czujnikami i regulatorami parametrów pracy. Termostaty można zintegrować z centralnymi systemami sterowania przedsiębiorstwa, co pozwala kompleksowo monitorować wydajność urządzeń w ogólnym kontekście procesu produkcyjnego, z uwzględnieniem charakterystyki równoległych operacji technologicznych.
Wniosek
Głównym zakresem tego sprzętu jest metalurgia, a także niektóre gałęzie przemysłu chemicznego i spożywczego. Ale nawet w ramach takich branż procesy oddziaływania termicznego są niejednorodne. Ponieważ technologie przetwarzania stają się coraz bardziej złożone, zmienia się również podejście do organizacji operacji obróbki cieplnej. Również wymagania dotyczące konstrukcjiwykonanie pieców wysokotemperaturowych. Materiały na takie urządzenia są dziś reprezentowane nie tylko przez stale narzędziowe, ale także przez ceramikę żaroodporną, co sprawia, że konstrukcje są łatwiejsze i bardziej praktyczne w utrzymaniu. Zmienia się również podejście do zarządzania piecami. Wprowadzenie tej samej automatyzacji z programowalnymi modułami zwiększa efektywność kontroli przepływu pracy, a jednocześnie zwiększa żywotność sprzętu i zmniejsza koszty energii dzięki zrównoważonemu sterowaniu.
