книги / Технология производства проводов
..pdf
где Р – периметр проволоки; αк – коэффициент конвективной теплоотдачи от воздуха к проволоке; Тв – температура воздуха в эмаль-печи; t – время.
dQ находится из закона Стефана–Больцмана:
dQиз = εРφС0 |
|
|
Т |
с |
4 |
|
|
Т |
4 |
|
|||
|
|
|
|
− |
|
|
|
dt, |
(3.33) |
||||
100 |
100 |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где ϕ – коэффициент облучения проволоки; С0 – коэффициент лучеиспускания абсолютно черного тела, С0 = 5,7·10–8 Вт/(м2·К4); ε – коэффициент черноты проволоки; Тс – температура стенки
эмаль-печи, К; |
dt = |
|
dh |
|
– время нагрева на участке dh со скоро- |
|||||||||||||||||
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
Vэм |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
стью эмалирования Vэм. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
Отношение |
F |
= |
d |
|
, |
где d – диаметр проволоки. |
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
P |
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Подставим выражения (3.31), (3.32) и (3.33) в (3.30): |
||||||||||||||||||||||
|
dT |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Т |
с |
4 |
Т |
4 |
|
||||
A |
|
|
= αк |
(Тв |
− Т) + φС0ε |
|
|
|
− |
|
|
|
, (3.34) |
|||||||||
dh |
100 |
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
100 |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где
А= Vэм d4 γмСм .
Так как Тс и Тв изменяются по высоте или длине печи, то выражение (3.34) справедливо для каждой точки температурной кривой проволоки.
|
dT |
|
|
Т |
сn |
||
A |
n |
= αкn (Твn − Тn ) + φС0 |
ε |
|
|
||
|
100 |
||||||
|
dh |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
Преобразуем это выражение:
4 |
Тn |
4 |
||||
|
− |
|
|
|
. |
|
100 |
||||||
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
91
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Т |
сn |
4 |
|
Т |
n−1 |
4 |
|
|
|||
Тсn |
|
4 |
Тn |
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
− |
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
100 |
100 |
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(Тсn − Тn ), |
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
− |
|
|
|
|
≈ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
100 |
|
|
|
|
|
|
|
Тсn − Тn−1 |
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
100 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Т |
сn |
4 |
|
− |
|
Т |
n−1 |
4 |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
100 |
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
100 |
|
|
|
|
|
|
|
|
= θn , |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Тсn |
− Тn−1 |
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
тогда
ϕС0ε θn = аn,
|
|
|
|
|
|
A dT = αкn (Твn − Тn ) + an (Тcn − Тn ). |
|
|
(3.35) |
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
dh |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Проинтегрируем выражение (3.35): |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
Tn |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
dT |
|
|
|
|
|
|
|
hn |
dh |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
|
|
, |
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
α |
|
|
(T |
|
− T ) + a (T |
− T ) |
|
|
A |
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
Tn−1 |
кn |
|
|
вn |
|
|
n |
n |
|
cn |
|
n |
|
|
hn−1 |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
− |
|
|
1 |
|
|
ln |
|
|
αкn (Tвn − Tn ) + an (Tcn − Tn ) |
|
= |
|
h |
, |
|
|
||||||||||||||
|
α |
kn |
+ a |
|
α |
кn |
(T |
− T |
|
) + a |
(T |
|
− T |
) |
A |
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
n |
|
|
|
|
|
|
вn |
n−1 |
|
n |
cn |
|
|
n−1 |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
обозначим П = αкn (Tвn − Tn−1 ) + an (Tcn − Tn−1 ) , |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
(α |
|
+ a |
) T = α |
|
T |
|
+ a T |
+ П exp |
|
− |
αкn |
+ an |
|
h |
|
, |
|||||||||||||||
кn |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
n |
|
n |
|
|
|
|
кn |
вn |
|
n сn |
|
|
|
|
|
|
A |
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
отсюда
92
|
|
α |
|
T |
+ a T |
+ П exp |
|
− |
αкn + an |
|
h |
|
|
|
кn |
|
|
|
|||||||||
|
|
|
вn |
n сn |
|
|
А |
|
|||||
T |
= |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
. |
||
|
|
|
|
(αкn + an ) |
|
|
|||||||
пр n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Для расчета температуры проволоки Tпр необходимо знать коэффициент черноты проволоки ε и коэффициент конвективной теплоотдачи αк; ε зависит от толщины эмалированного слоя; αк рассчитываетсяс помощью критериев Рейнольдса и Нуссельта.
Критерий Рейнольдса
Re = Vвn d ,
ν в
где Vвn – скорость воздуха в эмаль-печи относительно проволо-
ки, м/с; d – диаметр проволоки, м; νв – кинематическая вязкость воздуха, м2/с.
Критерий Нуссельта связан с критерием Рейнольдса: Nu = c Rem,
где с, m – коэффициенты, которые выбираются в зависимости от величины Re (с = 0,43; m = 0,5 для эмалированных проводов).
КритерийНуссельтаможнонайтиизследующеговыражения:
Nu = αпрd ,
λв
где λв – теплопроводность воздуха, Вт/ (м·°С).
При эмалировании проводов на эмаль-агрегатах с каталитическим сжиганием газов и рекуперацией тепла в первой половине эмаль-печи направление воздушного потока совпадает с направлением движения проволоки, а во второй половине печи воздушный поток направлен против движения проволоки.
Vвn = |Vэм – Vв|, если направления воздушного потока и движения проволоки совпадают.
Vвn = Vэм – Vв, если эти направления противоположны.
93
Обычно в эмаль-печи известна Vв только в первой точке, т.е. V0 при температуре Т0.
Зная эти величины, можно рассчитать скорость воздуха в любой точке печи:
Vв = V0 Tвn .
Твn
При измерении температуры воздуха в эмаль-печи термопарой можно приближенно считать, что εпр = εт и αпр = αт. Тогда температуру проволоки можно рассчитать по формуле
|
|
|
|
|
а |
+ α |
прn |
|
|
|
Tпрn |
= Tтn |
− (Tтn |
− Tпр n-1 ) exp |
− |
1n |
|
|
h |
, |
|
|
A |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где а1n = ϕ εпр С0θ1n, |
|
|
|
|
|
|
T 4 |
− T 4 |
|
θ1n |
= |
тn |
пр n-1 |
. |
|
|
|||
|
Tтn |
− Tпр n-1 |
||
3.8. АГРЕГАТЫ ДЛЯ ЭМАЛИРОВАНИЯ ПРОВОЛОКИ
Принцип действия эмаль-агрегатов заключается в следующем: проволока с отдающего устройства поступает в печь отжига, затем в ванну с лаком, в печь для тепловой обработки слоя лака и на приемное устройство. Эмаль-агрегаты многоходовые, т.е. одновременно на них эмалируется несколько проволок. Каждая проволока проходит через ванну с лаком и эмальпечь несколько раз (проходов). Эмаль-агрегаты имеют устройства для каталитического сжигания отходящих газов, чтобы исключить вредные выбросы, содержащие токсичные продукты, из эмаль-печей в окружающую среду.
Эмаль-агрегаты снабжены пультом управления механизмами агрегата. Эмаль-печи в таких агрегатах могут быть верти-
94
кальными и горизонтальными. Горизонтальные эмаль-агрегаты применяются в основном для эмалирования проводов диаметром 0,015–0,8 мм; вертикальные– для проводов диаметром 0,8–5,8 мм или проводов прямоугольного профиля сечением до80 мм2.
В отечественной промышленности наибольшее признание получили эмаль-агрегаты фирмы MAG (Австрия), обеспечивающие производство от ультратонких проводов для микроэлектроники до средних эмаль-проводов для двигателей и компрессоров.
Горизонтальные эмаль-агрегаты позволяют выпускать провода диаметром 0,012–0,7 мм и совмещаются с волочением.
Вертикальные машины предназначены для производства средних размеров круглых и прямоугольных проводов для трансформаторов.
Схемы эмаль-печей показаны на рис. 3.8 и 3.9.
Камера печи имеет две зоны: первая – от входа проволоки до уровня отсоса газов; вторая – от уровня отсоса газов до выхода проволоки после поликонденсации изоляции. В первой зоне происходит испарение растворителя, во второй – пленкообразование.
Печь снабжена устройством для отсоса смеси паров растворителя с воздухом и образующимися во второй зоне газами. Эта смесь направляется на каталитические элементы, где происходит ее сгорание.
Температура каждой из зон регулируется независимо. Нагрев проволоки со слоем лака происходит также за счет теплоты, выделяющейся при сгорании отходящих газов, которые частично возвращаются в рабочую камеру печи.
Для поддержания необходимой концентрации СО2 и Н2О в газовой атмосфере часть газов должна обновляться свежим воздухом для предотвращения опасной ситуации. Часть газов, которые подвергались сжиганию, поступает в дымовую трубу. Воздух, подаваемый в печь, предварительно нагревается за счет теплоты избыточных газов, отводимых из системы рекуперации. Температура воздуха перед входом в рабочую камеру составляет примерно 100 °С.
95
Рис. 3.8. Схема вертикальной эмаль-печи и циркуляции в ней тепловых потоков: 1 – каталитические элементы; 2 – устройство для воздушного подпора; 3 – охлаждение проводов; 4 – охлаждение роликов; 5 – электронагреватели камеры печи; 6 – электронагреватели катализатора; 7–9 – термопары камеры печи; 10 – термопара катализатора; 11 – воздухоотвод к вытяжной трубе; 12 – отсасывающий вентилятор для охлаждения проводов; 13 – термопара для контроля температуры газов, входящих в катализатор; 14 – забор воздуха
для определения взрывоопасности; 15 – прибор для контроля взрывоопасности
96
Рис. 3.9. Схема горизонтальной эмаль-печи и циркуляции в ней тепловых потоков: 1 – электронагреватели катализатора; 2 – каталитические элементы; 3 – отсасывающий вентилятор
каталитического устройства; 4 – комплект шиберов; 5 – электронагреватели печи; 6 – вентилятор подачи свежего воздуха;
7 – отсасывающий вентилятор для выброса газов в дымовую трубу
Над верхним отверстием печи расположена камера подпора, предотвращающая выход газов из рабочей камеры. Над устройством подпора находится охлаждающее устройство, в котором проволока с эмалевым покрытием обтекается холодным воздухом. Рабочая камера печи выполняется из нержавеющей стали, электронагреватели нихромовые, трубчатого типа, имеют оболочку из жаростойкого металла (допустимая температура спирали 1000–1100 °С).
Схема эмаль-печи горизонтального агрегата показана на рис. 3.9. Камера печи и устройство для каталитического сжигания газов выполнены из нержавеющей стали. Камера имеет две зоны:
97
I – для удаления растворителя;
II – для пленкообразования.
Газы отсасываются в центре камеры печи и пропускаются через катализатор. После сгорания паров растворителя и побочных продуктов горячий поток газов поступает в систему циркуляции, а затем снова в рабочую камеру печи, что создает условия для максимального использования теплоты. Вентилятор обеспечивает необходимую циркуляцию газов.
Над печью располагаются камера охлаждения эмалированных проводов и воздушная система охлаждения верхних направляющих роликов.
На рис. 3.10 приведена схема нагрева провода в горизонтальной эмаль-печи HN-4. Провод проходит без перегибов вдоль оси калибра и поступает в камеру эмаль-печи. В первой зоне камеры температура должна быть не выше температуры кипения чистого растворителя лака. Смесь паров растворителя с воздухом циркуляционным вентилятором подается через первую группу электронагревателей в катализатор, где происходит окисление паров. Температура образовавшихся горячих газов зависит от концентрации растворителя. После катализатора часть потока горячих газов направляется встречно движению проволоки в первую зону печи, другая часть газов подогревается второй группой электронагревателей и с более высокой температурой подается во вторую зону камеры печи, где происходит непрерывная циркуляция нагретого воздуха.
Современные печи оснащены системой отсоса паров растворителя и газов, образующихся во второй зоне. Эта смесь подается на катализатор, где сжигается при t = 350 °C. Горячие газы определенных объемов с помощью вентилятора подаются
вреторту печи. Таким образом, с помощью электронагревателей
ипотоков газов в камере в каждой зоне должна поддерживаться температура в соответствии с вышеизложенными теоретическими предложениями.
98
Рис. 3.10. Схема эмаль-печи (а) и температура в камере печи эмаль-агрегата NH-4 (б). Заданная температура t = 525 °С, обороты циркуляционного вентилятора 2500 об/мин, обороты вытяжного вентилятора печи отжига 2500 об/мин, обороты вытяжного вентилятора 1400 об/мин: 1 – вентилятор байпаса печи отжига; 2 – циркуляционный вентилятор эмаль-печи; 3 – регулируемый нагреватель до катализатора; 4 – регулируемый нагреватель за катализатором; 5 – катализатор;
6 – отсос циркуляционного воздуха печи отжига; 7 – отсос отработанного воздуха печи отжига; 8 – зона смешивания; 9 – регулировочный термоэлемент EBZ; 10 – термоэлемент до катализатора;
11 – термоэлемент за катализатором; 12 – теплообменник; 13 – регулировочная заслонка
В конце первой зоны температура лака должна соответствовать температуре кипения чистого растворителя (tкр). Во второй зоне температура должна обеспечить полную реализацию процессов поликонденсации в эмалевой плёнке. В зависимости от типа плёнкообразующего эмаль-лака температура плёнкообразования (tпо) выше критической на 100–200 °С.
Эмаль-агрегат NH-4 имеет вентилятор для охлаждения поверхности направляющих роликов на выходе из охлаждаю-
99
щей камеры эмаль-печи. Готовый эмалированный провод после прохода через парафиновый узел поступает на приемное устройство, которое состоит из приемного ролика, тяговой шайбы, контрольного ролика, прижимного ролика, компенсатора, раскладчика, регулируемого привода и т.д.
Эмаль-агрегат HN-4 может эксплуатироваться при определенных условиях среды. Так, температура помещения может коле- батьсявинтервале22–35 °Сприотносительнойвлажностидо70 %.
HN-4 может работать в следующих режимах:
♦наложение одного вида эмаль-лака на все восемь проволок одного диаметра с одной скоростью эмалирования;
♦наложение одного вида эмаль-лака на все проволоки разного диаметра с разной скоростью;
♦наложение двух видов лака на все проволоки одного диаметра с одинаковой скоростью эмалирования;
♦наложение двух видов лака на проволоки разных диаметров с разной скоростью эмалирования.
Медная заготовка (проволока) с отдающего устройства проходит через волочильную приставку Т/КЕ-4/1-9Z26, печь отжига и после охлаждения и очистки проходит в лаковую ванну и поступает в эмальпечь. Готовый эмалированный провод наматывается на приемные катушки, которые располагаются на приемном устройстве, совмещенном с волочильной приставкой.
3.8.1. Агрегаты для эмалирования проволоки диаметром 0,015–0,05 мм
Для эмалирования проволоки диаметром 0,015–0,05 мм используют как отечественные, так и импортные эмаль-агрегаты.
На кабельных заводах эксплуатируются венгерские двухходовые эмаль-агрегаты ПГЗ 2/5, предназначенные для эмалирования проволоки диаметром 0,02–0,05 мм. Скорость эмалиро-
100