Основные виды ЭПС периодического действия

Основные виды ЭПС периодического действия, являющиеся наиболее распространенными, показаны на рис. 4.4, 4.5.

В ЭПС периодического действия изделия загружаются в рабочее пространство и нагреваются в нем, не перемещаясь. Температуры различных точек рабочего пространства в ЭПС периодического действия в каждый момент времени одинаковы или имеют определенные значения, однако могут изменяться во времени.

Широкое распространение электропечей периодического действия (садочных электропечей) обусловлено сравнительной просто­тойих конструкции, относительно невысокой стоимостью и постоянно увеличивающимся объемом проведения общепромышленных процессов термической обработки в условиях мелкосерийного производства, ремонтно-восстановительных, инструментальных участков.

Рис. 4.4. Основные виды электрических печей

сопротивления (наиболее распространенные)

а б в г д

Рис. 4.5. Схема печей периодического действия: а – камерная с загрузкой через окно; б – камерная с выдвижным подом; в – шахтная; г – элеваторная; д – колпаковая;   1 – каркас печи с футеровкой; 2 – нагреваемые тела (загрузка); 3 – дверца; 4 – загрузочный проем (окно); 5 – выдвижной под; 6 – рельс; 7 – крышка; 8 – опускающийся под; 9 – механизм опускания; 10 – стенд; 11 – съемный колпак   Стрелкой показано направление движения загрузки при подаче ее в рабочее пространство печи

В отличие от электропечей непрерывного действия электропечи периодического действия предназначаются для обра­ботки часто меняющейся номенклатуры изделий в условиях, когда одна и та же печь нередко применяется для различных видов термообработки, отличающихся уровнем и режимом изменения температуры, продол­жительностью процесса, составом атмосферы и другими параметрами.

Конструктивное выполнение электропечей общепромышленного на­значения имеет целью применение их для наиболее распространенных видов термической обработки, в частности обработки металлов и спла­вов. Виды термообработки сталей и цветных металлов определяются ти­пом фазовых и структурных превращений в металле; в их классифи­кации учитывается собственно термическая и химико-термическая обработка. К термической относятся отжиг, закал­ка, старение, отпуск. При химико-термической обработке изменяется химический состав поверхностного слоя деталей, что обеспечивает необ­ходимое изменение свойств. Цементация, нитроцементация, азотирование, борирование — наиболее распространенные виды химико-термичес­кой обработки металлов. Кроме того, электропечи данной группы ис­пользуются для сушки, обжига керамики, пайки и других технологичес­ких процессов.

Диапазоны параметров общепромышленных печей — номинальная темпе­ратура от 250 до 1500°С; размеры и масса обрабатываемых садок соответственно от 300 мм до 3 м и от 80 кг до 10 т — отличают общепромыш­ленные электропечи, с одной стороны, от лабораторных и других специ­альных электропечей, с другой стороны, от крупногабаритных садочных электропечей, предназначенных для многотоннажных изделий (напри­мер, в металлургической промышленности или тяжелом машинострое­нии); атмосфера в рабочем объеме печи — воздушная или специальная контролируемая, в том числе защитная.

В промышленных ЭПС могут осуществляться три группы процессов, связанных с нагреванием металла, при проведении которых целесообразно применение контролируемых атмосфер: термическая обработка изделий, химико-термическая обработка изделий и специальные технологические процессы.

При термической обработке посредством нагрева до определенной температуры и последующего охлаждения производят желаемое изменение строения металла с целью получения нужных свойств. При высокой температуре происходит взаимодействие поверхности металла с атмосферой электропечи и, в первую очередь, окисление. При обработке сталей одновременно происходит обезуглероживание поверхности. Интенсивность этих двух процессов зависит от температуры, состава обрабатываемой стали и состава атмосферы печи.

Отдельные составляющие контролируемых атмосфер по-разному воздействуют на сталь. Так, обезуглероживает поверхность стальных изделий, окисляет ее, и окисляют и обезуглероживают, а и науглероживают. Зная законы взаимодействия этих газов между собой и с поверхностью обрабатываемого металла, можно подобрать при заданной температуре термической обработки такой состав атмосферы, при котором реакции «окисление – восстановление» и «обезуглероживание – науглероживание» протекают с одинаковой скоростью в обе стороны, т.е. практически не изменяют состав металла. В этом случае атмосфера нейтральна – она не воздействует на поверхность металла и не изменяет ее (такие атмосферы называют обычно защитными).

При химико-термической обработке производят поверхностное насыщение стали соответствующим элементом (углеродом, азотом, бором и др.) путем его диффузии из внешней среды при высокой температуре. Химико-термическая обработка заключается в нагреве изделия до заданной температуры в среде, легко выделяющей диффундирующий элемент в атомарном состоянии, выдержке при этой температуре и последующем охлаждении. В отличие от термической химико-термическая обработка меняет не только структуру, но и химический состав поверхностных слоев металла, что позволяет в более широких пределах изменять его свойства. Наиболее широкое распространение в промышленности нашли три вида химико-термической обработки: цементация, азотирование и нитроцементация.

Цементацией называется процесс насыщения поверхностного слоя стали углеродом. Целью цементации является получение твердой и износостойкой поверхности, что достигается обогащением поверхностного слоя углеродом до концентрации и последующей закалкой с низким отпуском. Цементации обычно подвергаются низкоуглеродистые стали с содержание углерода .

Азотированием называют процесс диффузионного насыщения поверхностного слоя стали азотом при нагреве ее в аммиаке. Азотирование повышает твердость поверхностного слоя, его износостойкость и сопротивление коррозии в таких средах, как влажная атмосфера, вода, пар и т.д., а также при температурах до С. Азотирование проводят в атмосфере аммиака, который при нагреве диссоциирует. Степень диссоциации (отношение числа распавшихся молекул к общему их числу) составляет при С и возрастает до при С. Азотированию подвергают среднеуглеродистые легированные стали.

Нитроцементация – процесс совместного насыщения поверхности стали углеродом и азотом с целью повышения твердости и износостойкости изделий. Нитроцементации обычно подвергают стали с содержанием углерода .

Специальными технологическими процессами, при проведении которых используются контролируемые атмосферы, являются пайка и спекание черных и цветных металлов.

Наиболее распространенными из садочных электропечей являются ка­мерные и шахтные электропечи на номинальные температуры примерно от 600 до 1000° С с объемами рабочего пространства 0, 1 — 0, 3 м³. Они составляют более половины парка электропечей периодического действия (ЭПДД) общепромышленного назначе­ния. В связи с расширением видов обрабатываемых изделий и техноло­гий термообработки номенклатура конструкций общепромышленных ЭППД постоянно пополняется.

Области применения общепромышленных ЭППД для различных тех­нологий по печам разных типов представлены в табл. 8.

Обычно парк ЭППД термического участка включает ряд электропечей различных типов. При необходимости использования нескольких одно­родных печей одинакового назначения следует произвести технико-эко­номическую оценку целесообразности применения для данного случая электропечи непрерывного действия с подсчетом эксплуатационных зат­рат по термообработке.

Электрические печи сопротивления состоят из следующих основных частей [18, 19, 23]:

1. Футеровка печи, состоящая из огнеупорной и теплоизоляционной части;

2. Каркас печи;

3. Жароупорные детали для поддержания или перемещения нагреваемых изделий в печи;

4. Нагревательные элементы и их крепление.

Как указывалось ранее, один из наиболее распространенных видов общепромышленных электропечей периодического действия - камерные электропечи (рис. 4.6, 4.7), что объясняется тем, что они раз­нообразны по конструкции и назначению, удобны в использовании, просты в обслуживании. Выпускают более двух десятков типоразмеров камерных общепро­мышленных печей с большим диапазоном размеров рабочего простран­ства на номинальные рабочие температуры от 300 до 1500° С.

Камерные печи – агрегаты и комплексы – применяются в мелко- и среднесерийном производстве, обычно имеющем широкую номенклатуру деталей, обрабатываемых сравнительно небольшими партиями, что требует более или менее частого изменения температурного и газового режимов.

Камерные ЭПС, как правило, немеханизированы. Для этих печей характерны высокий удельный расход электроэнергии и высокий расход контролируемого газа.

Камерные электропечи являются простейшими по конструкции и вместе с тем наиболее универсальными. Рабочее пространство электропечи представляет собой горизонтальную камеру, ограниченную футеровкой, состоящей из огнеупорного и теплоизоляционного слоев.

Таблица 8

Применение общепромышленных ЭППД

Электропечь имеет внешний металлический кожух, выполненный из листовой или профильной стали. Нагреваемые изделия загружаются и выгружаются через отверстие в передней стенке ЭПС; имеется футерованная дверца, закрывающая загрузочное отверстие. Нагревательные элементы могут быть расположены на поду, своде, боковых стенках, реже на задней торцовой стенке и дверце. Делается это для увеличения равномерности температуры в рабочем пространстве.

Для размещения изделий, как правило, имеется подовая плита, выполненная из жароупорного металла или карборунда. Электропечи небольших размеров устанавливаются на ножках, большие – непосредственно на полу. Дверцы камерных ЭПС, как правило, выполняются подъемными с ручным или ножным приводом у небольших ЭПС и электромеханическим приводом у крупных.

Рис. 4.6. Камерная электропечь на :   1 – спиральные проволочные нагреватели на керамических трубках; 2 – обмуровка дверцы; 3 – смотровые отверстия; 4 – обрамление дверного проема; 5 – под; 6 – рукоятки винтовых прижимов дверцы в закрытом положении; 7 – керамические фасонные опоры трубок с нагревателями; 8 – упор-ограничитель хода дверцы

В ряде камерных ЭПС для увеличения скорости нагрева и улучшения равномерности температур в рабочем пространстве применяются вентиляторы. В нагревательных ЭПС печные вентиляторы применяют до температуры 750°С, в печах для химико–термической обработки – до 1000°С.

Камерные электропечи включаются непосредственно в электрическую сеть на напряжение 220 и 380 В или через понижающие трансформаторы.

Электропечи с нагревательными элементами из карборунда (рис. 4.8) комплектуются многоступенчатыми понижающими трансформаторами, что позволяет при старении нагревателей, когда повышается их сопротивление, соответственно повышать напряжение и тем самым сохранять необходимую мощность ЭПС. Электропечи с нагревателями из дисилицида молибдена (рис. 4.9, 4.10) должны комплектоваться понижающими трансформаторами, имеющими большой диапазон изменения коэффициента трансформации, в связи с большим различием удельного электрического сопротивления дисилицида молибдена в горячем и в холодном состояниях.

Определенным недостатком камерных ЭПС являются трудности их герметизации из-за наличия вертикальных щелей между дверцей и обрамлением отверстия в передней торцевой стенке.

Рис. 4.7. Камерная электропечь:   1 – рабочая камера; 2 – огнеупорный слой футеровки; 3 – теплоизоляционный слой футеровки; 4 – кожух; 5 – нагревательные элементы; 6 – футерованная дверца; 7 – подовая плита

Рис. 4.8. Электропечь с карборундовыми нагревателями: 1 – свод печи; 2 – карборундовые нагреватели; 3 – под печи	Рис. 4.9. Внешний вид камерной высокотемпературной печи с нагревателями из дисилицида молибдена

Рис. 4.10. Общий вид камерной высокотемпературной печи с нагревателями из дисилицида молибдена:   1 – токоподвод; 2 – защитный кожух выводов; 3 – асбестовое уплотнение; 4 - кожух; 5 – нагреватель; 6 – термоизоляция; 7 – огнеупорный слой; 8 - карборундовая подовая плита; 9 - теплоизоляция; 10 – экран; 11 – кронштейн дверцы; 12 – ручка дверцы; 13 - дверца

В конструкциях камерных ЭПС, предназначенных для работы с контролируемой атмосферой, предусматривается «пламенная завеса», принцип действия которой заключается в том, что в расположенную под входным отверстием трубу, имеющую по длине ряд отверстий или прорезь, подается горючий газ. Этот газ, сгорая, своим пламенем отсекает рабочее пространство печи от атмосферы помещения, в котором находится ЭПС.

При открывании дверцы количество горючего газа, подаваемое в трубку, увеличивается.

На рис. 4.11 показана электропечь с защитной атмосферой СНЗ-2, 5.5.1, 7/10. Данная серия печей выпускается как с металлическими нагревателями – 2 (до С,) так и с карборундовыми нагревателями (до С). Защитная атмосфера вводится по газопроводу 3 через заднюю торцовую стенку. В нижней части кожуха 6 печи крепится трубопровод из двух линий: по одной подается газ, по другой – воздух. Газ и воздух смешиваются в горелке и, сгорая, создают пламенную газовую завесу при открытой дверце 1 (заслонке). Нагревательные элементы 2 располагаются на поду 5 и на стенках рабочей камеры 4.

Рис. 4.11. Камерная электрическая печь с защитной атмосферой СНЗ-2, 5.5.1, 7/10:   1 – дверца; 2 – боковой нагреватель; 3 – газопровод; 4 – стенка рабочей камеры; 5 – под; 6 – кожух; 7 - трубопровод

В этих печах механизированы операции загрузки и разгрузки. Данный тип камерных печей отличается высокой степенью автоматизации и сложностью конструкции, удовлетворяющих предъявляемым к нему требованиям.

Во всех типах камерных электропечей контроль температуры осуществляется с помощью термопар.

Для загрузки и выгрузки камерных печей потребитель, как правило, использует универсальные типовые погрузочные средства типа тележек с подъемниками и т.п.; небольшие печи загружаются вручную.

Межоперационное транспортирование загрузки внутри печи из камеры в камеру и между печами в комплексе, как правило, полностью механизировано.

Основные конструктивные решения общих для всех камерных электропечей узлов – теплоизоляции (футеровки), нагревателей, дверцы, системы регулирования температуры и атмосферы – определяются главным образом уровнем номинальной температуры печи, а также спецификой, связанной с назначением печи.

Шахтные электропечи являются второй по распростра­ненности группой ЭПС периодического действия. Печи этого типа сравнительно небольших размеров рабочего пространства (диаметром примерно от 600 до 1000 мм) используются для тех же целей, что и камерные электропечи широкого назначения – для термической обработки различных изделий и деталей во многих отраслях промышленности. Шахтные печи незаменимы при термообработке длинномерных изделий, например валов, штанг, труб, инструмента типа протяжек и другого, обрабатываемых в вертикальном положении. Эти ЭПС, так же как и камерные, просты по конструкции и доста­точно универсальны (рис. 4.12, 4.13). Шахтные печи представля­ют собой футерованную шахту цилиндрической формы. Для вертикальных топливных печей отношение высоты рабочего пространства к диаметру принимается не менее трех. Нагреваемые изделия за­гружают и выгружают через отверстие вверху шахты.

Изде­лия помещают в специальную жароупорную корзину, кото­рую загружают в рабочее про­странство ЭПС; длинномерные изделия подвешивают в верти­кальном положении непосред­ственно в ЭПС на приспособлениях. Для увеличения ско­рости нагрева и улучшения равномерности температуры в шахтных электропечах на крышке или поду устанавлива­ют рабочее колесо вентилятора.

Рабочее пространство этих ЭПС представляет собой открытую сверху шахту с круглым, квадратным или прямо­угольным сечением.

Сверху шахта закрывается крышкой. Для подъема крышки в ЭПС с диаметром рабочего про­странства 400 - 600 мм применяется, как правило, ручной рычажный механизм, с диаметром 1000 - 1500 мм - элек­тромеханический, а в ЭПС с диаметром свыше 2000 мм - гидро- или пневмоприводы. Поворот крышки в сторону ЭПС с диаметром простран­ства до 1500 мм производитсявручную, в более крупных ЭПС эта операция механизи­рована. Рабочее пространство (шахта) со всех сторон ограни­чено футеровкой, имеет внеш­ний металлический кожух. На­греватели в этих ЭПС обычно устанавливаются на боковых стенках, реже на дне электро­печи, а в случае нагрева за­грузки, имеющей форму полого цилиндра (например, бухты из проволоки, ленты), устанавли­вается вертикальный центро­вой нагреватель.

Электрические шахтные печи с окислительной атмос­ферой имеют индекс СШО, а с контролируемой атмосфе­рой - СШЗ.

Шахтная электрическая печь СШЗ-4.8/10 приведена на рис. 4.14.

Печь состоит из сварного металлического кожуха 1, который внутри выложен огнеупорным кирпичом и теплоизоляционной кладкой 2. Подъем и опускание крышки 4 производится механизмом 5, герметизация осу­ществляется песочным затвором. Максимальная темпе­ратура печи 1000°С. Нагревательные элементы 3 выполнены из сплава Х25Ю5 и располагаются на стенках каме­ры. Контролируемая атмосфера подводится в верхнюю часть камеры, а отвод газов осуществляется через труб­ку в нижней части печи.

Рис. 4.12. Шахтная электропечь:   1 – нагреватели; 2 – огнеупорная кладка; 3 – теплоизоляция; 4 – крышка печи; 5 – вывод нагревателя; 6 - термопара	Рис. 4.13. Шахтная электропечь:   1 — механизм подъема и поворота крышки; 2 — крышка; 3 — венти­лятор; 4 — футеровка; 5 — направля­ющие; 6 — экран; 7 — нагреватели; 8 — песочный затвор

Шахтные электрические печи нашли широкое приме­нение также для процессов химико-термической обработ­ки, например цемента­ции, нитроцементации, азотирования. В этом случае изде­лия загружаются в корзину с решетчатым дном. Благо­даря наличию рабочего колеса вентилятора и направляю­щего аппарата осуществляется интенсивное движение газа через всю загрузку, что обеспечивает равномерность цементованного или азотированного слоя.

На рис. 4.15 представлена шахтная электрическая печь Ц-105А для цементации. Металлический кожух 5 выложен внутри огнеупорным кирпичом, образующим на­гревательную камеру 6. Нагревательные элементы 4 уло­жены по стенке нагревательной камеры. В реторту 3, сделанную из жаропрочного сплава, установленную в нагревательной камере, помещают приспособления 2 с деталями. Реторта закрывается крышкой 8 с помощью механизма 1. Для выравнивания состава карбюризатора в реторте установлен вентилятор 7. Науглероживающая атмосфера создается в результате разложения керосина, пиробензола, синтина или триэтаноламина, подаваемых в реторту из бачка 11 через кран 10. Вывод отработанного газа осуществляется через трубку 9. На выводе газ поджигают.

Рис. 4.14. Шахтная электрическая печь с контролируемой атмосферой СШЗ-4.8/10:   1 – металлический кожух; 2 – теплоизоляционная кладка; 3 – нагревательные элементы; 4 – крышка; 5 – механизм подъема	Рис. 4.15. Шахтная электрическая печь Ц-105А для цементации:   1 – механизм закрытия; 2 – приспособления с деталями; 3 – реторта; 4 – нагревательные элементы; 5 – металлический кожух; 6 – нагревательная камера; 7 – вентилятор; 8 – крышка; 9 – трубка для вывода газа; 10 – кран; 11 -бачок

Для газовой цементации с применением природного газа или эндогаза с добавками углеводородов часто применяют безмуфельные печи серии СШЦ.

На рис. 4.16 приведена печь СШЦ-9.6/10.

Металличес­кий кожух 4 внутри футерован огнеупорным кирпичом. Нагреватели 3 выполнены в виде ленты. Корзины 2 с де­талями по направляющим 6 устанавливаются на подстав­ку 1. Печь закрывается крышкой 7, входящей в песоч­ный затвор 5.

Шахтные безмуфельные печи по сравнению с муфель­ными серии Ц при одной и той же загрузке имеют в 2, 5 - 3 раза большую производительность, в 2 - 2, 5 раза мень­ший расход электроэнер­гии, в 2 - 3 раза сокращен­ный цикл цементации.

Азотирование осуществ­ляется в шахтных электриче­ских печах серии США. Пе­чи для азотирования выпол­няются двух типов: перио­дические и полунепрерыв­ные.

Полунепрерывные печи в отличие от периодических имеют два сменных муфеля с герметически закрытыми крышками. После окончания процесса азотирования му­фель с деталями вытаскива­ют из печи и переносят в охладительный колодец, а на его место ставят другой подготовленный для азоти­рования муфель с деталями.

Рис. 4.16. Безмуфельная шахт­ная электропечь для газовой цементации:   1 – подставка; 2 – корзины с деталями; 3 – нагреватели; 4 – металлический кожух; 5 – песочный затвор; 6 – направляющие; 7 – крышка	Рис. 4.17. Печь полунепрерывного действия для азотирования США 8.12/6:   1 - каркас; 2 - крышка с вентилятором; 3 - муфель; 4 - футеровка; 5 - нагреватель; 6 - подставка

Печь для азотирования полунепрерывного действия США-8.12/6 приведена на рис. 4.17. Максимальная темпе­ратура печи 650°С. Печь укомплектована газовым щи­том, который служит для периодического контроля и ре­гулирования расхода, давления и степени диссоциации аммиака.

Шахтные электрические печи для азотирования полунепрерывного действия предназначены для терми­ческих цехов с большим объемом производства.

Для отпуска применяют шахтные печи с принудительной циркуляцией воздуха серии ПН. Печи этой серии имеют мощность от 24 до 75 кВт.

На рис. 4.18 приведена печь ПН31-А.

Детали нагреваются горячим воздухом, который подается вентилятором 3, установленным на крышке 2, входящей в песочный затвор 5. Вокруг корзины 4 с деталями размещены проволочные нагреватели 6. Кожух 1 печи сделан из листовой стали. Обычно шахтные печи углубляют в приямок.

К недостаткам шахтных печей можно отнести неравномерный нагрев по высоте печи (особенно изделий большой длины).

Шахтные ЭПС менее универсальны, чем камерные, но в ряде случаев имеют перед ними преимущества.

Загрузку и выгрузку тяжелых изделий в них можно осуществлять обычным мостовым краном, тельфером и т. д.; при загрузке изделий в корзину затрачивается меньше времени на про­цесс загрузки - выгрузки (загрузку изделий в корзину про­изводят во время нагрева других изделий), т. е. электро­печь меньшее время стоит с открытой крышкой и охлаж­дается до меньшей температуры.

Электропечи обычно заглубляются в землю, что облегчает их обслуживание; шахтные ЭПС легче загерметизировать посредством пе­сочного, масляного или водяного затвора для крышки. Это позволяет легче в сравнении с камерными ЭПС приспо­сабливать их для работы с контролируемыми атмосферами. Благодаря лучшей герметизации шахтные ЭПС имеют меньшие тепловые потери в сравнении с камерными. Важным преимуществом в эксплуатации шахтных печей является возможность загрузки и выгрузки их с помощью универсальных подвесных механизмов типа кран-балок, тельферов и т.п., что весьма удобно при использовании печей для обработки многих изделий и материалов.

Рис. 4.18. Шахтная электропечь ПН-31А с принудительной циркуляцией воздуха:   1 – кожух; 2 – крышка; 3 – вентилятор; 4 – корзина с деталями; 5 – песочный затвор; 6 - нагреватели

Как и другие общепромышленные ЭППД, шахтные электропечи производятся серийно в виде рядов типоразмеров. Специфика их конструкции – сравнительно простой для изготовления кожух из цилиндрических обечаек – позволяет эффективно применять модульный принцип изготовления, изменяя размер печи по высоте (глубине) шахты.

Наряду с серийно выпускаемыми в промышленности также работают уникальные шахтные ЭПС глубиной до 30 м, диаметром до 10 м, мощностью до 1000 кВт. Такие ЭПС имеют несколько тепловых зон с самостоятельным автоматическим регулированием температуры каждой зоны.

Серийно в России и странах СНГ выпускаются шахтные ЭПС с номи­нальными температурами 700, 1000 и 1300°С. В ЭПС с номинальными температурами 700 и 1000°С применяются нагреватели, изготовленные из хромоникелевых или железо-хромоникелевых сплавов, в ЭПС с номинальной темпера­турой 1300°С применяются карборундовые нагреватели.

В ряде случаев, например при отжиге стальных изде­лий, требуется, чтобы время их охлаждения после нагрева в несколько раз превышало время нагрева. При охлажде­нии в самой ЭПС теряется вся аккумулированная ею теплота и, следовательно, значительно увеличивается удельный расход электроэнергии. Экономически эффек­тивно проводить подобные процессы в колпаковых или элеваторных электропечах.

Большинство конструкций этого вида общепромышленных ЭППД предназначено для термообработки стали и цветных металлов в виде ленты в рулонах или проволоки, прутков, труб в бунтах. Получение качества обработки здесь особенно связано с обеспечением равномерности температуры при нагреве данных изделий, имеющих значительную анизотропию теплопроводности.

Для отжига проволоки и ленты применяют газовые электрические колпаковые печи, представляющие собой футерованный колпак, устанавливаемый на неподвижный под.

В электрических печах применяют нагреватели из сплавов высокого сопротивления. В некоторых конструкциях печей колпаки применяют только для нагрева садки, а охлаждение производится без колпака. Колпак мостовым краном переносится на другой под для нагрева садки на втором поде.

В других конструкциях колпак только приподнимают, под с нагретой садкой отводят, а вместо него подкатывают другой под с садкой для нагрева.

При использовании защитной атмосферы в колпаковых печах применяют муфель. Электрические колпаковые печи с защитной атмосферой маркируют следующим образом: после индекса СГ в числителе указываются диаметр и высота рабочего пространства в дециметрах, в знаменателе — температура в сотнях градусов. Иногда к обозначению добавляют буквы Ц и К (Ц - циркуляция атмосферы, К - дополнительный охладительный колпак, цифра массы садки указывается в тоннах). Например, СГЗ-16.27/9 ЦК-3.

Колпаковые электропечи (рис. 4.19, 4.20) представляют собой переносную цилиндрическую или прямоугольную камеру (колпак), открытую снизу, и несколько неподвижных зафутерованных стендов. Количество стендов на один колпак определяется соотношением времени охлаждения и вре­мени нагрева изделий. Так, если они равны, то на один колпак требуется два стенда. В общем случае без учета времени загрузки и выгрузки можно записать, что , где п — количество стендов на один колпак; и — соответственно время охлаждения и время нагрева.

На рис. 4.19 показана колпаковая электропечь. Колпак 1 цилиндрической формы футерован нормальным шамотным и диатомитовым кирпичом. На крючках 2 повешены нагреватели из сплавов Х20Н80. Муфель 3 двойной газонепроницаемый сделан из листовой стали. Х23Н18. В муфель вводится защитный газ, состоящий на 0, 5 % СО₂;, 2 % Н₂ и остальное N₂.

Расход газа 2, 5 м3. Масса садки 25 т. Рабочая температура 900°С. Мощ­ность печи 380 кВт. Изделия при помощи цеховых кранов загружают на стенд, после чего также краном над изделиями на стенд устанавливают вначале жароупорный муфель, а за ним основной колпак, выполненный из металлического каркаса с огнеупорным и теплоизоляционным слоями футеровки. Нагреватели располагаются на боковых стенках колпака и на стенде; реже для ускорения нагрева изделий, напри­мер бухт проволоки и лент, устанавливается вертикальный внутренний нагреватель. Электрическое напряжение под­водится к стенду, а от него разъемными контактами — к на­гревателям колпака. В колпаковых ЭПС легко осуществляется герметизация между жароупорным муфелем и стендом, а

Рис. 4.19. Электрическая колпаковая печь:   1 – колпак; 2 – крючки с нагревателями; 3 – муфель

также между собственно колпаком и стендом благодаря наличию песоч­ных затворов и точной установке колпака по специальным направляющим. Поэтому эти ЭПС эффективно использу­ются для термообработки в защитных средах.

После нагрева загрузки колпак отключается от элек­тропитания и переносится на другой стенд, на котором заблаговременно уложена другая загрузка. На первом стенде загрузка остается остывать под жароупорным му­фелем, что обеспечивает ей необходимую скорость остыва­ния и пребывание при этом в контролируемой атмосфере.

В колпаковых ЭПС при каждом цикле нагрева теряется теплота, аккумулированная стендом и жароупорным муфе­лем, и небольшая часть теплоты, аккумулированной кол­паком, выходит через нижнее отверстие при переносе кол­пака от одного стенда на другой в течение 3 — 5 мин. В среднем теряется около 15 % всей аккумулированной печью теплоты.

Для ускорения нагрева и улучшения его равномерности в этих ЭПС в необходимых случаях устанавливают вен­тиляторы.

Колпаковые электропечи просты и надежны в эксплуа­тации, используются они в основном для обработки листов, прутков, рулонов.

К недостаткам колпаковых ЭПС можно отнести сле­дующее: для них необходимы цехи большой высоты и краны большой грузоподъемности; очень трудно также обеспечить равномерность нагрева загрузки.

Рис. 4.20. Колпаковая четырехстопная электропечь:   1 – колпак; 2 – нагреватель; 3 – направляющая; 4 – песочный затвор; 5 – муфель; 6 – вентилятор; 7 – стенд; 8 – контактное устройство

Отечественной промышленностью выпускаются колпаковые ЭПС на 350, 750, 1000 и 1200°С; имеются уникаль­ные колпаковые электропечи мощностью несколько тысяч киловатт.

Элеваторные электропечи (рис. 4.21) представляют со­бой прямоугольную камеру, открытую снизу и установленную неподвижно на колоннах на определенной высоте над уровнем пола цеха.

Ниже электропечи расположен подъемный под, дви­жение которого вверх осуществляется гидравлическим или электромеханическим приводом.

В случае применения гидравлического привода требу­ется сооружение глубокого приямка под печью для плун­жера. Поэтому при большом рабочем ходе применяется электромеханический привод.

Рис. 4.21. Элеваторная электропечь:   1 — кожух; 2 — футеровка; 3 — боковые нагреватели; 4 — торцовые нагреватели; 5 — платформа с рельсовым путем; 6 — платформа плунжера; 7 — плунжер; 8 — подовые нагреватели; 9 — футеровка тележки; 10 — песочный затвор; 11 — тележка

Подъемный под представляет собой тележку на кат­ках, имеющую футеровку с огнеупорным и теплоизоля­ционным слоями. Вне ЭПС на тележку загружают изделия, тележка подъезжает под электропечь и поднимается к ка­мере печи, после чего осуществляется нагрев загрузки. 'По окончании нагрева тележка с загрузкой опускается, от­катывается из-под электропечи, и происходит охлаждение загрузки. При отжиге отливок из ковкого чугуна, например, не требуется медленное охлаждение и его можно произ­водить на воздухе. В этом случае целесообразно для каждой ЭПС иметь две тележки.

Нагреватели в этих ЭПС располагаются на боковых и торцевых стенках и на тележке.

Электропитание в малых ЭПС осуществляется гибкими кабелями, в крупных — при помощи разъемных контактов.

Мощность потерь холостого хода и потери на аккуму­лированную футеровкой теплоту в этих ЭПС близки к по­терям в колпаковых печах.

Недостатком элеваторных электропечей является их конструктивная сложность и требование большой высоты цеха.

Отечественной промышленностью выпускаются элева­торные электропечи на 350, 700 и 1100°С мощностью до 1000 кВт и единовременной массой загрузки до 30 т.

Камерные электропечи с выдвижным подом (рис. 4.22, 4.23) применяют для термообработки тяжелых сварных, литых и кованых изделий.

Рис. 4.22. Общий вид электропечи на С с выдвижным подом

В основном эти ЭПС используют там, где не требуется контролируемая атмосфера. Электропечи состоят из камеры без дна и, как правило, без передней стенки и передвигающейся на катках по рельсам тележки, на которой расположены подина и передняя стенка.

На тележку вне ЭПС загружают изделия, после чего тележка с загрузкой подъезжает под камеру, где проис­ходит нагрев загрузки.

Рис. 4.23. Камерная электропечь с выдвижным подом:   1 – привод перемещения пода; 2 – подвесной свод; 3 – сводовые нагреватели; 4 – кожух; 5 – футеровка; 6 – подовые нагреватели; 7 – подовые плиты; 8 – выдвижной под с передней стенкой; 9 – боковые нагреватели

Электропитание нагревателей тележки осуществляется гибкими кабелями или «ножевыми» разъемными контак­тами.

При выкатке выдвижного пода из-под камеры нагретые стенки камеры излучают теплоту на фундамент, в связи с чем фундамент должен быть выложен огнеупорным кирпичом или изготовлен из жароупорного бетона.

Нагреватели в этих ЭПС расположены на боковых стенках камеры, передней стенке и подине тележки.

Если охлаждение загрузки возможно вне ЭПС, то целе­сообразно применять две выкатные тележки на одну ка­меру. В то время как происходит нагрев загрузки на одной тележке, другая загрузка остывает на другой те­лежке, там же происходят разгрузка и погрузка изделий.

В этом случае потери теплоты резко сокращаются в срав­нении с режимом, когда загрузка остывает вместе с печью.

Электропечи с выдвижным подом экономичны для термообработки крупных заготовок. Мощность этих печей достигает 5000 кВт.

Эти электропечи просты по конструкции, надежны в эксплуатации, достаточно универсальны по применению.

Недостатком камерных ЭПС с выдвижным подом является невысокая равномерность нагрева, а также повы­шенный удельный расход электроэнергии из-за трудности герметизации ЭПС и потерь аккумулированной выдвиж­ным подом теплоты.

Отечественная промышленность выпускает камерные электропечи с выдвижным подом на 700, 1000 и 1250°С с единовременной массой загрузки до 100 т.