CUPRINS Cuptoare electrice cu rezistoare

Cuptoare cu rezistoare cu nclzire indirect: Elementele constructive ale cuptoarelor cu rezistoare

OBIECTIVE - Clasificarea cuptoarelor cu rezistoare; - Cunoaterea principiilor de funcionare pentru diverse tipuri constructive de cuptoare

cu rezistoare cu nclzire indirect; - Cunoaterea structurii cuptoarelor cu rezistoare i cunoatere caracteristicilor prilor

componente ale acestora;

Durata medie a cursului 3 ore.

2.6. CUPTOARE ELECTRICE CU REZISTOARE

Instalaiile de nclzire cu rezistoare sunt cele mai rspndite. Ele se utilizeaz n cele mai variate procese tehnologice de producie.

Cuptoarele cu rezistoare se clasific dup mai multe criterii: - dup regimul de funcionare n: cuptoare cu funcionare intermitent la care ciclul de

funcionare cuprinde ncrcarea, nclzirea i descrcarea i cuptoare cu funcionare continu, la care piesele ce se nclzesc se deplaseaz continuu sau intermitent, de la captul de ncrcare la cel de descrcare,

- dup temperatura de lucru n: cuptoare de joas temperatur (pn la 600C) i cuptoare de nalt temperatur pn la 1600C),

- dup procedeul de transformare a energiei electrice n energie termic: cuptoare cu nclzire indirect i instalaii cu nclzire direct.

Principalele procese tehnologice care se realizeaz cu acest tip de instalaii electrotermice sunt: clirea, revenirea, recoacerea, normalizarea, cementarea, nituirea, sinterizarea produselor metaloceramice, lipirea tare, nclzirea pentru forjare, matriare, laminare, uscarea produselor i topirea metalelor i aliajelor neferoase (Al, Cu, Pb).

2.6.1. Cuptoare cu rezistoare cu nclzire indirect

Cuptoarele cu nclzire indirect sunt cele mai rspndite cuptoare ce rezistoare. n cazul cuptoarelor de joas temperatur cea mai mare parte a cldurii produse n rezistoare se cedeaz ncrcturii prin convecie. Cptuala acestor cuptoare este metalic, iar ntre cptuala i mantaua exterioar se introduce un material izolant.

Cuptoare cu rezisten: a cu circulaie natural a curentului de aer, b cu circulaie forat i elemente nclzitoare grupate: 1 elemente nclzitoare, 2 izolaie termic, 3 manta exterioar, 4 suport pentru piese, 5 - clapet de regalare a tirajului, 6 ventilator, 7 - u, n figura 3.4. sunt prezentate dou cuptoare de joas temperatur. La cuptoarele de

nalt temperatur, cldura se transmite de la elementele nclzitoare la ncrctur n principal prin radiaie. Cele mai rspndite cuptoare de acest tip sunt cele cu camer(fig. 3.5.), utilizate pentru tratamente termice.

Cuptoarele cu camer sunt simple, universale i permit reglarea regimului termic n limite largi. Dezavantajele acestor cuptoare constau n dificultatea mecanizrii ncrcrii i descrcrii lor i nclzirea neuniform n volum a pieselor. Puterea acestor cuptoare variaz de la civa KW la 125 KW.

n afara cuptoarelor cu camer, exist cuptoare verticale, amplasate de regul sub pardoseala atelierelor, folosite pentru nclzirea pieselor lungi i grele la temperaturi sub 950C, avnd puteri de 30500 KW, cuptoare cu creuzet (fig. 3.6.) pentru topirea metalelor i aliajelor uor fuzibile (Al, Cu, Pb, Zn) cu temperaturi pn la 850C i cuptoare cu bi de sruri (fig. 3.7.) destinate nclzirii uniforme i rapide a pieselor pn la temperaturi de 1300C n mediu neoxidant.

Cuptor cu rezistoare cu camer de nalt temperatur: 1 manta exterioar, 2 zidrie refractar, 3 izolaie termic,

4 ua cuptorului, 5 rezistoare, 6 vatra cuptorului.

Fig.3.6. Cuptor cu rezistoare cu creuzet: 1 rezistoare, 2 creuzet, 3 material, 4 izolaie termic, 5 suport pentru rezistoare.

Cuptor cu baie de sruri cu electrozi: 1 zidrie refractar, 2 electrozi, 3 material supus nclzirii, 4 cutie metalic.

Srurile ce se utilizeaz mai frecvent sunt: azotat de sodiu, cianur de sodiu, clorur de sodiu, carbonat de sodiu, clorur de potasiu i carbonat de potasiu. nclzirea bii se realizeaz prin trecerea curentului electric ntre electrozii aezai n baie (U = 8 25V).

Spre deosebire de cuptoarele cu ciclu intermitent de funcionare cele cu funcionare continu au o productivitate mai mare i ai de obicei zone de temperatur cu regalare proprie. Deplasarea pieselor n cuptor se face cu ajutorul conveierelor (cu band, cu lanuri), glisierelor sau cilor cu role acionate electromecanic sau hidraulic. Temperatura acestor cuptoare este pn la 700C, iar puterea de pn la 1000 KW.

2.6.1.1. Elementele constructive ale cuptoarelor cu rezistoare

o Carcasa cuptorului Cuptoarele electrice cu rezistoare au o carcas compact. Cuptoarele cu atmosfer

controlat necesit o carcas complet ermetic, celelalte necesit carcas numai n msura n care ea previne mrirea pierderilor termice prin aspirarea aerului rece n cuptor.

n cuptoarele cu gaz de protecie rosturile sudate ale carcasei se ncearc obligatoriu la etaneitate; rosturile deschise se verific cu ajutorul unei soluii de cret, i cu petrol, cele nchise cu ajutorul spumei de spun, prin suflarea aerului n carcas sau prin pomparea apei la o presiune de 5 ori mai mare dect presiunea de lucru. Locurile de mbinare ale carcasei cuptoarelor cu gaz de protecie se strng cu flane i garnituri de azbest.

o Zidria cuptorului Construcia corect a zidriei i executarea ei atent la montare influeneaz:

mrimea pierderilor termice; consumul de energie electric; timpul de nclzire al cuptorului; calitatea prelucrrii termice a pieselor; durata de funcionare; greutatea, dimensiunile de gabarit i costul cuptorului.

Alegerea variantei zidriei cuptorului se face astfel nct:

imminpt

Qst

r

ac=+

unde: Qac - este cldura acumulat (de cptueal) la nclzirea cuptorului pn n regimul staionar; pst sunt pierderile termice prin zidrie, n mediul ambiant, n regim staionar; tr - este timpul de funcionare nentrerupt a cuptorului.

n cuptoarele cu temperatura de lucru pn la 350C, cptueala este de regul dintr-un singur strat de material termoizolant care se aeaz ntre pereii dubli ai carcasei metalice a cuptorului sau ntre panouri metalice speciale.

La celelalte cuptoare, cptueala const din straturi refractare i termoizolante. Grosimea stratului refractar este bine sa fie ct mai mic posibil, iar materialele utilizate s aib densitate i conductivitate termic minim.

La alegerea materialului cptuelii pentru cuptoarele cu atmosfer carburat trebuie s se in seama de faptul c aceast atmosfer poate provoca o degradare rapid i important a zidriei, ca urmare a formrii n masa refractar a negrului de fum, care se depune pe zonele catalizatoare.

Cea mai intens degradare se produce la 450...700C. O bun stabilitate prezint materialele refractare care conin cantiti minime de fier i oxizi de fier, sau care le conin ntr-o form care s aib aciune minim.

In cuptoarele cu atmosfere controlate care conin hidrogen, trebuie s se in seama de mrirea conductivitii zidriei ca urmare a infiltrrii hidrogenului n porii materialului refractar.

La cuptoarele cu regim de funcionare continuu cptueala trebuie astfel aleas nct temperatura exterioar a carcasei s nu depeasc 60C, iar la cuptoarele cu funcionare intermitent, se admite o temperatur a carcasei de pn la 110C, dac din punct de vedere economic acest lucru este justificat. n aceste cazuri se iau msuri de protecie care s asigure exploatarea acestor cuptoare fr pericol de accidente.

Stratul termoizolant se zidete de regul fr mortar. Stratul refractar se zidete cu mortar de amot, sau amot cu coninut ridicat de alumin (peste 60 %), n cazul cuptoarelor cu temperatura de lucru de pn la 1700C.

Crmizile trebuiesc zidite prin esere. Pentru a asigura o dilatare normal a zidriei n timpul nclzirii cuptorului, n stratul refractar trebuie s existe rosturi de dilatare la fiecare l...1,5 m lungime. Dimensiunile rosturilor se determin prin calcul, ele depinznd de temperatura cuptorului i de coeficienii de dilatare liniar ai materialelor zidriei, care au urmtoarele valori pentru un interval de temperatur de 100C: 0,2...0,4 mm pentru 1 m liniar de zidrie de amot uoar.

Rosturile nu trebuie s micoreze rezistena zidriei. n cuptoarele de topire, dup nclzire, rosturile vetrei se umplu cu nisip de cuar sau cu praf refractar de amot, de magnezit sau de alumin. Rosturile cuptoarelor de nclzire se realizeaz din garnituri fuzibile (carton, placaj), introduse ntre crmizile corespunztoare ale cptuelii.

Unele elemente ale cptuelii este bine s se realizeze din beton refractar, care posed o rezisten sporit comparativ cu zidria din crmid. Utilizarea betonului bun conductor de electricitate nu este permis n locurile care se afl sub tensiune electric.

o Vatra cuptorului Vatra cuptoarelor de topire se realizeaz prin bttorire, din praf de magnezit, beton

refractar sau din crmizi refractare sub forma unei boli inverse (arcuite sau sferice). Vatra cuptoarelor de nclzire se zidete din crmizi drepte. Construcia ei depinde

de modul de susinere sau de deplasare a pieselor de nclzit i de realizare a nclzitoarelor. Stratul termoizolant al vetrei se face din rnduri compacte sau din celule din crmizi

termoizolante, cu material de umplutur ntre crmizi. La sarcini mari pe vatr, drept suport se utilizeaz crmizi refracta blocuri speciale.

o Pereii cuptorului Zidria refractar a pereilor cuptoarelor de topire i de nclzire n general este

aceeai i const din crmizi drepte, la cuptoarele dreptunghiulare sau cilindrice de mare capacitate i din crmizi sub form de pan la cuptoarele cilindrice mici.

Pentru evitarea bombrii sau rsturnrii pereilor laterali cu nlime mai mare de 3 m, este necesar s se prevad legturi ntre zidria refractar a pereilor i straturile termoizolante.

Zidria termoizolant poate fi realizat att din crmizi, ct i din praf. La cuptoarele la care zidria este supus vibraiilor mecanice produse de mecanismele cuptorului, nu se recomand utilizarea prafului.

o Bolta cuptorului Pentru acoperirea deschiderilor dreptunghiulare se utilizeaz boli plane sau arcuite,

iar pentru acoperirea orificiilor circulare se utilizeaz boli sferice. Bolile arcuite sau sferice se zidesc din crmizi sub form de pan sau combinaii ale

acestora cu crmizi drepte, n funcie de dimensiunile bolii. Se recomand utilizarea bolilor arcuite line cu unghiul la centru de 60; totui, mrirea unghiului la centru pn la 90 permite mrirea deschiderii (la aceeai grosime i la efortul maxim n bolt) de dou ori mult, n funcie de greutatea i rezistena materialului refractar utilizat.

o Golurile pentru ui i pentru ferestre de revizie Zidria golurilor ferestrelor se realizeaz la fel ca i zidria principal a cuptorului,

cuptoarele de joas temperatur (cu carcas dubl) golurile sunt prevzute cu rame metalice.

La cuptoarele de medie i nalt temperatur, golurile se realizeaz cu ajutorul crmizilor sau blocurilor refractare.

Golurile uilor trebuiesc s fie foarte bine nchise, iar ferestrele de revizie se nchid cu dopuri sau crmizi fr mortar. Alegerea variantei de nchidere a ferestrei se face n funcie de frecvena cu care se deschide. Dac de exemplu numrul deschiderilor pe an este mai mic dect 5, se recomand varianta cu crmizi. Dac numrul deschiderilor pe lun este mai mare de 5, se recomand dopuri retractare. Uie se monteaz atunci cnd orificiile se deschid foarte frecvent n decursul exploatrii cuptorului.

o Orificii (pentru scoaterea nclzitoarelor, termocuplurilor, guri de vizitare, orificii pentru aburi, pentru conducte de gaz). La cuptoarele de joas temperatur cu carcas dubl, orificiile se obin cu ajutorul

unor evi de oel, sudate de carcase, inndu-se seama de dilatrile diferite ale carcasei exterioare i interioare.

o Uile Uile cuptoarelor de joas temperatur se fac sub forma unei carcase metalice duble, umplute cu material termoizolant. La celelalte cuptoare, cptueala uilor este de regul din dou straturi.

o Elementele nclzitoare Elemente nclzitoare se confecioneaz din materiale cu rezistivitate mare, coeficient

redus de variaie a rezistenei cu temperatura, punct de topire ridicat i cu proprieti mecanice puin influenate de nclzirea i rcirea lor. Se folosesc materiale metalice sau nemetalice. Cuptoarele industriale au de obicei rezistoare confecionate din materiale metalice de crom-nichel, fier-crom-nichel, crom-aluminiu sau fier-crom-aluminiu. Mrirea procentajului de crom duce la creterea temperaturii de topire. Aliajele ternare Cr-Ni-Fe, Fe-Cr-Al sunt mai ieftine, dar au caliti mecanice mai slabe. Rezistoarele din platin (temperatura de lucru 1400C), molibden (2000C), tantal (2500C) i wolfram (3000C) se utileaz la cuptoarele de laborator din cauza costului ridicat, molibdenul i wolframul se folosesc numai n atmosfer protectoare, deoarece se oxideaz n prezena oxigenului din aer.

Materiale nemetalice se folosesc pentru confecionarea rezistoarelor cu temperaturi de funcionare de peste 1200C. Dintre acestea mai importante sunt: carborundul sau silita (carbura de siliciu), crbunele i grafitul (n atmosfer protectoare) i disiliciura de molibden obinut prin procedeele metalurgiei pulberilor. Rezistoare din aceste materiale se execut sub form de bare prefabricate cu diametru de 6 45 mm. Ele au coeficientul de variaie al rezistenei cu temperatura variabil i supuse fenomenul de mbtrnire, motiv pentru care este necesar alimentarea de la transformarea cu tensiune variabil (Umax = 1,6 2 UN ).

Din punct de vedere constructiv elementele nclzitoare cele mai rspndite sunt urmtoarele: srm spiralat pe un tub ceramic; band n zig-zag; bar sau eav fixat direct n cptueala cuptorului; tubulare, din srm spiralat introdus ntr-un tub de protecie din oel refractar, spaiul dintre srm i tub fiind umplut cu un material izolant din punct de vedere electric i conductor din punct de vedere termic (de exemplu oxid de magneziu).

nclzitoarele din srm i benzi sunt cele mai rspndite i se confecioneaz din aliaje cu mare rezistivitate, sub form de spirale sau n zig-zag.

Avantajul nclzitoarelor din srm n spiral i a celor din band n zig-zag este acela c ele pot fi conectate direct la reeaua de 380 V, fr transformatoare cobortoare.

Modul de fixare a elementelor nclzitoare i relaiile principale dintre dimensiunile acestora sunt prezentate n figura.

Rezistoare dimensiuni i fixare: a dimensiunile spiralelor din srm cu d = 3-8 mm, b spirale fixate pe bolt, c pe pereii laterali, d n vatr,

e dimensiunile buclei din band, f bucl suspendat pe bolt, g bucl montat pe pereii laterali pe supori din materiale refractare i izolante:

1 srm spiralat, 2 zidrie (suport) refractar, 3 tub ceramic, 4 band n zig-zag, 5 crlige de suspendare.

nclzitoarele nchise n tuburi se utilizeaz pentru cuptoare i creuzete cu temperaturi pn la 1000C. nclzitoarele cu elemente spirale se fac de regul din srm cu diametrul n jur de 2,5 mm, iar cele cu elemente drepte, cu diametre n jur de 5, 4 mm. Durata de funcionare a ultimelor este mai ridicat, dar necesit transformatoare cobortoare de alimentare. nclzitoarele turnate sunt n form de zig-zag, cu 5...7 ramuri. Astfel de nclzitoare se utilizeaz n cuptoarele la care sunt necesare seciuni mari, care ar fi dificil de obinut prin laminare.

nclzitor nemetalic din disiliciur de molibden, n form de U.

Fixarea nclzitoarelor spirale n cuptoare cu temperaturi pn la 1200 C (vedere general a amplasrii plcilor ceramice 1 n cuptor).

nclzitor turnat.

TEST DE EVALUARE

1. La cuptoarele cu rezistoare cu nclzire indirect cea mai mare parte a transferului de cldur se face prin:

convecie; radiaie; conducie.

2. Elementele nclzitoarele nchise n tuburi se folosesc pn la temperaturi de: 1000C; 700C; 1500C;

3. Cuptoarele cu camer sunt frecvent folosite pentru c: permit reglarea temperaturii n limite largi; permit reglarea temperaturii continuu; permit nclzirea neuniform a pieselor.

4. Cuptoarele de temperaturi ridicate au pereii formai din: Straturi refractare i starturi termoizolante; Straturi refractare; Straturi termoizolante.

1

TEST DE AUTOEVALUARE

1. Ce dezavantaje au cuptoarele cu camer? 2. Cum se clasific cuptoarele cu rezistoare dup regimul de funcionare? 3. Ce materiale metalice se folosesc la construcia elementelor nclzitoare ale cuptoarelor cu rezistoare

industriale? 4. Enumerai prile constructive ale cuptoarelor cu rezistoare. 5. Enumerai prile componente principale ale cuptoarelor cu baie de sruri cu electrozi. 6. Pn la ce temperaturi se folosesc elementele nclzitoare nchise n tuburi?

BIBLIOGRAFIE

1. Coma D. - Instalaii electrotermice industriale, vol. I, II Ed. Tehnic Bucureti 1986. 2. Micu E. - Utilizarea energiei electrice n industrie i transporturi, EDP Bucureti 1975. (disponibil la biblioteca universitii, tiprit/1 exemplar) 3. Pantelimon L., Coma D., Dinculescu P., Crciunescu A., Chindri M. - Utilizarea energiei electrice i instalaii electrice. Probleme. Ed. Didactic i Pedagogic Bucureti 1980. (disponibila la biblioteca Universitii, tiprit/2 exemplare) 4. Prodan Manoil Utilizarea energiei electrice. Institutul politehnic Traian Vuia, Timioara 1979. 5. Rancov N. - Utilizarea energiei electrice - ndrumtor de laborator. Editura Universitii din Oradea. Oradea 2009, ISBN 978-973-759-715-1(101 pagini). 6. ora, .a. - Utilizarea energiei electrice, Ed. Facla Timioara 1983.