Dissenys d'elements calefactors per a forns elèctrics

Els elements d'escalfament de la majoria dels forns industrials són tira o filferro. La figura 1 mostra el dispositiu d'un escalfador de filferro de nicrom convencional, les construccions adoptades per fixar-lo a la teulada, a les parets i a la llar del forn, i el disseny dels cables. Normalment, per a la producció d'escalfadors per a forns industrials, s'utilitza filferro amb un diàmetre de 3 a 7 mm. Tanmateix, per als forns amb una temperatura de funcionament de 1000 ° C i més, no s'ha de prendre un cable amb un diàmetre inferior a 5 mm.

Les relacions entre el pas h de l'espiral i el seu diàmetre D i el diàmetre del cable d (Fig. 1, k) s'escullen de manera que es faciliti la col·locació dels escalfadors al forn, per assegurar-ne la suficient rigidesa. i al mateix temps no transferir calor d'ells als productes és excessivament complicat.

Com més gran sigui el diàmetre de l'espiral i més gruixut és el seu pas, més fàcil serà col·locar escalfadors al forn, però a mesura que augmenta el diàmetre, la força de l'espiral disminueix i la tendència dels seus girs a situar-se uns sobre els altres augmenta. .D'altra banda, a mesura que augmenta la densitat de l'enrotllament, augmenta l'efecte de blindatge de la part de les seves espires orientada als productes sobre la resta i, per tant, es deteriora l'aprofitament de la seva superfície.

La pràctica ha establert unes proporcions molt definides i recomanades entre el diàmetre del filferro, el pas i el diàmetre de l'espiral per a cables de 3 a 7 mm de diàmetre. Aquestes proporcions són les següents: h> 2d i D = (6 ÷ 8) d per al nicrom i per als aliatges ferro-crom-alumini menys forts D = (4 ÷ 6) d.

Arròs. 1. Escalfadors de filferro: a — Escalfador de filferro en ziga-zaga en ganxos metàl·lics a la paret lateral: b — Escalfador de filferro en ziga-zaga a la llar, c — El mateix a la volta, d — El mateix en prestatges de ceràmica, e — Espiral de filferro sobre maons que sobresurten a la paret lateral c mitjançant la connexió amb ganxos, f — Hèlix de filferro en pedres arquejades i en eixos de la llar, g — Hèlix de filferro sobre prestatges de ceràmica, h — Hèlix de filferro sobre tub de ceràmica, i — Sortida de l'escalfador de filferro, k — Designació simbòlica de la dimensions de l'escalfador amb cable

Per als cables més prims, la proporció entre els diàmetres de l'hèlix i el filferro, així com el pas de l'hèlix, solen ser més grans. Aquestes proporcions s'apliquen a les espirals col·locades a les prestatgeries (per tal que les espirals no s'inflen, s'han de lligar cada 300 — 500 mm a ganxos encastats a la maçoneria) i als canals del revestiment de parets i voltes, així com en voltes. pedres.

Recentment, però, s'han tornat més habituals els escalfadors d'espiral basats en tubs ceràmics (Fig. 2).Des del punt de vista de la distribució de la radiació i la potència a les parets del forn, aquests escalfadors són gairebé equivalents a espirals de radiació lliure i, per contra, són molt més eficients que les espirals als canals o als prestatges.

D'altra banda, amb ells, cada corba descansa sobre la superfície del tub, i encara que s'enfonsi en certa mesura (adquireix ovalitat) quan s'escalfa, això no en redueix les característiques. Com que un escalfador d'aquest tipus, per tant, està menys carregat que els altres, i en ell els girs individuals no poden situar-se els uns sobre els altres, aleshores, si cal, pot augmentar la relació entre el diàmetre de l'espiral i el diàmetre del cable fins a 10, i per a aliatges de ferro-crom-alumini - fins a 8.

Arròs. 2. Dissenys d'escalfadors en espiral amb filferro en canonades de ceràmica: a — escalfadors d'arc, b — canonades a les parets laterals, fixació de suspensions resistents a la calor, c — el mateix a les ranures dels pilars de ceràmica, d — canonades a la llar.

Aquest disseny és especialment favorable per a aquest últim, ja que permet que el material s'expandeixi lliurement. A més, com a la figura 2, s'han desenvolupat dissenys d'escalfadors amb filferro sobre tubs ceràmics per a la seva instal·lació no només a les parets del forn, sinó també al sostre i a la llar, i en aquests últims casos els escalfadors poden ser fets en forma de marcs mòbils, aquests marcs es poden inserir fàcilment al forn i substituir-los durant la cocció. de recanvi sense aturar el forn.

Així, el disseny d'escalfadors espirals amb filferro sobre tubs ceràmics és versàtil tant pel que fa a l'ús de materials com a la ubicació dels escalfadors a la cambra del forn.La relació entre el diàmetre interior de l'espiral i el diàmetre exterior del tub per a aquests escalfadors es pot considerar aproximadament 1,1-1,2, la distància entre els eixos dels tubs 1,5-2 vegades el diàmetre de l'espiral.

Per als escalfadors elèctrics i els forns amb circulació d'aire forçada, l'ús d'escalfadors en espiral en tubs ceràmics és menys desitjable, ja que això redueix el coeficient de transferència de calor de l'escalfador, l'ús d'espirals als prestatges o als canals de revestiment és completament inacceptable per als mateix motiu (excepte en els casos en què el flux de gas es pot dirigir al llarg de l'espiral, en la direcció del seu eix).

En aquests forns, és millor utilitzar estructures amb espirals bufades lliurement, subjectades entre aïllants a determinats intervals o lligades a aquests últims (Fig. 3). Si s'utilitzen escalfadors en espiral de tubs ceràmics en aquestes estructures (a temperatures més altes), la relació entre el diàmetre de l'espiral i el diàmetre del tub s'hauria d'augmentar a 1,5.

Arròs. 3. Dissenys de (a) filferro i (b) elements calefactors de cinta d'escalfadors elèctrics.

Els escalfadors de cinta es fabriquen en forma de ziga-zagues de diferents mides i es munten sobre ganxos metàl·lics (acer resistent a la calor o nicrom) o ceràmics (Fig. 4). Els ganxos metàl·lics estan incrustats a la maçoneria de les parets (a les costures entre maons o als canals de maons especials), els ganxos de ceràmica són excreixes de pedres especials col·locades a la maçoneria.

Per a les parts inferiors, les ziga-zagues no es tanquen en deformar-se, entre elles s'hi col·loquen separadors, que són coixinets de ceràmica d'argila refractaria o d'alumini col·locats sobre agulles resistents a la calor o de nicrom encastades a la maçoneria.Els buixos estan units als passadors amb agulles de nicrom. Amb ganxos de ceràmica, els separadors també estan fets íntegrament de ceràmica (Fig. 4, a).

A la fig. 4, h mostra el disseny de ganxos i separadors de ceràmica extraïbles. Aquest disseny és molt útil ja que permet substituir fàcilment els ganxos en cas de dany.

Els escalfadors en zig-zag també es poden muntar a les parets laterals del forn en bastidors de ceràmica, però aquest disseny és encara menys convenient pel que fa a la potència específica col·locada a la paret i el grau de blindatge dels escalfadors que la construcció de filferro sobre bastidor. escalfadors. A això cal afegir que les prestatgeries ceràmiques solen tenir un mal funcionament, ja que en cas de trencar-se, per substituir la prestatgeria danyada, cal desplaçar la maçoneria (Fig. 4, d).

Arròs. 4. Dissenys d'escalfadors de tires: a — escalfadors de tires en zig-zag a la paret lateral dels ganxos metàl·lics, b — escalfadors de tires en zig-zag a la llar. c — el mateix a la volta, d — el mateix a les prestatgeries de ceràmica, e — element de bastidor mòbil d'alta temperatura, f — element de bastidor de baixa temperatura, g — escalfador d'"ona plana" en tubs de ceràmica, h — escalfador de banda en ziga-zaga en ganxos mòbils, i — designació simbòlica de les dimensions de l'escalfador en ziga-zaga.

A la volta o a la part inferior dels escalfadors de tires, poden encaixar als canals de maçoneria formats per pedres de forma especial (bigues - Fig. 4, b i c). Aquests escalfadors també es poden fer com a marcs mòbils (Fig. 4-53, e) A més, amb una volta d'arc, les ziga-zagues de la cinta es poden penjar en ganxos metàl·lics mòbils.

En els escalfadors elèctrics i els forns d'aire forçat, els escalfadors de banda s'han de dissenyar de manera que la superfície de l'escalfador sigui el més accessible possible per bufar amb un corrent de gas. Un exemple d'aquesta construcció es mostra a la fig. 3, b.

Com més gruixuts siguin els escalfadors en ziga-zaga, més temps es pot col·locar l'escalfador al forn, però com més gran sigui la protecció dels girs, pitjor serà la superfície del cinturó. Per tant, es van establir les dimensions acceptades dels escalfadors en ziga-zaga, que garanteixen la seva resistència suficient i una baixa protecció mútua.

Amb aquesta finalitat, intenten satisfer les següents proporcions (notacions segons la figura 4, i): b / a = 5 ÷ 20, la relació més comuna entre l'amplada de la tira i el seu gruix és 10. pas en ziga-zaga h> 1.8b, el radi de la cinta s'arrodoneix per evitar la fractura de flexió r>

Per a temperatures d'escalfador de fins a 1000 ° C en forns industrials, s'utilitza una cinta amb unes dimensions d'almenys 1X10 mm, a temperatures més altes, almenys 2X20 mm.

A temperatures de fins a 1000 ° C, l'alçada de la ziga-zaga B a la paret pot variar de 150 a 400-600 mm, però per cada 200 mm es necessita una fila de separadors, és a dir, a 200-400 mm, una fila de separadors, i a 400 —600 mm - dues línies. A l'arc i a la llar, per evitar l'assentament dels escalfadors, l'alçada de la ziga-zaga B s'ha de limitar a 250 mm. Aquestes recomanacions es poden estendre als aliatges ferro-crom-alumini.

Per a temperatures de l'escalfador de 1000 a 1100 ° C, les dimensions límit especificades es poden reservar per a l'aliatge Kh20N80 i Kh20N80T, per als aliatges ferro-crom-alumini, la dimensió B amb la posició vertical de la ziga-zaga s'ha de limitar a 250 mm i amb posició horitzontal 150 mm.

A temperatures de l'escalfador superiors a 1100 ° C, l'únic disseny acceptable d'escalfadors de tires tant per al sostre com per a la part inferior és una ona plana en tubs de ceràmica (Fig. 2, g). La longitud de la ziga-zaga B en aquest cas es pot prendre com a 75-100 mm. Per als escalfadors de paret lateral, es pot utilitzar un disseny amb ganxos de ceràmica, limitant l'alçada en ziga-zaga a 150 mm.

En els últims anys, els escalfadors de filferro en ziga-zaga s'han utilitzat àmpliament. Per a aquests escalfadors, el pas en ziga-zaga h es fa igual a (5 ÷ 9) d.

Quan s'utilitzen aliatges de ferro-crom-alumini en forns amb una temperatura de funcionament superior a 1000 °C, s'han de fer totes les peces de maçoneria refractària que puguin entrar en contacte amb els calefactors (ganxos i separadors de ceràmica, prestatgeries, canonades, canals, etc.). de materials d'alumini d'alt òxid amb un contingut mínim d'òxids de ferro.

Les ziga-zagues de cinta solen enrotllar-se a mà mitjançant un senzill dispositiu de palanca. Les espirals s'enrotllen en un torn sobre un mandril llis amb força, després l'espiral resultant s'estira al pas desitjat.

Arròs. 5. Sortida de l'escalfador segellada: 1 - carcassa, 2, 6 - mànigues aïllants, 3 - anell separador, 4 - junta d'amiant, 5 - femella d'acoblament, 7 - sortida de l'escalfador.

Com que després de treure l'espiral del mandril, es desenrotlla una mica, augmentant el seu diàmetre (uns 1-3 mm), el mandril s'ha de prendre amb un diàmetre més petit que els càlculs.Aquesta reducció depèn de l'elasticitat del material i s'ha de determinar experimentalment per a cada lot. A les centrals elèctriques, els escalfadors en ziga-zaga es produeixen en màquines especials.

Les sortides d'escalfadors fins a una temperatura de 1000 ° C estan fetes d'acer resistent a la calor, crom-níquel o crom, per a temperatures més altes - d'aliatge 0X23Yu5A (EI-595). Per a això, agafeu una barra de filferro, una vareta amb una secció transversal igual a 3-4 vegades la secció transversal de l'escalfador, per reduir l'alliberament de calor als cables. La part de la sortida situada a la zona de baixa temperatura, per estalviar materials cars, es pot fer d'acer al carboni normal. A la Fig. 5.

En els elements d'escalfament de bandes en zig-zag, el blindatge mutu de les ziga-zagues individuals és encara relativament gran, fins i tot amb un pas que supera el doble de l'amplada de la tira. Seria més avantatjós dissenyar els escalfadors de manera que la cinta s'encari amb el producte amb al costat ample, però això requereix molta soldadura, ja que cada volta de la cinta té dues soldadures i el disseny de l'escalfador és car i propens a deformar-se.

Per tant, encara que aquests escalfadors s'utilitzen en alguns casos, però només per a forns petits. Proporcionen un estalvi de material important en comparació amb els escalfadors de cinta i, sobretot, de filferro i us permeten obtenir una potència específica de superfície de paret lleugerament més alta amb el mateix consum de material.

Els escalfadors amb llantes de fosa, fosos de nicrom i penjats amb ganxos especials, també s'acosten als escalfadors plans (Fig. 6).Els diferents escalfadors, per descomptat, només es poden fabricar amb grans seccions transversals i, per tant, s'utilitzen en grans forns o requereixen una tensió reduïda. El seu avantatge és una alta fiabilitat i una llarga vida útil, mesurada en desenes de milers d'hores. En general, es creu que els escalfadors de nicrom correctament calculats i dissenyats haurien de funcionar entre 6000 i 12000 hores (amb corrent).

En els forns de mufla i tub, els escalfadors de filferro i tires s'enrotllen directament sobre una mufla o tub de ceràmica, a més, de manera que els girs de la bobina durant l'expansió per la calefacció no es debiliten i no es moguin del seu lloc, la ceràmica es subministra amb canals. on es col·loca la cinta o el cable. Una altra manera de fixar els girs de l'escalfador a la ceràmica és revestir aquesta última després d'enrotllar amb una capa d'argila refractària amb argila refractaria.

Arròs. 6. Escalfadors d'estiu.

Arròs. 7. Escalfadors de tubs de varetes.

En forns fins a temperatures de 400-500 ° C, hi ha molts més tipus d'escalfadors. A més dels escalfadors en ziga-zaga en espiral i en bandes amb un cable obert, igual que en els forns de temperatura més alta, hi ha dissenys d'elements de calefacció intercanviables, convenients perquè es poden utilitzar per produir qualsevol energia i alhora quan es cremen, com ara els elements es poden substituir fàcilment. de recanvi.

Els elements d'escalfament de varetes tubulars són un conjunt d'aïllants de porcellana enfilats sobre una vareta resistent a la calor o d'acer i col·locats en un tub d'acer, soldats per un extrem i tancats amb un aïllant de plom a l'altre. Una espiral de nicrom s'enrotlla sobre aïllants de porcellana soldats per un extrem al cable aïllant i per l'altre a la barra central.

De vegades, l'espai entre la canonada i l'escalfador s'omple de sorra de quars. Els escalfadors d'aquest tipus es poden utilitzar fins a 400-500 ° C i amb tubs refractaris fins a 1000 ° C i són especialment convenients per a grans forns en els quals cal protegir l'escalfador de danys mecànics o de l'acció dels vapors corrosius ( Fig. 7).

Són de gran interès els elements calefactors anomenats "tubulars" (Fig. 8). Consten d'un tub d'acer, al llarg de l'eix del qual es troba una espiral de nicrom, soldat als cargols de sortida als extrems de l'escalfador. L'espai entre l'espiral i les parets del tub està ple de periclasa, òxid de magnesi cristal·lí, que té un bon aïllament elèctric i alhora una alta conductivitat tèrmica. La producció d'elements de calefacció es realitza de la següent manera.

Es va muntar una espiral de nicroma en una vareta d'acer estrictament axial al tub d'acer netejat preparat, el tub es va fixar verticalment en una màquina vibradora i es va omplir de pols de periclasa passant pel separador magnètic. Aleshores es retira la vareta de la canonada i es fa passar per una màquina de forjar, que la martelleja al voltant de la circumferència, fent que el seu diàmetre disminueixi i la periclasa quedi molt compactada.

Els aïllants de plom segellats s'uneixen a les vores del tub, després de la qual cosa, gràcies a la junta periclasa, es pot doblegar de qualsevol manera i donar-li una forma convenient. En aquesta forma, els elements tubulars es poden utilitzar per escalfar aire (escalfadors elèctrics), oli, nitrats i fins i tot per fondre metalls de baix punt de fusió com estany, plom, babbitt.En aquest últim cas, per evitar la ràpida corrosió de la paret de la canonada metàl·lica, s'omple prèviament amb ferro colat, que forma una placa massiva, dins de la qual hi ha un element de calefacció tubular.

Arròs. 8. Escalfadors tubulars.

L'ús d'escalfadors tubulars per a banys amb salitre és molt desitjable, perquè en comparació amb els banys amb calefacció externa, redueix la reducció del consum d'energia, augmenta la seguretat dels banys i un gran estalvi de nicrom. No obstant això, per al seu funcionament satisfactori en nitrats, especialment a temperatures de 500 ° C i superiors, cal fer una doble camisa del tub, col·locant a l'escalfador preparat un segon tub, níquel, resistent a la calor.

Quan s'utilitzen en escalfadors elèctrics, tenen aletes per augmentar la transferència de calor a l'aire.

Els escalfadors tubulars estan molt estès per a la producció d'aparells de calefacció domèstics.

Els escalfadors tubulars funcionen amb una potència des de diversos centenars de watts fins a diversos quilowatts.

Les dades dels escalfadors de tubs fabricats per la nostra indústria estan disponibles als catàlegs.