10.2. Неметаллические нагреватели.

Для получения рабочей температуры выше 1100 ^оС в качестве элементов сопротивления применяют неметаллические нагреватели (рис. 24). Они представляют собой стержни, изготовленные, в основном, из карбида кремния – карборунда (94,4% SiC – силит, 96% SiC – глобар), максимальная рабочая температура – 1500 ^оС (рис. 24а и 24б) (см. приложение 11). Большое распространение находит и применение в качестве материала для неметаллических нагревателей дисилицида молибдена MoSi₂ (рис. 24в и 24г). Его рабочая температура может достигать 1650 ^оС (см. приложение 12).

Силитовые нагреватели изготавливают диаметром 430 мм, длиной рабочей части 100-800 мм, общая длина - от 3001520 мм. Крупные нагреватели делают составными. Их размеры: диаметр рабочей части – 25-32 мм, длина рабочей части – 300-2000 мм, полная длина – до 3200 мм. Карборундовые нагреватели выдерживают нагрев до 1500 ^оС в течение 2000 час, но при работе свыше 1000 часов они стареют, т.е. увеличивают свое сопротивление. Поэтому для сохранения требуемой температуры нагрева необходимо изменять напряжение, подаваемое на нагреватель.

Силитовые нагреватели устанавливаются чаще всего вертикально, с двух боковых сторон рабочей камеры печи (но можно и горизонтально), а

Рис. 24. Эскизы неметаллических нагревателей:

а – цельный нагреватель (карборунд); б – составной нагреватель (карборунд); в – нагреватель МоSi₂ с прямыми выводами; г – нагреватель МоSi₂ с отогнутыми выводами.

глобаровые (из-за их хрупкости) - только вертикально. Если стержни изготавливать постоянного сечения, то необходимо места токоподвода охлаждать. Поэтому чаще всего концы стержней изготавливаются утолщенными или из массы, имеющей меньшее сопротивление, и они не так нагреваются, как средняя часть.

Основными недостатками карборундовых нагревателей являются их малая механическая прочность в нагретом состоянии, большой температурный коэффициент сопротивления, высокая хрупкость и старение в процессе работы, проявляющееся в увеличении сопротивления (особенно в первые часы работы – на 15-20% за первые 60-80 часов).

Нагреватели из дисилицида молибдена изготавливают с диаметром рабочей части 6 мм и длиной от 150 до 800 мм, с диаметром и длинной выводов, соответственно, 12 мм и 125-500 мм.

10.3. Электроды электродных печей-ванн.

Электроды для печей–ванн имеют форму пластин, брусков призматической или цилиндрической формы. Материалом служит углеродистая или хромистая сталь с содержанием до 30% хрома.

10.4. Металлические нагреватели закрытого типа.

Металлические нагреватели закрытого типа применяются в сушильных шкафах, водяных, масляных, соляных и металлических ваннах с внутренним обогревом и в гальванических ваннах. Кроме того, они применяются для работы в контролируемых атмосферах, т.к. в этих условиях нагреватели открытого типа быстро науглероживаются и разрушаются.

Нагреватели для работы в ваннах представляют собой (рис. 25) спираль 2 из нихрома или другого сплава высокого сопротивления, которая помещается в центре металлической трубки 3 (диаметром более 12 мм) и плотно запрессовываются кварцевым песком 4. Концы спирали привариваются к контактным стержням 1, а торцы трубки с обеих сторон заливаются жаростойкой стекловидной эмалью 5. Электронагреватели закрытого типа называются также трубчатыми электронагревателями (ТЭН). Эти нагреватели имеют обычно U-образную форму, но им может быть придана и другая форма (при радиусе изгиба не менее 19 мм) (приложение 20).

Рис. 25. Металлический нагреватель закрытого типа – трубчатый электронагреватель (ТЭН):

1 – контактный стержень, 2 - спираль нагревателя; 3 – оболочка; 4 – наполнитель; 5 – герметическая пробка; 6 – контактная гайка; L – развернутая длина, L_a - активная длина нагревателя, l_k – длина контактного стержня, d – диаметр обжатого нагревателя.

Температура поверхности нагревателя зависит от удельной мощности и нагреваемой среды. Электронагреватели закрытого типа, рассмотренные выше, применяются до 400450 ^оС (разработаны ТЭН для температур до 650 ^оС). Они работают не менее 3000 час. В ванне их устанавливают на стенках так, чтобы активная часть нагревателя находилась ниже зеркала жидкости. Достоинства ТЭН по сравнению с нагревателями открытого типа:

- лучшая стойкость спиралей;

- большой срок службы;

- безопасность обслуживания;

- более высокий кпд;

- удобство монтажа.

Конструкция нагревателя закрытого типа для безмуфельных печей газовой цементации представлена на рис. 26 – радиационный электронагреватель (РЭН). Внутри трубы 1 имеются шамотные стержни 2, на которые наматывается спираль из нихромовой проволоки 3. Для устранения контакта проволоки3 с жароупорной трубой 1 между шамотными стержнями 2 и внутренней поверхностью трубы устанавливаются специальные шамотные втулки-звездочки 4. Шамотные стержни скреплены между собой жароупорными болтами и могут вместе с электронагревателем легко выниматься из трубы для замены или ремонта. Размещенный в каждой жароупорной трубе электронагреватель п

Рис. 26. Нагреватель закрытого типа безмуфельных печей газовой цементации:

1 – жароупорная труба; 2 – керамические стержни; 3 – нихромовая проволока; 4 – втулка, 5 - вывод, 6 – футеровка печи, 7 - теплоизоляционная пробка.

редставляет собой одну фазу. Оба конца нагревателя выводятся на одну сторону, что облегчает внешние соединения. Для повышения стойкости нагревателей рабочая температура их должна быть не выше 1050 ^оС. Концы труб лежат в отверстиях стенок печи и закреплены в специальных уплотняющих сальниках, позволяющих трубе расширяться при нагреве.