Федеральне агентство з освіти
Державна освітня установа
Вищої професійної освіти
Камишинський технологічний інститут (філія)
Волгоградського державного технологічного університету
Кафедра: електропостачання промислових підприємств
Семестрове завдання
На тему:
Матеріали, використовувані в електропечестроеніі
З дисципліни:
"Електротехнологічні установки"
Виконав:
Студент групи Кел-051 (с) Єрмаков М.М.
Перевірив: Панасенко М.В.
Камишин 2007р.
ЗМІСТ
Введення .. 3
1. Матеріали, використовувані в електропечестроеніі. 4
2. Вогнетривкі матеріали .. 6
2.1. Вогнетривкі вироби. 10
2.2. Вогнетривкі розчини, бетони, набивні маси і обмазки. 16
2.3. Пористі вогнетриви .. 17
3. Теплоізоляційні матеріали .. 20
3.1. Жаротривкі матеріали .. 23
4. Дешевизна і недефіцитних. 25
4.1. Матеріали для нагрівальних елементів електричних печей опору 27
Висновок .. 34
Список використаної літератури ... 35
При дуже великих для керамічних матеріалів навантаженнях застосовують зміцнення кладки печі за допомогою кріплень із жаротривких сталей. Так, при великих прольотах роблять підвісні склепіння на жаротривких балках, з жаротривких сталей виконують огорожі, що захищають нагрівачі і кладку від ударів з боку завантаження, всякого роду екрани в печах, герметизовані ящики і муфелі. Крім того, частини механізмів, що знаходяться усередині печі і службовці для переміщення виробів (конвеєри, напрямні рейки, піддони тощо), також виконують з жаротривких сталей.
В особливу групу повинні бути виділені матеріали для нагрівальних елементів, так як до них ставляться специфічні вимоги, що стосуються їх електричних властивостей.
Достатня вогнетривкість.
Достатня механічна міцність при високих температурах.
Здатність витримувати, не розтріскуючись, різкі коливання температури (стійкість до термоударам).
Опірність хімічних впливів при високих температурах.
Досить мала теплопровідність.
Мала теплоємність.
Мала електропровідність, як при низьких, так і при високих температурах.
Дешевизна і доступність матеріалів.
Вогнетривкістю відповідно до ГОСТ 4069 - 69 називається властивість матеріалу протистояти не розплавляючись, впливу високих температур. Вогнетривкість матеріалу визначається на зробленому з нього зразку "конусі", що має форму усіченої тригранної піраміди. Під дією нагрівання матеріал зразка поступово розм'якшується, і його вершина починає схилятися до основи. Температура "падіння" зразка, коли його вершина досягне рівня підстави, приймається за вогнетривкість зразка. Так як ця температура може мінятися при зміні швидкості нагріву, то встановлюють її не безпосереднім вимірюванням, а "піроскопамі".
У вогнетривких матеріалів вогнетривкість лежить між 1580 і 17700С. Матеріали з вогнетривкістю більше 17700С, називаються високовогнетривкими.
Деякі матеріали, будучи досить вогнетривкими, втрачають свою міцність задовго до температури розм'якшення і тому можуть працювати механічно навантаженими лише до обмежених температур. Для того щоб охарактеризувати здатність матеріалу працювати в навантаженому стані при високих температурах, визначають відповідно до ГОСТ 4070 - 48 температуру його деформації під навантаженням 196,2 кПа. При цьому зазначають температуру початку розм'якшення (НР) зразка і температури його стиснення 4 і 40%.
У деяких матеріалів діапазон між початком розм'якшення і 40%-нням досить великий, і температурний інтервал дорівнює 100 - 2000С. У інших цей інтервал вимірюється лише 20 - 300С (рис.1). Дінас і магнезит зберігають міцність майже до температури руйнування, інші ж матеріали втрачають міцність задовго до настання руйнування.
Здатність витримувати, не розтріскуючись, різкі коливання температури особливо потрібна в матеріалах, що застосовуються в печах, що працюють періодично, а також у зонах з різкими коливаннями температури. Для визначення стійкості до термоударам цегла швидко нагрівають з торця в електричній печі до 8500С, охолоджують у проточній вод, знову нагрівають і так до втрати ним 20% початкової маси через сколювання шматків. Таким чином, стійкість матеріалу до термоударам оцінюється за кількістю водяних теплозмін, які він витримує, дані для деяких термоупорних матеріалів дані в табл.1.
Таблиця 1. Стійкість до термоударам вогнетривких матеріалів
Іноді стійкість матеріалу до термоударам визначають за кількістю повітряних теплозмін, які він видержівает.д.ля цього раму з цеглою піддають спочатку одностороннього нагріву, а потім охолодження вентилятором. Це випробування є менш жорстким.
Опірність хімічних впливів при високих температурах є також досить важливою властивістю для вогнетривів. Необхідно, щоб вогнетривкі матеріали не вступали в хімічні з'єднання з робочою в печі виробами або з матеріалом нагрівальних елементів, а також з атмосферою печі, так як це небезпечно не тільки для самих вогнетривів, але може вивести з ладу нагрівачі печі або призвести до браку виробів. У деяких печах нагріваються і розплавляються кислі матеріали, а в інших - основні; очевидно, що і вогнетриви цих печей також повинні бути відповідно кислими в першому випадку і основними у другому щоб уникнути хімічних реакцій з цими матеріалами або шкалами.
Рис.1. Температури деформації деяких вогнетривів.
1 - шамотна цегла класу А, 2 - шамотна цегла класу Б, 3 - напівкислі; 4 - динасовий; 5 - муллітовий; 6 - магнезитовий.
Мала теплопровідність потрібно від вогнетривких матеріалів, так як вони відокремлюють нагріту камеру печі від навколишнього середовища і через них з камери проходить потік тепла. Хоча ці втрати обмежуються в основному теплоізоляцією печі, а не вогнетривким шаром, все ж температурний перепад у останньому часто є досить помітним, а головне він знижує максимальну робочу температуру теплоізоляції і тим самим збільшує термін її служби.
Мала теплоємність вогнетривких матеріалів забезпечує зменшення акумульованого футеровкой тепла. Правда, іноді значна акумуляція тепла кладкою є позитивним фактором, що стабілізує тепловий режим печі, проте здебільшого вона призводить до істотного перевитрати енергії, особливо при частих розігріві.
Мала електропровідність вогнетривів бажана, тому що в електричних печах опору вони можуть застосовуватися як електричні ізолятори для нагрівальних елементів, що здешевлює та спрощує кладку. Нарешті, вимога дешевизни і доступності висунуто тому, що вогнетриви є масовими матеріалами, що споживаються у великих кількостях не тільки при виготовленні печей, але і їх експлуатації. Особливо багато вогнетривів споживають дугові сталеплавильні та Рудотермические печі.
Вогнетривкі матеріали застосовуються у вигляді суцільних та пористих цегли і фасонних каменів. Фасонні камені виготовляються самих різних конфігурацій і розмірів, причому, як правило, чим більше розмір каменю, тим важче його виготовити і тим він дорожчий, але зате тим надійніше кладка, набрана з таких каменів.
Вогнетривкі матеріали застосовуються іноді і у вигляді порошку, вогнетривких бетонів, набивних мас і обмазок, а також у вигляді дрібних готових деталей - трубок, гачків, втулок тощо, головним чином в електричних печах опору як ізолятори нагрівачів.
Вогнетриви є масовими матеріалами, тому значного застосування знайшли лише такі сполуки, які широко поширені на земній поверхні і можуть здобуватися безпосередньо з кар'єрів. Виключенням є деякі високоогнеупорні матеріали, що відрізняються дуже цінними властивостями, але дорогі і рідкісні або одержувані штучним шляхом.
Основою вогнетривких і високовогнетривких матеріалів є три вогнетривких оксиду - кремнезем, глинозем і окис магнію - періклаз. Вони поширені в природі, утворюючи один з одним та іншими речовинами численні з'єднання. Особливо широко використовується система "кремнезем - глинозем".
Виготовляти вогнетривкі вироби безпосередньо із сирої глини не можна, так як вона при випалюванні дає дуже велику усадку і вироби розтріскуються. Тому глину попередньо обпалюють в грудках приблизно 13000С і одержують, таким чином, шамот. Цей шамот після дроблення і помелу змішується з попередньо підсушеної глиною. Отримана суміш після зволоження проходить гліномешалку і попередньо формується в стрічкових пресах. Потім проводиться допрессовка сирцю в пресах тиском 2-4 МПа, а його сушка і випалення в печі 1350 - 14000С протягом трьох - п'яти діб залежно від типу печі.
При цьому способі пластичного пресування маса зволожується до 16 - 20%. При напівсухому пресуванні вологість її становить лише 8 - 9%, але вироби пресують при тиску близько 20 МПа.
Для виготовлення фасонних виробів, а також виробів відповідального призначення кількість шамоту збільшують до 80 - 85%, знижуючи відповідно зміст в масі глини.
Такі многошамотние вироби пресують при тиску 30 - 50 МПа і отримують вироби високої щільності та міцності. Для многошамотних виробів усадка в випалюванні не перевищує 0,5 - 1,0%, що забезпечує збереження їх форми і точність розмірів деталей.
Шамотні цеглини мають світло-жовтий колір, рівномірний зернистий злам; маса стандартної цегли 3,2 - 3,3 кг. За ГОСТ 390 - 69 шамотні вироби за своєю вогнетривкості діляться на три класи: клас А має вогнетривкість не нижче 17300С; клас Б - не нижче 16700С; клас В - не нижче 16100С. Проте робоча температура шамоту набагато нижче, так як він втрачає свою механічну міцність вже при 1300 - 14000С; граничні робочі температури шамоту 1350 - 14500С.
Шамот має порівняно малий коефіцієнт розширення і добре витримує різкі коливання температури. Залежно від способу виготовлення стійкість виробів до термоударам становить:
Пластичне пресування ... ... ... ... ... 8 - 15 водяних теплозмін
Напівсухе пресування ... ... ... ... .... .15 - 25. Те ж
Пневматична трамбування ... ... ... 25 - 30
Многошамотние ... ... ... ... ... ... ... ... .50 - 100
Шамотні вироби мають низьку електропровідність, що дозволяє використовувати шамот в електричних печах одночасно і як вогнетривкий, і як електроізоляційний матеріал.
Шамот є найбільш поширеним вогнетривким матеріалом, він широко застосовується в електропечестроеніі, особливо в будівництві печей опору. Так як ці печі працюють в основному при температурах не вище 13000С, то вогнетривкий і механічні властивості шамоту цілком задовольняють пропонованим цими печами вимогам. Навпаки, для дугових і індукційних печей шамот в багатьох випадках виявляється недостатньо вогнетривким і його застосування обмежується менш відповідальними або зовнішніми частинами футеровки.
Шамотно - каолінові вироби виготовляються з каолінових глин, що мають підвищений вміст глинозему, причому їх піддають більш високому випалу. Завдяки цьому вони мають трохи більшу вогнетривкість і збільшену температуру деформації під навантаженням. У таблиці 2 дається порівняльна характеристика шамотних шамотно - каолінових виробів.
Зі збільшенням вмісту глинозему вогнетривкість виробів підвищується, тому досить привабливим є використання мінералів з високим вмістом глинозему. Такими мінералами є силіманіту або аналогічні їм мінерали кіаніту андалузиту. При випалюванні при температурі понад 15500С в цих мінералах утворюються муліт і вільна кремнекислота, яка спільно з плавнями склоподібну фазу. Мулла містить вже 72% глинозему і 28% кремнезему та його вогнетривкість дорівнює 18700С, проте присутність склоподібної фази в муллітових виробах знижує їх вогнетривкість.
Таблиця 2. Порівняльні характеристики шамотних і шамотно-каолінових виробів.
Добуті матеріали після попереднього випалу й млива змішуються з єднальними речовинами, формуються, піддаються сушінню і обпалюються при температурі не нижче 15500С. У результаті виходять сілліманітовие вироби, що відрізняються хорошими вогнетривкістю і механічною міцністю при високих температурах.
Ще більш високоякісні вироби виготовляють з плавленого муллита, одержуваного розплавленням бокситу у присутності коксу деревної тирси в електричній дугового печі. Отриманий матеріал після роздрібнення змішується з глиною, формується і обпалюється при 1500 - 17000С.
Плавильний муліт володіє малим коефіцієнтом розширення, тому виконані з нього вироби є досить термостійкими і не розтріскуються при різких змінах температури; їх вогнетривкість 1800 - 18500С, початок деформації під навантаженням 196,2 кПа у кращих сортів досягає 17000С.
Плавлений муліт застосовується головним чином для виготовлення дрібних виробів, а також в якості формувального матеріалу для індукційних плавильних печей.
Крім того, він також застосовується в склоплавильних печах. Для цієї мети отриманий в електролітичній печі муліт відливається у форми і після тривалого дуже повільного охолодження у вигляді плавлених муллітних брусів йде на викладку ванн склоплавильних печей. Такий литий муліт має середню щільність 3300кг/м3, межа міцності на стиск 300 - 500 МПа, температура початку розм'якшення під навантаженням 196,2 кПа 1700С.
З гідратів глинозему також можуть бути отримані високоогнеупорні високоглиноземисті вироби. Природні гідрати глинозему - діаспори і боксити - сильно забруднені мінеральними домішками. Тому хоча на базі збагаченого Акташського діаспора можна одержувати вироби з вмістом глинозему до 68%, їх властивості наближаються до властивостей сілліманітових виробів. Державна освітня установа
Вищої професійної освіти
Камишинський технологічний інститут (філія)
Волгоградського державного технологічного університету
Кафедра: електропостачання промислових підприємств
Семестрове завдання
На тему:
Матеріали, використовувані в електропечестроеніі
З дисципліни:
"Електротехнологічні установки"
Виконав:
Студент групи Кел-051 (с) Єрмаков М.М.
Перевірив: Панасенко М.В.
Камишин 2007р.
ЗМІСТ
Введення .. 3
1. Матеріали, використовувані в електропечестроеніі. 4
2. Вогнетривкі матеріали .. 6
2.1. Вогнетривкі вироби. 10
2.2. Вогнетривкі розчини, бетони, набивні маси і обмазки. 16
2.3. Пористі вогнетриви .. 17
3. Теплоізоляційні матеріали .. 20
3.1. Жаротривкі матеріали .. 23
4. Дешевизна і недефіцитних. 25
4.1. Матеріали для нагрівальних елементів електричних печей опору 27
Висновок .. 34
Список використаної літератури ... 35
Введення
Крім звичайних матеріалів, вживаних в машинобудуванні, в електропечестроеніі застосовуються деякі специфічні матеріали, призначені для роботи при високих або підвищених температурах. Наявність в електропечах зон з високими температурами вимагає, з одного боку, матеріалів, здатних працювати при цих температурах, з іншого - матеріалів, ізолюючих ці зони в тепловому відношенні від інших частин і навколишнього простору. До таких матеріалів відносяться вогнетривкі та теплоізоляційні матеріали, жароупори та матеріали для нагрівальних елементів.1. Матеріали, використовувані в електропечестроеніі
У всякій електричної печі є робоча камера для нагрівання або плавлення оброблюваних в печі матеріалів. Робоча камера, область печі з найбільш високими температурами, відокремлена від навколишнього простору і зовнішніх конструкцій матеріалом, здатним працювати при цих температурах і бути достатньо міцним, щоб витримувати ті навантаження і удари, якими він піддається в печі. Крім того, він повинен погано проводити тепло, знижуючи до мінімуму теплові втрати камери в навколишній простір. Матеріалів, які задовольняли б всім цим вимогам, в природі не існує. Щільні, механічно міцні керамічні матеріали порівняно добре проводять тепло, пористі легкі, погано проводять тепло матеріали недостатньо міцні. Тому футеровку високотемпературних і середньотемпературних печей виконують мінімум з двох шарів: внутрішнього - вогнетривкої, здатного працювати при робочій температурі печі і досить механічно міцного - цей шар сприймає всі навантаження від нагріваються виробів і нагрівачів; зовнішнього - теплоізоляційного, звільненого від несення будь-яких навантажень, крім власної ваги, але зате забезпечує зменшення до мінімуму теплових втрат.При дуже великих для керамічних матеріалів навантаженнях застосовують зміцнення кладки печі за допомогою кріплень із жаротривких сталей. Так, при великих прольотах роблять підвісні склепіння на жаротривких балках, з жаротривких сталей виконують огорожі, що захищають нагрівачі і кладку від ударів з боку завантаження, всякого роду екрани в печах, герметизовані ящики і муфелі. Крім того, частини механізмів, що знаходяться усередині печі і службовці для переміщення виробів (конвеєри, напрямні рейки, піддони тощо), також виконують з жаротривких сталей.
В особливу групу повинні бути виділені матеріали для нагрівальних елементів, так як до них ставляться специфічні вимоги, що стосуються їх електричних властивостей.
2. Вогнетривкі матеріали
До вогнетривким матеріалами для електропечей висувають такі вимоги:Достатня вогнетривкість.
Достатня механічна міцність при високих температурах.
Здатність витримувати, не розтріскуючись, різкі коливання температури (стійкість до термоударам).
Опірність хімічних впливів при високих температурах.
Досить мала теплопровідність.
Мала теплоємність.
Мала електропровідність, як при низьких, так і при високих температурах.
Дешевизна і доступність матеріалів.
Вогнетривкістю відповідно до ГОСТ 4069 - 69 називається властивість матеріалу протистояти не розплавляючись, впливу високих температур. Вогнетривкість матеріалу визначається на зробленому з нього зразку "конусі", що має форму усіченої тригранної піраміди. Під дією нагрівання матеріал зразка поступово розм'якшується, і його вершина починає схилятися до основи. Температура "падіння" зразка, коли його вершина досягне рівня підстави, приймається за вогнетривкість зразка. Так як ця температура може мінятися при зміні швидкості нагріву, то встановлюють її не безпосереднім вимірюванням, а "піроскопамі".
У вогнетривких матеріалів вогнетривкість лежить між 1580 і 17700С. Матеріали з вогнетривкістю більше 17700С, називаються високовогнетривкими.
Деякі матеріали, будучи досить вогнетривкими, втрачають свою міцність задовго до температури розм'якшення і тому можуть працювати механічно навантаженими лише до обмежених температур. Для того щоб охарактеризувати здатність матеріалу працювати в навантаженому стані при високих температурах, визначають відповідно до ГОСТ 4070 - 48 температуру його деформації під навантаженням 196,2 кПа. При цьому зазначають температуру початку розм'якшення (НР) зразка і температури його стиснення 4 і 40%.
У деяких матеріалів діапазон між початком розм'якшення і 40%-нням досить великий, і температурний інтервал дорівнює 100 - 2000С. У інших цей інтервал вимірюється лише 20 - 300С (рис.1). Дінас і магнезит зберігають міцність майже до температури руйнування, інші ж матеріали втрачають міцність задовго до настання руйнування.
Здатність витримувати, не розтріскуючись, різкі коливання температури особливо потрібна в матеріалах, що застосовуються в печах, що працюють періодично, а також у зонах з різкими коливаннями температури. Для визначення стійкості до термоударам цегла швидко нагрівають з торця в електричній печі до 8500С, охолоджують у проточній вод, знову нагрівають і так до втрати ним 20% початкової маси через сколювання шматків. Таким чином, стійкість матеріалу до термоударам оцінюється за кількістю водяних теплозмін, які він витримує, дані для деяких термоупорних матеріалів дані в табл.1.
Таблиця 1. Стійкість до термоударам вогнетривких матеріалів
| Найменування | Число водяних теплозмін до 20% втрати маси |
| Шамотні вироби | 10 - 25 |
| Многошамотние вироби | 50 - 100 |
| Динасові вироби | 1 - 2 |
| Магнезитові вироби | 2 - 3 |
| Нагревостойкие хромомагнезитові вироби | Більше 30 |
Опірність хімічних впливів при високих температурах є також досить важливою властивістю для вогнетривів. Необхідно, щоб вогнетривкі матеріали не вступали в хімічні з'єднання з робочою в печі виробами або з матеріалом нагрівальних елементів, а також з атмосферою печі, так як це небезпечно не тільки для самих вогнетривів, але може вивести з ладу нагрівачі печі або призвести до браку виробів. У деяких печах нагріваються і розплавляються кислі матеріали, а в інших - основні; очевидно, що і вогнетриви цих печей також повинні бути відповідно кислими в першому випадку і основними у другому щоб уникнути хімічних реакцій з цими матеріалами або шкалами.
Рис.1. Температури деформації деяких вогнетривів.
1 - шамотна цегла класу А, 2 - шамотна цегла класу Б, 3 - напівкислі; 4 - динасовий; 5 - муллітовий; 6 - магнезитовий.
Мала теплопровідність потрібно від вогнетривких матеріалів, так як вони відокремлюють нагріту камеру печі від навколишнього середовища і через них з камери проходить потік тепла. Хоча ці втрати обмежуються в основному теплоізоляцією печі, а не вогнетривким шаром, все ж температурний перепад у останньому часто є досить помітним, а головне він знижує максимальну робочу температуру теплоізоляції і тим самим збільшує термін її служби.
Мала теплоємність вогнетривких матеріалів забезпечує зменшення акумульованого футеровкой тепла. Правда, іноді значна акумуляція тепла кладкою є позитивним фактором, що стабілізує тепловий режим печі, проте здебільшого вона призводить до істотного перевитрати енергії, особливо при частих розігріві.
Мала електропровідність вогнетривів бажана, тому що в електричних печах опору вони можуть застосовуватися як електричні ізолятори для нагрівальних елементів, що здешевлює та спрощує кладку. Нарешті, вимога дешевизни і доступності висунуто тому, що вогнетриви є масовими матеріалами, що споживаються у великих кількостях не тільки при виготовленні печей, але і їх експлуатації. Особливо багато вогнетривів споживають дугові сталеплавильні та Рудотермические печі.
Вогнетривкі матеріали застосовуються у вигляді суцільних та пористих цегли і фасонних каменів. Фасонні камені виготовляються самих різних конфігурацій і розмірів, причому, як правило, чим більше розмір каменю, тим важче його виготовити і тим він дорожчий, але зате тим надійніше кладка, набрана з таких каменів.
Вогнетривкі матеріали застосовуються іноді і у вигляді порошку, вогнетривких бетонів, набивних мас і обмазок, а також у вигляді дрібних готових деталей - трубок, гачків, втулок тощо, головним чином в електричних печах опору як ізолятори нагрівачів.
Вогнетриви є масовими матеріалами, тому значного застосування знайшли лише такі сполуки, які широко поширені на земній поверхні і можуть здобуватися безпосередньо з кар'єрів. Виключенням є деякі високоогнеупорні матеріали, що відрізняються дуже цінними властивостями, але дорогі і рідкісні або одержувані штучним шляхом.
Основою вогнетривких і високовогнетривких матеріалів є три вогнетривких оксиду - кремнезем, глинозем і окис магнію - періклаз. Вони поширені в природі, утворюючи один з одним та іншими речовинами численні з'єднання. Особливо широко використовується система "кремнезем - глинозем".
2.1. Вогнетривкі вироби
Найбільші застосування в електричних печах опору знайшла група шамотних виробів із вмістом глинозему від 35 до 45%. Шамотнимі називаються вироби, що виготовляються з вогнетривких глин або каолінів, змішаних з шамотом, тобто з попередньо обпаленими в шматках тими ж глинами. Це найбільш поширений вид вогнетривкого матеріалу. Чим більше глинозему в глині, тим вище вогнетривкість одержуваних виробів. В електричних печах бажано застосовувати шамотна цегла першого гатунку з вмістом не менше 38% глинозему.Виготовляти вогнетривкі вироби безпосередньо із сирої глини не можна, так як вона при випалюванні дає дуже велику усадку і вироби розтріскуються. Тому глину попередньо обпалюють в грудках приблизно 13000С і одержують, таким чином, шамот. Цей шамот після дроблення і помелу змішується з попередньо підсушеної глиною. Отримана суміш після зволоження проходить гліномешалку і попередньо формується в стрічкових пресах. Потім проводиться допрессовка сирцю в пресах тиском 2-4 МПа, а його сушка і випалення в печі 1350 - 14000С протягом трьох - п'яти діб залежно від типу печі.
При цьому способі пластичного пресування маса зволожується до 16 - 20%. При напівсухому пресуванні вологість її становить лише 8 - 9%, але вироби пресують при тиску близько 20 МПа.
Для виготовлення фасонних виробів, а також виробів відповідального призначення кількість шамоту збільшують до 80 - 85%, знижуючи відповідно зміст в масі глини.
Такі многошамотние вироби пресують при тиску 30 - 50 МПа і отримують вироби високої щільності та міцності. Для многошамотних виробів усадка в випалюванні не перевищує 0,5 - 1,0%, що забезпечує збереження їх форми і точність розмірів деталей.
Шамотні цеглини мають світло-жовтий колір, рівномірний зернистий злам; маса стандартної цегли 3,2 - 3,3 кг. За ГОСТ 390 - 69 шамотні вироби за своєю вогнетривкості діляться на три класи: клас А має вогнетривкість не нижче 17300С; клас Б - не нижче 16700С; клас В - не нижче 16100С. Проте робоча температура шамоту набагато нижче, так як він втрачає свою механічну міцність вже при 1300 - 14000С; граничні робочі температури шамоту 1350 - 14500С.
Шамот має порівняно малий коефіцієнт розширення і добре витримує різкі коливання температури. Залежно від способу виготовлення стійкість виробів до термоударам становить:
Пластичне пресування ... ... ... ... ... 8 - 15 водяних теплозмін
Напівсухе пресування ... ... ... ... .... .15 - 25. Те ж
Пневматична трамбування ... ... ... 25 - 30
Многошамотние ... ... ... ... ... ... ... ... .50 - 100
Шамотні вироби мають низьку електропровідність, що дозволяє використовувати шамот в електричних печах одночасно і як вогнетривкий, і як електроізоляційний матеріал.
Шамот є найбільш поширеним вогнетривким матеріалом, він широко застосовується в електропечестроеніі, особливо в будівництві печей опору. Так як ці печі працюють в основному при температурах не вище 13000С, то вогнетривкий і механічні властивості шамоту цілком задовольняють пропонованим цими печами вимогам. Навпаки, для дугових і індукційних печей шамот в багатьох випадках виявляється недостатньо вогнетривким і його застосування обмежується менш відповідальними або зовнішніми частинами футеровки.
Шамотно - каолінові вироби виготовляються з каолінових глин, що мають підвищений вміст глинозему, причому їх піддають більш високому випалу. Завдяки цьому вони мають трохи більшу вогнетривкість і збільшену температуру деформації під навантаженням. У таблиці 2 дається порівняльна характеристика шамотних шамотно - каолінових виробів.
Зі збільшенням вмісту глинозему вогнетривкість виробів підвищується, тому досить привабливим є використання мінералів з високим вмістом глинозему. Такими мінералами є силіманіту або аналогічні їм мінерали кіаніту андалузиту. При випалюванні при температурі понад 15500С в цих мінералах утворюються муліт і вільна кремнекислота, яка спільно з плавнями склоподібну фазу. Мулла містить вже 72% глинозему і 28% кремнезему та його вогнетривкість дорівнює 18700С, проте присутність склоподібної фази в муллітових виробах знижує їх вогнетривкість.
Таблиця 2. Порівняльні характеристики шамотних і шамотно-каолінових виробів.
| Вироби | Зміст Al2O3,% | Температура випалу, 0С | Вогнетривкість, 0С | Температура деформації, 0С | |
| НР | 40% | ||||
| Шамотно-глиняні | 38 - 40 | 1350 - 1420 | 1710 - 1650 | 1400 | 1600 |
| Шамотно-каолінові | 40 - 44 | 1450 - 1500 | 1770 - 1750 | 1500 | 1650 |
Ще більш високоякісні вироби виготовляють з плавленого муллита, одержуваного розплавленням бокситу у присутності коксу деревної тирси в електричній дугового печі. Отриманий матеріал після роздрібнення змішується з глиною, формується і обпалюється при 1500 - 17000С.
Плавильний муліт володіє малим коефіцієнтом розширення, тому виконані з нього вироби є досить термостійкими і не розтріскуються при різких змінах температури; їх вогнетривкість 1800 - 18500С, початок деформації під навантаженням 196,2 кПа у кращих сортів досягає 17000С.
Плавлений муліт застосовується головним чином для виготовлення дрібних виробів, а також в якості формувального матеріалу для індукційних плавильних печей.
Крім того, він також застосовується в склоплавильних печах. Для цієї мети отриманий в електролітичній печі муліт відливається у форми і після тривалого дуже повільного охолодження у вигляді плавлених муллітних брусів йде на викладку ванн склоплавильних печей. Такий литий муліт має середню щільність 3300кг/м3, межа міцності на стиск 300 - 500 МПа, температура початку розм'якшення під навантаженням 196,2 кПа 1700С.
Штучний гідрат глинозему, що отримується шляхом хімічної переробки бокситів і прожарений при 1000 - 12000с, перетворюється в технічний глинозем, що містить до 99,0 - 99,5% глинозему. З технічного глинозему спіканням його з глиною може бути отриманий муллито-корундовий шамот, а останній за способом виготовлення багато шамотних виробів дозволяє отримати корундові вироби з вмістом глинозему близько 73%, із середньою щільністю 2700кг/м3, вогнетривкістю понад 18000С і з температурою початку деформації під навантаженням 196,2 кПа 15800С.
З технічного глинозему можуть бути отримані і чисті корундові рекрісталлізованних вироби. Для цієї мети проводитися додатковий випал глинозему при температурі 1450 - 16000С, його роздрібнення і формування з нього виробів з наступним вторинним випалом при 17000С. Отримані рекрісталлізованних вироби містять до 99,0 - 99,7% глинозему, мають вогнетривкістю вище 20000С і температурою початку деформації під навантаженням 196,2 кПа 19000С. Однак більша усадка їх і порівняно невисока нагревостойкость дозволяють виготовляти таким шляхом лише тонкостінні, порожнисті і невеликого розміру виробу. Тому з того ж глинозему, а також з білого електрокорунду або монокорунда зі зв'язкою з високодисперсного рекрісталлізованних корунду отримують більш досконалі за своїми властивостями корундові вироби також з вогнетривкістю близько 20000С і з температурою початку деформації під навантаженням 196,2 кПа 18500С.
На протилежному кінці системи SiO2-А12О3 знаходиться Дінас, матеріал, що має явно виражений кислий характер. Тому Дінас застосовується головним чином для викладення футеровки дугових і індукційних сталеплавильних печей, що працюють з використанням кислих - шлаків. Чудовим властивістю динасів є його механічна міцність при високих температурах. У той час як інші матеріали знижують поступово свою міцність у міру підвищення температури, Дінас зберігає свої механічні властивості майже до температури розплавлення. Зважаючи на це він є одним з найміцніших вогнетривких матеріалів і тому йде на викладку навантажених частин футеровки, склепінь та арок дугових сталеплавильних і руднотермічних печей.
Основною сировиною для виготовлення динасів є кварцити. Динасовий цегла має білий або злегка жовтуватий колір, в зламі, видно зерна кварцу. Маса стандартної цегли 3,2-3,3 кг. Відповідно до ГОСТ 4157-69 і 156Б-71 - динасові вироби можуть бути віднесені до-I, II або особливого класу або до електродінасам (вироби для електросталеплавильних печей)
Недоліком динасового цегли є її схильність до розтріскування при різких коливаннях температури. Найбільш важким умовам Дінас піддається в зведеннях сталеплавильних печей, на внутрішній поверхні яких температура доходить до 1750 0С. При цій температурі поверхню цегли оплавляється, склепіння печі зсередини покривається бурульками і він тримається в основному зовнішніми, більш холодними частинами цеглин. Крім того, звід періодично охолоджується, особливо в печах з верхнім завантаженням. Термін служби зведення в таких умовах, зрозуміло невеликий і вимірюється десятками годин. Тому для склепінь великих дугових сталеплавильних печей рекомендується застосовувати лише електродінас, виготовлений з особливо щільних кварцитів з вмістом SiO2 не менше 97,5%. Такий Дінас, що має і трохи більшу вогнетривкість і велику механічну міцність при високих температурах, забезпечує збільшення терміну, служби зводу дугових сталеплавильних печей. В електричних печах опору динасові вироби застосовуються рідко.
Дуже важлива група вогнетривів містить як основної складової періклаз (окис магнію МgO), що володіє в чистому вигляді дуже високою вогнетривкістю (2800 ° С). До цієї групи відносяться-магнезитові вогнетриви, що виготовляються в основному з гірської породи магнезиту.
У результаті випалу і ряду операцій виходять магнезитові цеглу темно коричневого кольору, маса стандартної цегли 4,5 кг.
Відповідно до ГОСТ 4689-63 - вогнетривкість магнезитових виробів повинна бути не менше 2000 0С, межа міцності на стиск при нормальній температурі не ніже_ 40 МПа, температура початку розм'якшення при навантаженні 196,2 кПа, не менше 1500 ° С.
Магнезитові цеглини застосовуються головним чином для викладення футеровки металургійних печей, мартенівських і дугових електросталеплавильних, що працюють на основному процесі, а також деяких руднотермічних печей. Маючи високу вогнетривкістю ці цеглини в той же час не мають достатньої міцності при високих температурах і достатньої термостійкості. Тому вони не можуть бути використані для викладки склепінь та арок печей, що працюють на основному процесі, їх доводиться виконувати з динасового цегли, як більш міцного.
2.2. Вогнетривкі розчини, бетони, набивні маси і обмазки
Сполучні вогнетривкі розчини - мертеля служать для заповнення швів між цеглинами вогнетривкої кладки. При цьому виходять тонкі шви, які мають досить високою вогнетривкістю і високою температурою деформації під навантаженням і по свої властивостями наближаються до властивостей зв'язує цегли. Шамотні мертеля представляють собою тонкомолоті суміші шамоту або бою шамотної цегли з вогнетривкої глиною. Відповідно до ГОСТ 6137 - 61 по вогнетривкості вони виконуються чотирьох класів.Динасові вогнетривкі розчини представляють собою суміші з меленого кварциту, бою динасового цегли та вогнетривкої глини та динасові мертеля діляться на три класи.
Магнезитова кладка завжди викладається всуху, без розчину, з пересипанням швів дрібним металургійним порошком, так як всмоктуючий з розчину вологу магнезитовий цегла набуває схильність до розтріскування при нагріванні.
На відміну від розчинів, що пов'язують вогнетривкі цеглини або камені один з одним, вогнетривкі маси - бетони, набивні та наварними маси - служать для виготовлення цілих монолітних частин футеровок.
Вогнетривкі бетони складаються з сполучних - гідравлічних твердіючих глиноземистого цементу або портландцементу або рідкого скла і заповнювачів - шамотного порошку, хроміту, а для легковагих термоізоляційних бетонів в якості наповнювача використовують мелений пористий шамот.
В даний час вогнетривкі бетони знаходять все більше застосування, і, зокрема, починають проникати в електропечестроеніе.
2.3. Пористі вогнетриви
Основним вогнетривом, застосовуваним в електричних печах опору є шамот. Однак шамотні вироби для більшості печей опору (працюючих до 1000 ° С) володіють зайвої вогнетривкістю і механічну міцність і в той же час мають недостатнє тепловий опір і надто велику середню щільність. Тому в електропечестроеніі все більшого поширення набувають штучні матеріали, що володіють за рахунок зниженої механічної міцності великим тепловим опором і меншою середньою щільністю, так звані легковаговики і пористі вогнетривкі вироби. Застосування їх особливо бажано для печей періодичної дії, тому що при цьому завдяки зменшенню маси вогнетривкої кладки відповідно знижується акумулюються нею при кожному розігріві тепло, крім того, зменшуються також теплові втрати печі. У той же час механічна міцність кладки майже завжди виявляється достатньою. Для цегли працюють у зведеннях, арках та інших навантажених частинах кладки, навантаження зазвичай не перевершує 200кПа, а в стінах 100кПа. Достатню міцність у холодному стані має майже кожен легковаговик.Найбільш простий спосіб додати вогнетривким виробам малу теплопровідність і зробити їх легкими - це штучне збільшення їх пористості. Повітря має дуже малою теплопровідністю. Але тепло через повітряні пори може передаватися не тільки теплопровідністю, всередині пор можуть виникати конвекційні струми; крім того, в них тепло може передаватися від стінки до стінки випромінюванням. Для того щоб звести до мінімуму обидва ці чинника, необхідно, щоб пори були замкнутими і малими, щоб їх величина вимірювалася частками міліметра або 2-3 мм. У цьому випадку в них не зможуть розвиватися конвекційні потоки, та й промениста енергія зустріне на своєму шляху безліч поперечних стінок, що грають роль теплових екранів.
Існує кілька способів приготування легковаговика, кожен з яких дає свій специфічний продукт зі своїми особливими властивостями.
Найбільш старим і поширеним є спосіб вигоряючими добавок, при якому в масу додають подрібнені деревне вугілля, тирсу, торф або пробку. При випалюванні вони вигорають, і на їх місці утворюються пори.
Значно більш міцним є динасовий легковаговик, що виконується з меленого кварциту з антрацитом або коксітом. Вироби виходять із середньою щільністю 1200 кг/м3 і з температурою початку розм'якшення 1550 ° С при навантаженні в 100 кПа.
Хімічний спосіб, освіти легковаговика - хімлегковеса полягає в тому, що шамотний порошок змішується з невеликою кількістю глини, доломіту, сірчаної кислоти і гіпсу.
Пеноспособ полягає в тому, що шамот з глиною змішуються з пінистої масою, утвореної шляхом збивання розчину з каніфольного мила. Отримана суміш вдруге збивається і утворює пористу масу, що укладається у форми. Стабілізатором осередків служить столярний клей, який додається в масу та захищають її від осідання до випалу. Останній проводиться при 1300 ° С, після чого виходять вироби, звані пенолегковеснимі.
Основними недоліками легковаговиків є низька шлакоустойчівость, невеликий опір стирання, мала стійкість до термоударам, а також висока газопроникність. Тому їх необхідно захищати від впливу шлаків тонким шаром вогнетривкої цегли або шаром вогнетривкої обмазки і не можна з легковаговика викладати поверхні, по яких пересувають вироби, так як вони швидко зносяться, або їх треба захистити жаротривким плитами або напрямними. Мала стійкість легковаговика до термоударам обумовлює розтріскування футеровки при значних коливаннях температури. У цьому плані більш стійкими є легковаговики, отримані способом, вигоряючими добавок, а також пеношамоти. Для боротьби з газопроникністю легковаговиків застосовують обмазки або герметизують кожухи електропечей.
3. Теплоізоляційні матеріали
Для зменшення теплових втрат печі необхідно, щоб кладка її володіла великим тепловим опором. Але вогнетривка частина кладки повинна бути механічно міцною, а отже виконана з матеріалу з великою середньою густиною і достатньо великою теплопровідністю. Тому футеровки печей, як правило, виконуються складовими, внутрішня частина викладається з вогнетриву, а зовнішня частина з теплоізоляційних матеріалів. Відповідно до цього електропечестроеніе пред'являє до теплоізоляційних матеріалів наступні вимоги: мала теплопровідність; мала питома теплоємність; достатня вогнетривкість; деяка механічна міцність; дешевизна і доступність.Теплоізоляційні матеріали працюють в печі в більш легких умовах, ніж вогнетриви. Температура, дії якої вони піддаються, завжди менше, так як вогнетривкий шар бере на себе частину температурного перепаду і оберігає їх від розмиваючого дії шлаків, всякого роду ударних і зусиль стирання, розвантажує від механічних напружень. Тому їх вогнетривкість може бути менше, потрібно лише дуже відносна механічна міцність, наприклад здатність, витримувати свій власний, але зате вимога малої теплопровідності є для них основним. Вимога дешевизни і доступності визначається знову таки тією обставиною, що тепло ізоляційні матеріали споживаються у великих кількостях.
Теплоізоляційні матеріали застосовуються у вигляді цегли, плит, фасонних виробів, у вигляді засипки (порошок, вата), мастики, якої покриваються гарячі частини печей, картону, матраців, матів.
Одними з найбільш поширених теплоізоляційних матеріалів є діатоміт і трепел. Діатоміт є скупчення скелетів дрібних водоростей діатомей, що складаються з кремнекислоти і пронизаних найдрібнішими порами. Трепел має той же склад, але в ньому в мікроскоп не можна розрізнити окремі скелети водоростей.
Для отримання пористого діатомітової цегли застосовується головним чином спосіб вигоряючими добавок. В якості останніх: найкращі результати дає пробка (негігроскопічні, мала зольність, округла форма пор), потім деревне вугілля, найгірші результати дають тирсу і торф. Діатомітовий цегла виконується трьох класів, середньої щільністю 500, 600 і 700 кг/м3, і може застосовуватися до 900 ° С. Для теплоізоляції електричних печей бажано застосовувати діатомітової цеглу марки 500.
Цілий ряд теплоізоляційних матеріалів готується на базі азбесту. Азбест являє собою мінерал волокнистої будови, найбільші поклади якого є, у нас на Уралі. Він складається з найтонших, ниток, дуже міцних на розтяг, але легко перетирається. Якщо азбест розпушити, то він набуває вигляду волокнистої маси із середньою щільністю 250-800 кг/м3 залежно від сорту азбесту і ступеня його розпушивши. У такому вигляді він може бути використаний як теплоізоляційна засипка (азбесту), здатна працювати до 600 ° С. Температура плавлення азбесту значно вище, близько 1500 ° С та при 700 ° С азбест втрачає всю міститься в ньому воду і розсипається, втрачаючи своїх теплоізоляційних властивостей. Недоліком азбесту є його висока гігроскопічність.
При склеюванні азбестових волокон білою глиною з органічними добавками і пресуванні під високим тиском виходять, азбестовий картон папір, а сплетінням волокон азбесту з бавовняними нитками виготовляється азбестовий шнур. Картон та шнур також використовуються в якості теплоізоляції.
Азбестова засипка є малоефективною ізоляцією, і тому вона застосовується в даний час в чистому вигляді лише в рідкісних випадках, але входить складовою, частиною в ряд інших теплоізоляційних матеріалів.
Для обмазки гарячих поверхонь застосовуються так звані мастикові матеріали. Такими матеріалами є асбозуріт (70% діятимуть або трепелу і 30% азбесту п'ятого і сьомого сортів), новоасбозуріт (70% діятимуть або трепелу, 15% шиферних відходів 15% азбесту п'ятого і шостого сортів) і ін
До високоефективним теплоізоляційним матеріалам ставляться асбомагнезіальние маси наприклад совеліт (85% суміші подвійний вуглекислої солі кальцію і магнію і 15% распушенного азбесту). Вони застосовуються у вигляді виробів (плитки, сегменти і т.п.), накладених на поверхні, що захищаються. Матеріали ці, володіючи низькою вредней щільністю і хорошими теплоізоляційними властивостями, є в той же час маломіцні і можуть бути використані до 350 - 500 0С. Основним же недоліком їх є висока вартість, що обмежує їх застосування.
Широке застосування отримали останнім часом скляна і мінеральна вати, а також скляне волокно.
Скляна і мінеральна вати і волокно застосовуються у формі засипки для заповнення простору між, вогнетривкої кладкою і кожухом печі, а також у вигляді матраців і матів. Скляне волокно краще виносить вібрацію (вата від вібрації ущільнюється, з метою зменшення цього явища її кілька ущільнюють при укладанні, краще її застосовувати у вигляді матів), крім того, воно менш шкідливе. Дрібні волокна вати, потрапляючи на слизові оболонки, дратують їх, викликаючи запалення, тоді як довгі нитки скляного волокна не викликають цих явищ. Однак скляне волокно значно дорожче вати.
Скляні волокна і нитки починають спікатися при 500-6000С, тому їх можна застосовувати лише до 450-500 0С, шлаковая (мінеральна) вата витримує більше високу температуру - до 650оС.
Доброю тепловою ізоляцією, особливо для високотемпературних печей, є зоноліт або обпалений вермикуліт.
Зоноліт застосовується поки що головним чином у вигляді насипної ізоляції, він має малу середню щільність (120-250 кг/м3) і, отже, є прекрасним теплоізоляційним матеріалом, але головна його перевага полягає в його стійкості. Останнім часом з зоколіта почали виготовляти формуванням, плитки, цегли і т.п.
3.1. Жаротривкі матеріали
Для виготовлення внутрішніх деталей електричних печей, що піддаються значним механічним впливам, застосовуються жаротривкі матеріали, що володіють достатньою механічною міцністю при високих температурах. Ці матеріали використовуються для виготовлення в пенах таких деталей як подові плити, тиглі, кріплення стін і склепіння, захисні пристрої всередині печей, екрани, муфелi, завантажувальні пристрої, кріплення нагрівачів, деталі будь-якого роду транспортуючих пристроїв, що служать для переміщення в печах нагріваються виробів. Відповідно до цього жароупори застосовуються як у вигляді лиття, так і у вигляді прокату листа, дроту, прутків і профілів.
Електропічний виробництво пред'являє до жароупорам наступні вимоги:
Достатня жаростійкість - матеріали повинні достатньо довго працювати при високій температурі і повинні не окислюватися або дуже мало окислюватися при цій температурі.
Достатня жароміцність - в межах робочих температур матеріали повинні зберігати достатню механічну міцність, для того щоб без значних деформацій витримувати - механічне навантаження.
Достатня кріпоустойчівость - сталі, тривало працюють при високих температурах, мають властивість повзучості (кріп), тобто вони дуже повільно зазнають необоротні деформацій під навантаженням, набагато меншою навантаження, яке відповідає межі пружності матеріалу. Кріпоустойчівость матеріалу характеризується його межею повзучості, що представляє, собою напруження, що відповідає при даній температурі певного подовженню матеріалу в обумовлений час. Кріпоустойчівость жаротривких матеріалів є дуже важливим для, них показником, так як вони мають працювати в печах тривалий час при високій температурі і настають при цьому незворотні деформації можуть досягти неприпустимого значення.
Достатня оброблюваність - необхідно мати можливість виготовляти з жаротривких матеріалів різні деталі та механізми печей, тому необхідно, щоб ці матеріали можна було катати і волочити, піддавати механічне обробці, щоб їх можна було зварювати, відливати з них різноманітні деталі.
Такого роду щільні захисні плівки утворюються у металів, оксиди яких при утворенні мають більший обсяг, ніж сам метал. Навпаки, метали, у яких обсяг окислів менше обсягу, займаного металом, з якого вони утворилися, дають пористу плівку і в цих металів кількість які виникають окислів зростає прямо пропорційно часу.
Металами, що дає при добавці в сталь щільні захисні плівки, є в першу чергу хром, алюміній і кремній. Проте чисто крем'янисті або алюмінієві стали не застосовуються, оскільки вони не куються, дуже крихкі і лише насилу піддаються механічній обробці. Значне покращення як оброблюваності сталей, так і їх механічних властивостей при високих температурах особливо кріпоустойчівості, можна отримати додаванням нікелю, наприклад, в хромисті жаротривкі сталі.
Тому залежно від пропонованих вимог в електропечестроеніі застосовуються дві групи сталей: хромисті - для ненавантажених конструкцій і хромонікелеві - для навантажених конструкцій.
Теплопровідність хромистих сталей, як і у всіх взагалі жаротривких сталей, істотно менше, ніж у звичайних вуглецевих, причому у малолегованої сталей вона зменшується з температурою, а у високохромистих злегка збільшується.
Питомий електричний опір високохромистих сталей набагато більше, ніж у вуглецевих, але температурний коефіцієнт менше.
Середньолеговані стали зварюються добре електродами з того ж складу, але вимагають спеціальних флюсів і відпалу зварних швів. Високохромистого стали зварюються електродами з хромистих сталей з працею під флюсом, краще їх зварювати в підігрітому стані хромонікелевих електродами. Лиття з хромистих сталей за своїми властивостями мало відрізняється від кованих сплавів. Зі збільшенням змісту вуглецю матеріал стає усе твердіше і при С ≈ 1% виливки дуже важко обробляти.
Хромонікелеві сталі є найпоширенішими в електропечестроеніі, тому що поряд з високою жаростійкістю і достатньої механічної міцністю, а також кріпоустойчівостью вони добре обробляються. Хромонікелеві стали добре зварюються автогеном і електрозварюванням.
Зважаючи на свою механічної міцності при високих температурах і кріпоустойчівості вони особливо придатні для виготовлення навантажених деталей печей, особливо деталей пічних транспортуючих пристроїв. Недоліками цих сталей є великий коефіцієнт лінійного розширення і, як наслідок, більша схильність до короблення в порівнянні з хромової сталі, а також чутливість до парів сірки. Крім того, вони значно дорожче хромистих сталей, тому останні слід застосовувати нарівні з хромонікелевих там, де відсутня механічне навантаження.
Іноді деталі, що знаходяться в зоні високих температур, роблять із звичайної сталі, але насичують їх поверхневий шар алюмінієм на глибину в декілька десятих доль міліметра. Алюміній дуже інтенсивно збільшується опірність стали окислення, і тому такі деталі - контейнери, пірометричних трубки і т.п., що не несуть навантажень, можуть успішно працювати до 800 ° С.
У високотемпературних печах (1000 - 1350 ° С) для подових перекриттів застосовують карборундові подові жаротривкі плити. Володіючи достатньо великою теплопровідністю, не набагато меншою, ніж у сталевих плит, вони мають значно меншу міцність і тому вимагають обережного поводження.
Жаростійкість, неокісляемость під дією кисню повітря в умовах високих температур.
Достатня жароміцність - механічна міцність при високих температурах. Матеріали для нагрівальних елементів не є конструкційними матеріалами, тому їх механічна міцність може бути порівняно невелика; достатньо, щоб виготовлені з них нагрівачі були в змозі підтримувати самі себе, даючи при цьому малі деформації.
Велике питомий електричний опір. Нагрівальні елементи в печах опору в більшості випадків включаються безпосередньо в живильну мережу без: проміжного трансформатора, і тому при даній потужності нагрівача його опір при робочій температурі також має бути цілком визначеним. Чим менше питомий електричний опір матеріалу нагрівача, тим більше довжина виконаного з нього нагрівача і тим менше має бути його поперечний переріз.
Малий температурний коефіцієнт опору. Чим більше цей коефіцієнт, тим більша різниця в електричному опорі гарячого і холодного нагрівача. Майже всі матеріали мають позитивний температурний коефіцієнт опору, і зі збільшенням температури їх питомий опір зростає.
Сталість електричних властивостей. Деякі матеріали з плином часу в роботі змінюють свої електричні властивості, вони старіють, їх питомий опір збільшується, а отже, потужність печі, забирається нею з мережі, падає.
Сталість розмірів. Деякі матеріали схильні повзучості і з плином часу сильно ростуть, тобто виконані з них нагрівачі подовжуються.
Оброблюваність. Металеві матеріали для нагрівачів повинні давати можливість виготовити з них стрічку і дріт різних перетинів, навивати з них спіралі, зварювати нагрівачі між собою і приварювати до них висновки.
Неметалічні нагрівачі бажано пресувати або формувати для додання їм необхідної конфігурації. Все це накладає відомі вимоги на матеріали для нагрівачів.
Матеріали для нагрівальних елементів виконуються у вигляді льон ти, дроту і стрижнів. Крім того, нагрівачі виконуються іноді литими або штампованими.
Основними матеріалами для нагрівальних елементів спеціально розробленими для цієї мети і тому в максимальному ступені задовольняють вищевказаним вимогам, є сплави нікелю, хрому і заліза, які називаються "ніхромом". Ці сплави можна підрозділити на дві основні трупи - подвійні сплави і потрійні сплави.
Перша-група об'єднує сплави, що складаються, по суті, з нікелю та хрому, вміст заліза в них невелика (0,5-3,0%), чим і пояснюється їх назва. Друга група охоплює собою сплави, що містять, крім нікелю і хрому, також і залізо.
Безумовно, самим дешевим і доступним матеріалом була б звичайна сталь. І, дійсно, неодноразово намагалися застосовувати її для виготовлення нагрівачів як для низькотемпературних, наприклад сушильних, так і для високотемпературних печей. Однак широкого та тривалого застосування сталь не знайшла через невідповідність основним вимогам, що пред'являються до матеріалів для нагрівачів. Основним недоліком сталі є її великий температурний коефіцієнт опору, що досягає 10.10 -3, внаслідок чого при включенні печі на нормальне напруга спостерігається в перший же момент чотирьох - п'ятикратний поштовх струму. Більший температурний коефіцієнт опору стали призводить також до того, що при перегріві будь-якого її ділянки (наприклад, у місці з утрудненою тепловіддачею) опір його різко збільшується, що викликає ще більший перегрів його і в кінцевому рахунку перегоряння.
Все це виключає застосування стали для нагрівачів у звичайних умовах. Дефіцитністю дорожнеча ніхрому змусили, працювати над створенням яких-небудь нових сплавів, що володіють задовільними електричними властивостями, досить жаростійкими і в той же час не містять дефіцитного нікелю. Такого роду сплави були вже давно відомі, це железохромоалюмініевие сплави, проте вони виходили настільки крихкими, що їх неможливо було обробити, отримати з них стрічку і дріт. Завдяки високому вмісту хрому і алюмінію вони можуть бути навіть більш жаростійкими в порівнянні з ніхромом і можуть працювати до 1300 і навіть до 1350 ° С. Ці сплави все ж залишаються надзвичайно крихкими і неміцними, особливо після кількох нагрівів в печі, так як при нагріванні в них спостерігається дуже сильний ріст зерна. Тому вже працювали в печі нагрівачі перекласти чи зварити у разі поломки або перегорання нелегко.
Крім своєї крихкості, железохромоалюмініевие сплави менш міцні при високих температурах у порівнянні з ніхромом, тому виконані з них нагрівачі доводиться конструювати таким чином, щоб вони були максимально розвантажені від всякого роду механічних напруг, в тому числі і від власної ваги. Великим недоліком цих сплавів є їх чутливість при високих температурах до окислам заліза і кремнезему, які руйнують утворюється на них захисну плівку з оксидів алюмінію і хрому. Футеровка печей в місцях зіткнення з нагрівачами повинна бути виконана з чистих високоглиноземисті матеріалів.
Іншими недоліками железохромоалюмініевих сплавів є їх значне зростання в експлуатації, збільшення довжини нагрівача, що може досягати 30 - 40%. Тому при конструюванні нагрівачів з цих сплавів необхідно передбачати можливість їх вільного подовження, з одного боку, та надійного кріплення, окремих витків або зигзагів, щоб уникнути їх замикання при викривленні - з іншого.
Старіння, тобто збільшення електричного опору в експлуатації у железохромоалюмініевих сплавів помірне (15-25%). Зварюються вони задовільно як за допомогою дугового зварювання (на постійному струмі), так і автогеном. На відміну від хромонікелевих сталей вони магнітні.
З неметалічних нагрівачів найбільшого поширення набули Сіліт і глобар.
Сілітовие і глобаровие нагрівачі представляють собою карборундові стрижні, що відрізняються один від одного як конструктивним виконанням, так і технологією виготовлення. Карборунд добре витримує 1400 - 1450 ° С і, отже, може забезпечити роботу електричних печей до 1350-1400 ° С. Так як його питомий опір змінюється у великих межах і досягає в різних типів нагрівачів 4.10 -4 - 4 · 10-3 Ом · м, то його застосовують лише в порівняно великих перерізах, діаметром від 8 до 30мм і довжиною активної частини до 560мм .
Сілітовие і глобаровие стрижні в нагрітому стані крихкі і маломіцні і вимагають обережного поводження. Вони чутливі до швидкого нагріву, внаслідок чого розігрів печі слід проводити поступово.
Конструктивно карборундові нагрівачі виконуються різному. Так, сілітовие нагрівачі виконуються у вигляді трубчастих нагрівачів, на кінці яких надягають трубки більшого діаметра (діаметр отвору цих трубок повинен відповідати зовнішньому діаметру нагрівача). Для скріплення трубок з нагрівачами застосовується спеціальна замазка, з карборундовому порошку, нафтового коксу і смолопека. Для отримання достатньої міцності закріплення на нагревателе трубок їх додатково обпалюють.
Завдяки таким насадкам сілітовие нагрівачі мають по краях 6 - 3-кратне розтин, внаслідок чого їх кінці розігріваються не так сильно. Це дає можливість обійтися без водяного охолодження контактів, кінці оконцовочних трубок покривають сріблом або алюмінієм і на них густо, виток до витка, намотують нікелеву дріт. Кінці дроту служать для підведення струму до нагрівачів.
Глобаровие нагрівачі виконуються у вигляді порожнистих стрижнів рівномірного перетину з металізованими, закругленими кінцями. У глобарових стрижнях, таким чином, кінці не мають більшого перерізу і розігріваються так само, як і нецентральних частина стрижня; поетом ці стрижні можуть працювати без водяного охолодження підводять струм контактів лише до 1000 - 1100 ° С, для більш ж високої температури охолодження водою обов'язково .
Останнім часом розроблена нова конструкція глобарових нагрівальних стрижнів, що не вимагає водяного охолодження контактів. Кінці кожного стрижня виконані з матеріалу меншого питомого опору і, крім того, загострені. Кожен такий стрижень затискається між двома також глобаровимі висновками, того ж перетину з зниженим питомим опором і, крім того, металізованими кінцями.
Завдяки такому зниженого опору висновків, кількість виділяється в них тепла невелика, тепло від самих стрижнів завдяки великому теплоопору загостреного контакту також передається висновків лише в незначній мірі. Тому висновки залишаються в роботі порівняно холодними і не вимагають водяного-охолодження контактів.
Останнім часом з'явилися також карборундові нагрівачі виконані у вигляді труб зі спіральним прорізом.
Опір карборундових нагрівачів варіює для одного і того ж типорозміру в 2-3 рази, тому на заводі-виробнику підбирають партії нагрівачів у 6 - 12 шт. приблизно одного опору. У холодному стані їхній опір у 4-5 разів більше мінімального. В експлуатації опір стрижнів збільшується в кілька разів, звичайно допускають чотириразове зростання і це призводить до необхідності мати регулювальні трансформатори з межею регулювання від 0,3 Uном до 2Uном. Карборундові нагрівачі вкрай чутливі до навколишнього їх атмосфері.
Все вищевказане, включаючи і крихкість нагрівачів, як в холодному, так і особливо в гарячому стані, робить їх дуже незручними в експлуатації і обумовлює їх обмежене застосування. Основним недоліком нагрівачів з дисилицида молібдену, є їх мала механічна міцності в нагрітому і холодному стані, малий питомий електричний опір і дорожнеча.
Нагрівачі з дисилицида молібдену були розроблені вперше в Швеції фірмою "Кантана". В даний час аналогічні нагрівачі випускаються нашою промисловістю під маркою ДМ. Фірмі "Кантана" вдалося істотно поліпшити пластичні властивості дисилицида молібдену і виготовити нагрівачі діаметром до 0,4 мм. Крім того, вони створили новий сплав, що витримує короткочасно температуру в 1800 ° С.
Вугільні і графітові нагрівачі виконуються у вигляді стрижнів, труб, тиглів і пластин. У більшості випадків береться, можливо 6олее чистий матеріал (електродний вугілля - електрографія), що витримує більше високу температуру, але іноді до графіту домішується шамот (тигля) для підвищення міцності виробу і в цьому випадку збільшується його питомий опір і зменшується робоча температура.
І вугілля, і графіт інтенсивно окислюються при нагріванні на повітрі, тому з ними можна працювати або в захисній атмосфері, або з розрахунку на досить короткий термін їх служби. Питомий опір вугілля злегка знижується при його нагріванні, а потім залишається майже без зміни. Питомий опір графіту є змінним, воно спочатку падає зі збільшенням температури, а потім починає злегка рости.
У високотемпературних печах за останні роки почали широко застосовуватися жаростійкі метали, такі як молібден, вольфрам, ніобій, тантал. Всі ці матеріали високореактівние, вони інтенсивно окислюються в повітряній атмосфері, тому їх можна застосовувати лише в високовакуумних печах або печах з чистою, наприклад водневої, захисною атмосферою.
Найбільшого поширення набули молібденові нагрівачі, що виконуються у вигляді дроту, намотаною на вогнетривку керамічну трубку, або у вигляді прутків або аркушів.
За останні роки печі з молібденовим нагрівачами отримали широке поширення, як в лабораторній практиці, так і в промисловості.
2. "Електричні печі опору і дугові печі", Гутман, 1983р.
Електропічний виробництво пред'являє до жароупорам наступні вимоги:
Достатня жаростійкість - матеріали повинні достатньо довго працювати при високій температурі і повинні не окислюватися або дуже мало окислюватися при цій температурі.
Достатня жароміцність - в межах робочих температур матеріали повинні зберігати достатню механічну міцність, для того щоб без значних деформацій витримувати - механічне навантаження.
Достатня кріпоустойчівость - сталі, тривало працюють при високих температурах, мають властивість повзучості (кріп), тобто вони дуже повільно зазнають необоротні деформацій під навантаженням, набагато меншою навантаження, яке відповідає межі пружності матеріалу. Кріпоустойчівость матеріалу характеризується його межею повзучості, що представляє, собою напруження, що відповідає при даній температурі певного подовженню матеріалу в обумовлений час. Кріпоустойчівость жаротривких матеріалів є дуже важливим для, них показником, так як вони мають працювати в печах тривалий час при високій температурі і настають при цьому незворотні деформації можуть досягти неприпустимого значення.
Достатня оброблюваність - необхідно мати можливість виготовляти з жаротривких матеріалів різні деталі та механізми печей, тому необхідно, щоб ці матеріали можна було катати і волочити, піддавати механічне обробці, щоб їх можна було зварювати, відливати з них різноманітні деталі.
4. Дешевизна і недефіцитних
Більшість сучасних жаротривких матеріалів є дефіцитними і настільки дорогими, що їх вартість становить у багатьох печах опору досить значну частину (іноді до 50%) від їх загальної вартості. Це пояснюється як складністю виготовлення та обробки багатьох матеріалів, так і дефіцитністю і дорожнечею їх основних легуючих складових, таких кат нікель, металевий хром, маловуглецевих ферохром і т.п. Тому задача знаходження нових, більш дешевих жаротривких матеріалів є досить актуальною. Основні жаротривкі матеріали - це метали, так як вони найбільшою мірою задовольняють вищенаведеним вимогам. Окислюваність металів під дією високої температури різна. Деякі метали дають легкоплавкі окисли, що випаровуються при нагріванні, в цьому випадку процес окислення буде наростаючим в часі. Те ж саме вийде, якщо окисел буде схильний розтріскуватися при нагріванні. Якщо ж плівка окислів не має тенденції відскакувати від металу і має щільне будову, то вона є захисною плівкою, а окислення металу поступово, в міру її утворення, буде зменшуватися. У цьому випадку кількість утворюються окислів беруть пропорційним квадратному кореню з часу нагрівання.Такого роду щільні захисні плівки утворюються у металів, оксиди яких при утворенні мають більший обсяг, ніж сам метал. Навпаки, метали, у яких обсяг окислів менше обсягу, займаного металом, з якого вони утворилися, дають пористу плівку і в цих металів кількість які виникають окислів зростає прямо пропорційно часу.
Металами, що дає при добавці в сталь щільні захисні плівки, є в першу чергу хром, алюміній і кремній. Проте чисто крем'янисті або алюмінієві стали не застосовуються, оскільки вони не куються, дуже крихкі і лише насилу піддаються механічній обробці. Значне покращення як оброблюваності сталей, так і їх механічних властивостей при високих температурах особливо кріпоустойчівості, можна отримати додаванням нікелю, наприклад, в хромисті жаротривкі сталі.
Тому залежно від пропонованих вимог в електропечестроеніі застосовуються дві групи сталей: хромисті - для ненавантажених конструкцій і хромонікелеві - для навантажених конструкцій.
Теплопровідність хромистих сталей, як і у всіх взагалі жаротривких сталей, істотно менше, ніж у звичайних вуглецевих, причому у малолегованої сталей вона зменшується з температурою, а у високохромистих злегка збільшується.
Питомий електричний опір високохромистих сталей набагато більше, ніж у вуглецевих, але температурний коефіцієнт менше.
Середньолеговані стали зварюються добре електродами з того ж складу, але вимагають спеціальних флюсів і відпалу зварних швів. Високохромистого стали зварюються електродами з хромистих сталей з працею під флюсом, краще їх зварювати в підігрітому стані хромонікелевих електродами. Лиття з хромистих сталей за своїми властивостями мало відрізняється від кованих сплавів. Зі збільшенням змісту вуглецю матеріал стає усе твердіше і при С ≈ 1% виливки дуже важко обробляти.
Хромонікелеві сталі є найпоширенішими в електропечестроеніі, тому що поряд з високою жаростійкістю і достатньої механічної міцністю, а також кріпоустойчівостью вони добре обробляються. Хромонікелеві стали добре зварюються автогеном і електрозварюванням.
Зважаючи на свою механічної міцності при високих температурах і кріпоустойчівості вони особливо придатні для виготовлення навантажених деталей печей, особливо деталей пічних транспортуючих пристроїв. Недоліками цих сталей є великий коефіцієнт лінійного розширення і, як наслідок, більша схильність до короблення в порівнянні з хромової сталі, а також чутливість до парів сірки. Крім того, вони значно дорожче хромистих сталей, тому останні слід застосовувати нарівні з хромонікелевих там, де відсутня механічне навантаження.
Іноді деталі, що знаходяться в зоні високих температур, роблять із звичайної сталі, але насичують їх поверхневий шар алюмінієм на глибину в декілька десятих доль міліметра. Алюміній дуже інтенсивно збільшується опірність стали окислення, і тому такі деталі - контейнери, пірометричних трубки і т.п., що не несуть навантажень, можуть успішно працювати до 800 ° С.
У високотемпературних печах (1000 - 1350 ° С) для подових перекриттів застосовують карборундові подові жаротривкі плити. Володіючи достатньо великою теплопровідністю, не набагато меншою, ніж у сталевих плит, вони мають значно меншу міцність і тому вимагають обережного поводження.
4.1. Матеріали для нагрівальних елементів електричних печей опору
Нагрівальні елементи, так само як і жаротривкі матеріали, працюють в зоні високих температур, але, крім того, до них пред'являються електропечестроеніем особливі вимоги до електричних властивостей. Коротенько вимоги до них можуть бути сформульовані наступним чином:Жаростійкість, неокісляемость під дією кисню повітря в умовах високих температур.
Достатня жароміцність - механічна міцність при високих температурах. Матеріали для нагрівальних елементів не є конструкційними матеріалами, тому їх механічна міцність може бути порівняно невелика; достатньо, щоб виготовлені з них нагрівачі були в змозі підтримувати самі себе, даючи при цьому малі деформації.
Велике питомий електричний опір. Нагрівальні елементи в печах опору в більшості випадків включаються безпосередньо в живильну мережу без: проміжного трансформатора, і тому при даній потужності нагрівача його опір при робочій температурі також має бути цілком визначеним. Чим менше питомий електричний опір матеріалу нагрівача, тим більше довжина виконаного з нього нагрівача і тим менше має бути його поперечний переріз.
Малий температурний коефіцієнт опору. Чим більше цей коефіцієнт, тим більша різниця в електричному опорі гарячого і холодного нагрівача. Майже всі матеріали мають позитивний температурний коефіцієнт опору, і зі збільшенням температури їх питомий опір зростає.
Сталість електричних властивостей. Деякі матеріали з плином часу в роботі змінюють свої електричні властивості, вони старіють, їх питомий опір збільшується, а отже, потужність печі, забирається нею з мережі, падає.
Сталість розмірів. Деякі матеріали схильні повзучості і з плином часу сильно ростуть, тобто виконані з них нагрівачі подовжуються.
Оброблюваність. Металеві матеріали для нагрівачів повинні давати можливість виготовити з них стрічку і дріт різних перетинів, навивати з них спіралі, зварювати нагрівачі між собою і приварювати до них висновки.
Неметалічні нагрівачі бажано пресувати або формувати для додання їм необхідної конфігурації. Все це накладає відомі вимоги на матеріали для нагрівачів.
Матеріали для нагрівальних елементів виконуються у вигляді льон ти, дроту і стрижнів. Крім того, нагрівачі виконуються іноді литими або штампованими.
Основними матеріалами для нагрівальних елементів спеціально розробленими для цієї мети і тому в максимальному ступені задовольняють вищевказаним вимогам, є сплави нікелю, хрому і заліза, які називаються "ніхромом". Ці сплави можна підрозділити на дві основні трупи - подвійні сплави і потрійні сплави.
Перша-група об'єднує сплави, що складаються, по суті, з нікелю та хрому, вміст заліза в них невелика (0,5-3,0%), чим і пояснюється їх назва. Друга група охоплює собою сплави, що містять, крім нікелю і хрому, також і залізо.
Безумовно, самим дешевим і доступним матеріалом була б звичайна сталь. І, дійсно, неодноразово намагалися застосовувати її для виготовлення нагрівачів як для низькотемпературних, наприклад сушильних, так і для високотемпературних печей. Однак широкого та тривалого застосування сталь не знайшла через невідповідність основним вимогам, що пред'являються до матеріалів для нагрівачів. Основним недоліком сталі є її великий температурний коефіцієнт опору, що досягає 10.10 -3, внаслідок чого при включенні печі на нормальне напруга спостерігається в перший же момент чотирьох - п'ятикратний поштовх струму. Більший температурний коефіцієнт опору стали призводить також до того, що при перегріві будь-якого її ділянки (наприклад, у місці з утрудненою тепловіддачею) опір його різко збільшується, що викликає ще більший перегрів його і в кінцевому рахунку перегоряння.
Все це виключає застосування стали для нагрівачів у звичайних умовах. Дефіцитністю дорожнеча ніхрому змусили, працювати над створенням яких-небудь нових сплавів, що володіють задовільними електричними властивостями, досить жаростійкими і в той же час не містять дефіцитного нікелю. Такого роду сплави були вже давно відомі, це железохромоалюмініевие сплави, проте вони виходили настільки крихкими, що їх неможливо було обробити, отримати з них стрічку і дріт. Завдяки високому вмісту хрому і алюмінію вони можуть бути навіть більш жаростійкими в порівнянні з ніхромом і можуть працювати до 1300 і навіть до 1350 ° С. Ці сплави все ж залишаються надзвичайно крихкими і неміцними, особливо після кількох нагрівів в печі, так як при нагріванні в них спостерігається дуже сильний ріст зерна. Тому вже працювали в печі нагрівачі перекласти чи зварити у разі поломки або перегорання нелегко.
Крім своєї крихкості, железохромоалюмініевие сплави менш міцні при високих температурах у порівнянні з ніхромом, тому виконані з них нагрівачі доводиться конструювати таким чином, щоб вони були максимально розвантажені від всякого роду механічних напруг, в тому числі і від власної ваги. Великим недоліком цих сплавів є їх чутливість при високих температурах до окислам заліза і кремнезему, які руйнують утворюється на них захисну плівку з оксидів алюмінію і хрому. Футеровка печей в місцях зіткнення з нагрівачами повинна бути виконана з чистих високоглиноземисті матеріалів.
Іншими недоліками железохромоалюмініевих сплавів є їх значне зростання в експлуатації, збільшення довжини нагрівача, що може досягати 30 - 40%. Тому при конструюванні нагрівачів з цих сплавів необхідно передбачати можливість їх вільного подовження, з одного боку, та надійного кріплення, окремих витків або зигзагів, щоб уникнути їх замикання при викривленні - з іншого.
Старіння, тобто збільшення електричного опору в експлуатації у железохромоалюмініевих сплавів помірне (15-25%). Зварюються вони задовільно як за допомогою дугового зварювання (на постійному струмі), так і автогеном. На відміну від хромонікелевих сталей вони магнітні.
З неметалічних нагрівачів найбільшого поширення набули Сіліт і глобар.
Сілітовие і глобаровие нагрівачі представляють собою карборундові стрижні, що відрізняються один від одного як конструктивним виконанням, так і технологією виготовлення. Карборунд добре витримує 1400 - 1450 ° С і, отже, може забезпечити роботу електричних печей до 1350-1400 ° С. Так як його питомий опір змінюється у великих межах і досягає в різних типів нагрівачів 4.10 -4 - 4 · 10-3 Ом · м, то його застосовують лише в порівняно великих перерізах, діаметром від 8 до 30мм і довжиною активної частини до 560мм .
Сілітовие і глобаровие стрижні в нагрітому стані крихкі і маломіцні і вимагають обережного поводження. Вони чутливі до швидкого нагріву, внаслідок чого розігрів печі слід проводити поступово.
Конструктивно карборундові нагрівачі виконуються різному. Так, сілітовие нагрівачі виконуються у вигляді трубчастих нагрівачів, на кінці яких надягають трубки більшого діаметра (діаметр отвору цих трубок повинен відповідати зовнішньому діаметру нагрівача). Для скріплення трубок з нагрівачами застосовується спеціальна замазка, з карборундовому порошку, нафтового коксу і смолопека. Для отримання достатньої міцності закріплення на нагревателе трубок їх додатково обпалюють.
Завдяки таким насадкам сілітовие нагрівачі мають по краях 6 - 3-кратне розтин, внаслідок чого їх кінці розігріваються не так сильно. Це дає можливість обійтися без водяного охолодження контактів, кінці оконцовочних трубок покривають сріблом або алюмінієм і на них густо, виток до витка, намотують нікелеву дріт. Кінці дроту служать для підведення струму до нагрівачів.
Глобаровие нагрівачі виконуються у вигляді порожнистих стрижнів рівномірного перетину з металізованими, закругленими кінцями. У глобарових стрижнях, таким чином, кінці не мають більшого перерізу і розігріваються так само, як і нецентральних частина стрижня; поетом ці стрижні можуть працювати без водяного охолодження підводять струм контактів лише до 1000 - 1100 ° С, для більш ж високої температури охолодження водою обов'язково .
Останнім часом розроблена нова конструкція глобарових нагрівальних стрижнів, що не вимагає водяного охолодження контактів. Кінці кожного стрижня виконані з матеріалу меншого питомого опору і, крім того, загострені. Кожен такий стрижень затискається між двома також глобаровимі висновками, того ж перетину з зниженим питомим опором і, крім того, металізованими кінцями.
Завдяки такому зниженого опору висновків, кількість виділяється в них тепла невелика, тепло від самих стрижнів завдяки великому теплоопору загостреного контакту також передається висновків лише в незначній мірі. Тому висновки залишаються в роботі порівняно холодними і не вимагають водяного-охолодження контактів.
Останнім часом з'явилися також карборундові нагрівачі виконані у вигляді труб зі спіральним прорізом.
Опір карборундових нагрівачів варіює для одного і того ж типорозміру в 2-3 рази, тому на заводі-виробнику підбирають партії нагрівачів у 6 - 12 шт. приблизно одного опору. У холодному стані їхній опір у 4-5 разів більше мінімального. В експлуатації опір стрижнів збільшується в кілька разів, звичайно допускають чотириразове зростання і це призводить до необхідності мати регулювальні трансформатори з межею регулювання від 0,3 Uном до 2Uном. Карборундові нагрівачі вкрай чутливі до навколишнього їх атмосфері.
Все вищевказане, включаючи і крихкість нагрівачів, як в холодному, так і особливо в гарячому стані, робить їх дуже незручними в експлуатації і обумовлює їх обмежене застосування. Основним недоліком нагрівачів з дисилицида молібдену, є їх мала механічна міцності в нагрітому і холодному стані, малий питомий електричний опір і дорожнеча.
Нагрівачі з дисилицида молібдену були розроблені вперше в Швеції фірмою "Кантана". В даний час аналогічні нагрівачі випускаються нашою промисловістю під маркою ДМ. Фірмі "Кантана" вдалося істотно поліпшити пластичні властивості дисилицида молібдену і виготовити нагрівачі діаметром до 0,4 мм. Крім того, вони створили новий сплав, що витримує короткочасно температуру в 1800 ° С.
Вугільні і графітові нагрівачі виконуються у вигляді стрижнів, труб, тиглів і пластин. У більшості випадків береться, можливо 6олее чистий матеріал (електродний вугілля - електрографія), що витримує більше високу температуру, але іноді до графіту домішується шамот (тигля) для підвищення міцності виробу і в цьому випадку збільшується його питомий опір і зменшується робоча температура.
І вугілля, і графіт інтенсивно окислюються при нагріванні на повітрі, тому з ними можна працювати або в захисній атмосфері, або з розрахунку на досить короткий термін їх служби. Питомий опір вугілля злегка знижується при його нагріванні, а потім залишається майже без зміни. Питомий опір графіту є змінним, воно спочатку падає зі збільшенням температури, а потім починає злегка рости.
У високотемпературних печах за останні роки почали широко застосовуватися жаростійкі метали, такі як молібден, вольфрам, ніобій, тантал. Всі ці матеріали високореактівние, вони інтенсивно окислюються в повітряній атмосфері, тому їх можна застосовувати лише в високовакуумних печах або печах з чистою, наприклад водневої, захисною атмосферою.
Найбільшого поширення набули молібденові нагрівачі, що виконуються у вигляді дроту, намотаною на вогнетривку керамічну трубку, або у вигляді прутків або аркушів.
За останні роки печі з молібденовим нагрівачами отримали широке поширення, як в лабораторній практиці, так і в промисловості.
Висновок
Як ми бачимо, електропечестроеніе включає в себе досить ємне виробництво, це і виробництво матеріалів здатних забезпечити нормальну роботу функціонування, а також саму складову цих матеріалів їх фізико-хімічні властивості, які визначають придатність їх до застосування. Одні матеріали незручні, інші дороги, треті ж зовсім дефіцитні. У даній роботі докладним чином викладені основні поняття, а також дано більш глибока характеристика деяким з вживаних в електропечестроеніі матеріалів.Список використаної літератури
1. "Електричні промислові печі", Свенчанскій, 1981р.2. "Електричні печі опору і дугові печі", Гутман, 1983р.