книги / Технология производства проводов.-1
.pdfТогда
- Ц - - 4 > 4
ЬкТ, ' '
Откуда
ЬкЩРА2)
Это и есть температура образования газообразных включений на ста дии пленкообразования. U\, Ъ и Р для некоторых эмаль-лаков имеют чи словые значения (табл. 3.3).
Таблица 3.3 Значения коэффициентов U\t b u P для некоторых типов эмаль-лаков
Тип эмаль-лака |
и ьД к |
Ь |
Р, 1/м2 |
ПЭ-939 |
1,78- 10-1У |
1,49 |
5,92-Ю15 |
ПЭ-999 |
1,65к г 1* |
2,08 |
1,26-Ю14 |
ИД-9142 |
1,65-Ю"1* |
2,08 |
1,26-1014 |
УР-9119 |
1,110''* |
1,08 |
2,78-10Ь |
Таким образом, для исключения образования пузырей в изоляции эмалированных проводов на стадии пленкообразования необходимо, что бы максимальная температура провода в процессе эмалирования Гпр тах не превышала температуру образования газообразных включений при реак ции пленкообразования Тн.
Тпр.шах < Т н •
1- 1
3.6.Расчет температуры эмалируемой проволоки
Тепло к проволоке в эмаль-печи передается путем конвективного теп лообмена от воздуха и путем лучеиспускания от стенок печи и нагревате лей. Поступившее к проволоке тепло идет на нагрев медной проволоки и изоляции. Исходя из этого, можно написать уравнение теплового баланса:
AQK+ dQm = dQM+ dQnn) (3.30)
где d£?K- тепло, которое передается проволоке от воздуха эмаль-печи пу тем конвекции;
dQm - тепло, которое передается проволоке от стенок эмаль-печи путем излучения;
dQM- тепло, которое идет на нагрев медной проволоки; d&m - тепло, которое идет на нагрев лаковой пленки.
Тепло, идущее на нагрев проволоки в единицу времени,
&QM УмCmF dT, |
|
где ум - плотность меди, кг/м3; |
|
См - теплоемкость меди, Дж/(кг*°С); |
|
F - площадь поперечного сечения медной проволоки. |
|
dflm пропорционально dQM и учитывается через |
коэффициент |
7/ = 1,03...1,1 1. |
|
&QM"*■dQnji= v\dQM—t|.yMСм F dT, |
(3.31) |
dQK= PaK(TB- T ) d t, |
(3.32) |
где Р - периметр проволоки; а к - коэффициент конвективной теплоотдачи от воздуха к проволоке;
Гв - температура воздуха в эмаль-печи; t - время.
dQ находится из закона Стефана - Больцмана:
|
d£?H3 =E/>(pC0 |
(3.33) |
где ф - коэффициент облучения проволоки; |
|
|
Со - коэффициент |
лучеиспускания абсолютно черного |
тела, Со= |
= 5,7-10-8 Вт/(м2-К4); |
|
|
Б - коэффициент черноты проволоки; |
|
|
Гс - температура стенки эмаль-печи, К; |
|
|
- dh |
.. |
т, |
d/ = --------время нагрева на участке dИсо скоростью эмалирования кэм. |
||
^эм |
|
|
F |
d |
|
Отношение ~ |
~ , где d - диаметр проволоки. |
|
Подставим выражения (3.31), (3.32) и (3.33) в (3.30): |
|
|
Л ^ - а Л Г в Г) + ФС06 |
(3.34) |
|
где
Л - Уэм ^ умСм .
Так как Тс и Тв изменяются по высоте или длине печи, то выражение (3.34) справедливо для каждой точки температурной кривой проволоки.
|
|
Тсп')4 |
|
(Т |
|
^ ^ = а кп [Тзп ” ^л) + фО)е |
Г |
|
1 |
п |
|
|
■ |
i |
|
||
1юо,) |
t |
|
|||
Преобразуем это выражение:
1-----
|
* сп |
UooJ |
[ m J |
|
|
|
|||
|
|
f O |
4 |
|
|
|
|
|
|
|
100 |
100 |
|
T |
- T |
|
(Tcn-T„), |
||
|
|
|
|
1СП |
1л1-1 |
|
|
|
|
где |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1cn |
UooJ |
|
|
|
|
||
|
|
100 |
= 0Л, |
|
|
|
|||
|
|
Ten |
Tn-\ |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|||
тогда |
|
cpC0e 0n = a„, |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
A T |
|
T„)+a„(Tcn |
T„). |
|
(3.35) |
||
|
|
A ,, —Q-кп(Твп |
|
|
|||||
|
|
ah |
|
|
|
|
|
|
|
Проинтегрируем выражение (3.35): |
|
|
|
|
|
||||
|
rf |
___________dT___________= S dh |
|
||||||
|
т , а кn(TB„ ~T„) + an(Tcn - T n) |
A |
A |
|
|||||
|
ln-1 |
|
|
|
|
"n-\ |
|
|
|
|
_____ 1 |
акя(Твп ~ Tn) + Дя (Тсп —Тп) |
_ ДА |
||||||
|
«Ал +ап акп(Твп ~ Тп- 1) + ап(Тсп ~ Т„-х) |
А |
|||||||
обозначим |
П = а кл(7’вл - ТпЛ) + ап (Тс„ - Тп_х), |
|
|
||||||
(«кп +оп )Т„= a w Tm + а„Тсп + П • ехр |
(Xvn |
+ |
•АЛ |
||||||
|
|
||||||||
откуда
■)
пр л
(а кл + а п )
Для расчета температуры проволоки Гпр необходимо знать коэффици ент черноты проволоки е и коэффициент конвективной теплоотдачи а к; е зависит от толщины эмалированного слоя; а к рассчитывается с помощью критериев Рейнольдса и Нуссельта.
Критерий Рейнольдса
где Ум - скорость воздуха в эмаль-печи относительно проволоки, м/с; d - диаметр проволоки, м;
vBкинематическая вязкость воздуха, м2/с. Критерий Нуссельта связан с критерием Рейнольдса:
Nu = cRem,
где с, /77 —коэффициенты, которые выбираются в зависимости от величи ны Re (с = 0,43; т = 0,5 для эмалированных проводов).
Критерий Нуссельта можно найти из следующего выражения:
где - теплопроводность воздуха, Вт/(м*°С).
При эмалировании проводов на эмаль-агрегатах с каталитическим сжиганием газов и рекуперацией тепла в первой половине эмаль-печи на правление воздушного потока совпадает с направлением движения прово локи, а во второй половине печи воздушный поток направлен против дви жения проволоки.
Увп = |КЭМКв|, если направления воздушного потока и движения про волоки совпадают.
VBn= Уэм - Ув, если эти направления противоположны.
Обычно в эмаль-печи известна Ув только в первой точке, т.е, у0 при температуре Г0.
Зная эти величины, можно рассчитать скорость воздуха в любой точке печи:
При измерении температуры воздуха в эмаль-печи термопарой можно приближенно считать, что Бпр = ет и апр = Ор Тогда температуру проволо ки можно рассчитать по формуле:
^прл ~ ^ т п {Т?п ^пр л-1) '•ехр |
а\п + а прл |
д , ^ |
||
— х — |
а , |
|||
|
|
|||
где а\п ср еПр Со01Л; |
|
|
|
|
тнп - |
1Тпр Л-1 |
|
|
|
е 1п = - |
^прл-1 |
|
|
|
^тл ” |
|
|
||
3.7. Агрегаты для эмалирования проволоки
Принцип действия эмаль-агрегатов заключается в следующем: прово лока с отдающего устройства поступает в печь отжига, затем в ванну с ла ком, в печь для тепловой обработки слоя лака и на приемное устройство. Эмаль-агрегаты многоходовые, т.е. одновременно на них эмалируется не сколько проволок. Каждая проволока проходит. через ванну с лаком и эмаль-печь несколько раз (проходов). Эмаль-агрегаты имеют устройства для каталитического сжигания отходящих газов, чтобы исключить вредные выбросы, содержащие токсичные продукты, из эмаль-печей в окружаю щую среду.
Эмаль-агрегаты снабжены пультом управления механизмами агрегата. Эмаль-печи в таких агрегатах могут быть вертикальными и горизонталь ными. 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 раство рителя, 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 прово локи со слоем лака происходит также за счет теплоты, выделяющейся при сгорании отходящих газов, которые частично возвращаются в рабочую ка меру печи.
Для поддержания необходимой концентрации СО2 и Н2О в газовой атмосфере часть газов должна обновляться свежим воздухом для предот вращения опасной ситуации. Часть газов, которые подвергались сжига нию, поступает в дымовую трубу. Воздух, подаваемый в печь, предвари-
Рис. 3.8. Схема вертикальной эмаль-печи и циркуляции в ней тепловых потоков: 1 - каталитические элементы; 2 - устройство для воздушного подпора; 3 - охлаждение прово дов; 4 - охлаждение роликов; 5 - электронагреватели камеры печи; б - электрона1реватели катализатора; 7-9 - термопары камеры печи; 10 - термопара катализатора; 11 - воздухоотвод к вытяжной трубе; 12 - отсасывающий вентилятор для охлаждения проводов; 13 - термопара для контроля темпе ратуры газов, входящих в катализатор; 14 - забор воздуха для определения взрывоопасности; 15 - прибор для контроля
взрывоопасности
Рис. 3.9. Схема горизонтальной эмаль-печи и циркуляции в ней тепловых потоков: 1 - электронагреватели катализатора; 2 - каталитические элементы; 3 - отсасываю щий вентилятор каталитического устройства; 4 - комплект шиберов; 5 - электрона греватели печи; 6 - вентилятор подачи свежего воздуха; 7 - отсасывающий вентиля тор для выброса газов в дымовую трубу
тельно нагревается за счет теплоты избыточных газов, отводимых из сис темы рекуперации. Температура воздуха перед входом в рабочую камеру составляет примерно 100 °С.
Над верхним отверстием печи расположена камера подпора, предот вращающая выход газов из рабочей камеры. Над устройством подпора на ходится охлаждающее устройство, в котором проволока с эмалевым по крытием обтекается холодным воздухом. Рабочая камера печи выполняет ся 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 вы
полнены из нержавеющей стали. Камера имеет две зоны: I - для удаления растворителя;
II - для пленкообразования.
Газы отсасываются в центре камеры печи и пропускаются через ката лизатор. После сгорания паров растворителя и побочных продуктов горя чий поток газов поступает в систему циркуляции, а затем снова в рабочую камеру печи, что создает условия для максимального использования теп лоты. Вентилятор обеспечивает необходимую циркуляцию газов.
3.7.1. 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.
Отечественный агрегат типа ЭТ-2 относится к эмаль-агрегатам перво го поколения, предназначен для эмалирования проволоки диаметром 0,02- 0,04 мм. Отдающее устройство безынерционного типа, т.е. катушка непод вижна. Натяжение проволоки мало, обрывность невелика. Лак на проволо ку наносится с помощью замшевых обжимов. Эмаль-печь имеет раздель ные камеры для каждого из двух ходов проволоки. Диапазон рабочих тем ператур эмаль-печи 200-360 °С. Газы, выделяющиеся при эмалировании, не подвергаются каталитическому сжиганию и отсасываются с помощью системы вентиляции, которая находится под агрегатом.
На кабельных заводах эксплуатируются венгерские двухходовые эмаль-агрегаты ПГЗ 2/5, предназначенные для эмалирования проволоки диаметром 0,02-0,05 мм. Скорость эмалирования 30-70 м/мин. Отдающее устройство безынерционного типа имеет направляющий закрытый конус из органического стекла. Печь отжига снабжена встроенным парогенера тором, трубчатая камера печи изготовлена из нержавеющей стали, среда отжига паровая. Число проходов проволоки через лаковый узел равно 12. Подача лака дозированная. Скорость эмалирования до 600 м/мин. Натяже ние проволоки поддерживается в заданных пределах с помощью специаль ной фотоэлектрической системы. В агрегате используется приемное уст ройство сдвоенного типа.
Кроме того, используются эмаль-агрегаты типа NORE-MF итальян ской фирмы «Сикме». Принцип работы их основных узлов мало отличает ся от принципа работы узлов ПГЗ 2/5.
Австрийская фирма «MAG» выпускает эмаль-агрегаты типа NEM для эмалирования проволоки диаметром 0,03-0,09 мм, основанные на принци пе последовательного расположения эмаль-печей и лаконаносящих уст ройств. Блок-схема эмаль-агрегата типаИЕМ показана на рис. 3.10.
Эмаль-агрегат такого типа обеспечивает одновременное эмалирование 40 ходов проволоки со скоростями 220 м/мин. Он имеет высокую произво дительность при сравнительно невысоких скоростях. Такой агрегат приме няется также для производства эмалированных проводов с дополнитель ными защитными слоями или с комбинированной изоляцией из различных лаков.
6
J.__
Рис. 3.10. Блок-схема эмаль-агрегата типа NEM: 1 - отдающее уст ройство; 2 - печь отжига; 3 - лаковые ванны; 4 - эмаль-псчи; 5 - при емное устройство; 6 - вентиляционная система
В агрегате используется отдающее устройство фляйерного типа. Ка тушка неподвижно закреплена на горизонтальной оси, а сматывание про волоки осуществляется с помощью вращающегося легкого поводка - фляйера - через щеку катушки.
Агрегат имеет печь отжига длиной 1,6 м на все 40 ходов проволоки и лаконаносящее устройство валикового типа с канавками. Защитная среда от окисления проволоки - водяной пар. Над каждой канавкой расположена стальная пластинка, снимающая излишек лака. После лаконаносящего устройства расположены калибрующие устройства из фетра или замши. Толщина покрытия определяется давлением на калитр прижимной метал лической пластинки.
Эмаль-печь снабжена устройством каталитического сжигания отхо дящих газов. Температура в каждой печи может быть различной, так как каждая печь имеет отдельное терморегулирующее устройство. В агрегате используется приемное устройство сдвоенного типа.
В настоящее время фирма «MAG» для производства эмалированных проводов диаметром от 0,01 до 0,07 мм выпускает эмаль-агрегаты типа HS, имеющие традиционную конструкцию (табл. 3.4).
Таблица 3.4
Характеристики эмаль-агрегатов фирмы «MAG» |
|
||
Эмаль-агрегат |
Диаметр эмалированной |
Скорость эмалиро |
Число |
|
проволоки, мм |
вания, м/мин |
проходов |
HSO |
0,01-0,025 |
180-400 |
20 |
HSI |
0,02-0,07 |
500-1100 |
24 |
Управление эмаль-печью осуществляется с помощью микропроцес соров.
3.7.2.Агрегаты для эмалирования проволоки диаметром 0,05-0,45 мм
Котечественным эмаль-агрегатам первого поколения (табл. 3.5) отно сятся агрегаты: горизонтальные (тип ЭТ-8) и вертикальные (тип М-24 и С-24).
Основные узлы агрегата ЭТ-8 те же, что и агрегата ЭТ-2.
Отдающие и приемные устройства агрегатов М-24 и С-24 расположе ны с одной стороны печи. Проволока приводится в движение тяговым ва лом, расположенным перед лаковой ванной. Он имеет 72 канавки для про хода проволоки. Эмаль-печь агрегата М-24 - однодонная, а С-24 - двух донная.
Эти агрегаты не имеют печей предварительного отжига и установок для каталитического сжигания отходящих газов.
На отечественных заводах эмаль-агрегаты типов ПГ35/15, NORE-128, NORE-192AB используются для эмалирования проволоки диаметром 0,05- 0,14 мм, а агрегаты ПГЗ 10/30, NORE-192JI - для эмалирования проволоки диаметром 0,08-0,29 мм.
|
|
|
|
|
Таблица 3.5 |
|
Характеристики отечественных эмаль-агрегатов |
||||
Эмаль- |
Исполнение |
Диаметр эма |
Количест Скорость |
Метод |
|
агрегат |
эмаль-печи |
лированной |
во ходов |
эмалиро |
эмалирования |
ЭТ-8 |
|
проволоки, мм |
|
вания |
|
Горизонт. |
0,05-0,09 |
2 |
13-40 |
Фетровые об |
|
М-24 |
Вертик. |
0,1-0,29 |
24 |
12-36 |
жимы или ка |
С-24 |
Вертик. |
0,2-0,41 |
24 |
8-24 |
либры, а для |
|
|
|
|
|
масляных ла |
ков - погруже ние
Рассмотрим агрегат NORE-192. Он имеет 12 проходов, 16 ходов. Ско рость эмалирования до 300 м/мин. В отдающем устройстве безынерцион ного типа катушки расположены вертикально. Циркуляционная система лакоподачи имеет фильтр для очистки лака. В агрегате могут быть уста новлены лаковые узлы двух типов: с роликовыми калибрами, фетровыми обжимами. Каталитическое устройство агрегата снабжено терморегулято ром для включения вспомогательных нагревательных элементов, а также системой аварийной сигнализации. В случае превышения допустимой тем пературы в зоне после каталитической плиты температура газов не должна быть ниже 340 °С, так как при этом будет происходить неполное сгорание паров растворителей и быстрое загрязнение каталитических элементов. Температура катализатора не должна превышать 600 °С, в противном слу