книги / Электрооборудование электровакуумного производства

Рис. 2-26. Изменение удельного сопротивления при нагреве для не­ которых элементов.

М Е Т О Д И Ч Е С К А Я Э Л Е К Т Р И Ч Е С К А Я П ЕЧ Ь

Одним из видов широко применяемого в электро­ вакуумном производстве оборудования для термообра­ ботки изделий являются крупногабаритные методиче­ ские печи сопротивления. Такие печи, например, при­ меняются при изготовлении стеклооболочек приборов, при технологических операциях, связанных с отжигом или обжигом полуфабрикатов или готовых изделий пос­ ле завершающих операций.

Рассмотрим в качестве примера конструкцию и

для термообработки кинескопов для цветного телевиде­ ния после операции алюминирования. Печь производит обработку изделий с максимальной температурой 480°С. Транспортировка изделий внутри рабочей зоны печи осуществляется с помощью конвейера из проволочной

ленты.

Печь состоит из следующих частей (рис. 2-27): стол накладной 1, дверь 2, нагревательные камеры 3, венти-

№

Лйционная камера 4, холодильная камера 5, стол длй натяжки ленты 6, привод конвейерной ленты 7. За на­ кладным столом и перед вентиляционной камерой уста­ новлены две двери, которые закрываются при вводе печи в рабочие режимы. Каждая нагревательная каме­ ра 3 имеет две зоны разогрева. В каждой из двух зон камер нагрева размещены по два вентилятора, установ­ ленных на противоположных боковых стенках. Нагрева­ тельные элементы расположены один над другим: один на поде печи, другой — на потолке. Они установлены

в специальных воздушных каналах, которые соединены между собой воздухопроводами. Таким образом, систе­ ма вентиляторов и нагревательных элементов образует единую кольцевую систему. Воздушные каналы обра­ зуются коробами, укрепленными на специальных опо­ рах и подвесках внутри камер.

Конвейерная лента, на которой размещаются обра­ батываемые изделия, перемещается внутри печи на специальных опорных валиках, концы которых установ­ лены в подшипниках качения. Конструкция опор вали­ ков предусматривает возможность регулировки зазоров во избежание заклинивания верхней ветви под воздей­ ствием высоких температур. Возвращение ленты к на­ чалу печи происходит под печью. Кронштейны, в кото­ рых закреплены корпуса опорных подшипников, позво­ ляют опорам качаться, что делает перемещение ленты свободным, без заклинивания нижней ветви при нагреве.

В корпусе вентиляционной камеры размещены четы­ ре вентилятора. Их взаимное расположение такое же, как и расположение вентиляторов в камере подогрева: в боковых каналах камер на противоположных стенках камеры.

Постепенное охлаждение изделий обеспечивается прохождением их через холодильную камеру. В камере

123

нет специальных вентиляторов, и циркуляция воздуха

рах устанавливается в соответствии с расчетными кри­ выми и регулируется. Контроль температуры в камерах осуществляется с помощью термодатчиков и электриче­ ских приборов, установленных на щите управления.

Привод ленты размещен под плитой, которая вы­ полняет роль стола для разгрузки печи. Помимо элек­ тродвигателя и редуктора, в механизм привода входят приводной и уравновешивающий валики, направляю­ щие валики. Весь приводной механизм смонтирован на отдельной раме и может быть целиком вынут из печи. Поскольку скорость движения цепи и, следовательно, скорость вращения валиков невелики, то движение при­ водным деталям передается с помощью цепных пере­ дач, чем достигается также уменьшение проскальзыва­ ния и поддержание скорости горизонтального переме­ щения ленты в заданных пределах.

Приборы контроля работы печи и управления про­ цессом размещены в специальном распределительном щите. Щит выполнен в виде пятисекционного шкафа, устанавливаемого на фундаменте в непосредственной близости от печи. На передней стенке щита размещены контрольные, измерительные и управляющие приборы. В каждой из пяти секций щита имеется своя стойка, на которой укреплены сборные шины, предохранители, защитные выключатели и клеммные щитки. Доступ ко всем приборам и элементам электрооборудования от­ крывается через заднюю съемную стенку. Открытие задней стенки сопровождается автоматическим отклю­ чением системы электропитания в целях обеспечения безопасности обслуживания.

В левой верхней части щита помещен защитный вы­ ключатель на 2000 А с шарнирным приводом, являю­ щийся главным выключателем системы. Этот автома­ тический выключатель является главным защитным устройством всего щита по максимальному току. Для контроля фазного напряжения и общего потребления тока всей печью в нижней части распределительного щита размещены три вольтметра на 250 В и три ампер­ метра на 1500 А, а также трехфазный ваттметр. В дру­

124

гих частях распределительного щита размещены прибо­ ры и устройства, необходимые для управления нагрева­ тельными элементами отдельных зон, для управления' работой привода печи, для регулировки оборотов элек­ тродвигателей вентиляторов в различных зонах печи.

Конструкция печи предусматривает возможность дифференцированной регулировки режима температуры в каждой из 11 нагревательных камер. Этим обеспечи­ вается универсальность печи, возможность ее использо­ вания для проведения различных по интенсивности и характеру процессов. Поэтому каждая зона оснащена автономными устройствами для установления и поддер­ жания на заданном уровне рабочего режима. Соответ­ ственно на распределительном щите имеются устройст­ ва, позволяющие следить за режимами в каждой зоне и регулировать их. Такими устройствами являются ре­ гулятор с сигнализатором, включатель, контактор, пере­ ключатель системы питания «треугольник — звезда» и предохранители. Питание электрооборудования разных секций осуществляется с помощью соединительных сборных шин.

Контроль за вводом печи в .заданный режим, за хо­ дом процесса ведется по электроизмерительным прибо­ рам, показывающим температуру в каждой зоне.

В целях уменьшения непроизводительных потерь электроэнергии и сокращения теплоотдачи в окружаю­ щую атмосферу внутренние поверхности деталей печи, а также корзины, предназначенные для размещения нагревательных элементов, армированы алюминием. Внешние поверхности окрашены специальной светлой жаропрочной краской. Благодаря этому, а также бла­ годаря наличию дверей с двух сторон рабочей зоны пе­ чи потери тепла сведены к минимуму и температура внешних поверхностей деталей печи не. превышает 45°С.

Система автоматического регулирования температу­ ры с помощью электрорегуляторов обеспечивает под­ держание заданной температурной кривой с отклоне­ ниями ±1,5% от установленного значения. В различ­ ных точках поперечного сечения печи отклонения температуры не превышают ±6°С. Столь высокая точ­ ность соблюдения температуры по сечению при весьма значительных габаритах печи достигается благодаря равномерной циркуляции воздушных масс внутри поло­ сти печи. Циркуляция, как указывалось выше, обеспе-

125

Чиваегся вентиляторами, расположенными в каждой рабочей зоне печи. По среднему каналу воздух из объема печи засасывается вентилятором и направля­ ется в верхний и нижний каналы. В этих каналах раз­ мещены нагревательные элементы, которые подогревают воздух, идущий вновь в полость печи.

В пространстве печи в шахматном порядке (по стен­ кам) размещены термоэлементы, являющиеся датчика­ ми регуляторов. Для независимого контроля за ходом процесса установлены автономные датчики, связанные с контрольным прибором температуры, размещенным в распределительном щите. Интенсивность процесса охлаждения выходящих из печи обрабатываемых дета­ лей можно эффективно регулировать установкой регули­ рующих клапанов в вентиляционной и холодильной ка­ мерах.

Установка режима обработки, который в дальней­ шем должен автоматически поддерживаться, произво­ дится при полностью загруженной печи. В дальнейшем при проведении процесса режим загрузки и разгрузки должен поддерживаться постоянным, поскольку отсут­ ствие деталей (или их избыток) приведет к нарушению теплообмена между воздухом в объеме печи и обраба­ тываемыми изделиями. В процессе работы печи необ­ ходимо следить за тем, чтобы лента не останавлива­ лась: остановка ленты более чем на 10 мин при температуре в печи около 250°С может привести к тем­ пературной деформации ленты. Деформация ленты может быть также следствием постоянной неравномер­ ной загрузки печи по ширине зоны.

При выключении печи необходимо следить за тем, чтобы выключение двигателя и остановка ленты были произведены не ранее, чем температура в печи не ста­ нет ниже 250°С.

С П Е Ц И Ф И К А Т Е Х Н О Л О Г И И И Т Е Х Н И К А Б Е З О П А С Н О С Т И

Наиболее распространенными видами нагреватель­ ного оборудования являются термические печи. Нагрев в печах имеет ту особенность, что совершенно не тре­ буется контакта обрабатываемых изделий с нагрева­ тельными элементами конструкции печи. В печах тепло передается свободным воздействием лучистой энергии или конвекционных газовых потоков рабочего простран­ ства на поверхность изделий. Эта специфика обработки

126

Высокий вакуум достигается работой двух последова­ тельно включенных насосов: пароструйного для полу­ чения высокого вакуума и механического форвакуумного.

При анализе любой конструкции необходимо иметь в виду, что печь представляет собой разновидность теп­ лообменного аппарата, предназначенного для работы в условиях относительно высоких температур. Механиз­ мы печей, работающих в условиях знакопеременной температурной нагрузки, должны быть простыми и прочными. Конструкция печи должна предусматривать возможность быстрой замены некоторых, часто выходя­ щих из строя, элементов оборудования (например, та­ ких. как дверцы, муфель, обмотки нагревателя) на новые по возможности без охлаждения рабочего про­ странства.

Особенности технологических процессов получения и обработки тугоплавких металлов, таких, как сложная химическая переработка, механическая обработка с нагревом до высоких температур, различ­ ные отжиги, нанесение покрытий и др., требующих применения кис­ лот, щелочей, газов и проводимых на оборудовании с высокой насы­ щенностью различной электроаппаратурой, представляют повышен­ ную опасность для работающих. Так, например, при заготовке хими­ ческих полуфабрикатов на операциях химической обработки порош­ ков тантала (дробления, гашения и размола восстановленной массы, дробления и размола гидрида тантала, кислотной обработки порош­ ка, сушки его и смешивания) определенную опасность представляет работа с кислотами и щелочами. При несоблюдении правил техники безопасности возможны химические ожоги и поражение дыхатель­ ных путей. Кроме того, работа с натрием, активно реагирующим с водой, представляет взрывоопасность и опасность выброса водных растворов при гашении и применении мокрого размола. Сварка штабиков тантала проводится в вакуумных электропечах и связана с работой на пароструйных насосах и нагревом штабиков электриче­ ским током. Специфические опасности сварки штабиков тантала — отравление ртутью, ожоги и поражение электрическим током. Травле­ ние в расплавленной щелочи и селитре вольфрамовых и молибдено­ вых изделий проводится в металлическом тигле, помещенном в электрическую печь. Температура расплавленной щелочи составляет 400—450°С. Основные опленоети при травлении в расплавленной ще­ лочи — химические ожоги, тепловые ожоги, поражение электрическим током. Механическая обработка тугоплавких металлов также сопро­ вождается различными специфическими опасностями. Так, рубка пластин и прутков из тугоплавких металлов (вольЛрама и молибде­ на) и штамповка изделий из них проводятся при нагреве заготовок в водородных электропечах до температуры 1000—1200°С. Ковка

ность, заключающуюся в возможности получения тепловых ожогов

128

поражения электрическим током и взры воопасности при образовании

Источниками повышенной опасности при волочении являются кон­

падания ее на пол, который становится скользким. Технологический процесс отж ига для проволоки разны х диам етров, проводимый на установках промежуточного и отделочного отж и га с водородны ми электрическими печами, такж е характеризуется повышенной опасно­ стью пораж ения электрическим током, взры воопасностью, тепловыми я химическими ож огам и, порезами, отравлением газам и (водород, препарир-газ). Операция сверления алм азов при помощи квантового

щ ем изготовлении проволоки и других изделий могут иметь м есто

в водный раствор аммиака, выделение пыли при загрузк е в лодочки, ионизирую щ ие излучения в процессе получения торированного воль­ фрама и т. д. П оэтом у в качестве профилактики несчастных случаев

правил техники безопасности, промышленной санитарии и противопо­

тия позволяю т резко снизить различные профессиональны е вредности

2-3. СВАРОЧНОЕ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ

С В А Р К А . К Л А С С И Ф И К А Ц И Я С П О С О Б О В С В А Р К И

Сварка — высокопроизводительный процесс соедине­ ния материалов за счет появления между соединяемы­ ми поверхностями межатомной (для металлов — метал­ лической) связи. Физические основы электрической сварки весьма просты —для получения сварного соеди­ нения необходимо сблизить поверхности соединяемых материалов на расстояние действия межатомных сил. На процесс соединения оказывает сильное влияние со­ стояние поверхности — наличие окислов, жировых пле­ нок, слоев адсорбированных газов и т. д. Для устране­ ния вышеуказанных причин, мешающих получить ка­ чественное сварное соединение твердых материалов, используются нагрев и давление. При нагреве с повы­ шением температуры снижается твердость материала и повышается его пластичность, причем в случае доведе­ ния материала до расплавления (получение жидкой фазы) отпадают затруднения, связанные с твердостью материала, так как объемы жидкого металла самопро­ извольно сливаются в общую сварочную ванну. Пла­ стическую деформацию материала получают также приложением соответствующего давления. Так как за­ метное взаимодействие атомов проявляется на расстоя­ ниях менее 5 ДО-10 м, а поверхности деталей в зависи­ мости от механической, химической подготовки и усло­

а также имеют даже при самой совершенной обработке высоту неровностей по поверхности более 10-8 м, то необходимо прилагать значительные усилия для их сближения. За счет приложения достаточного давления можно получить столь значительную пластическую де­ формацию, что материал начинает течь подобно жидко­ сти. Перемещаясь вдоль поверхности раздела, загряз­ ненный поверхностный слой вытесняется наружу, в со­ прикосновение приходят внутренние свежие слои и сливаются в одно целое. С повышением температуры осадка облегчается, а величина необходимого давления уменьшается. Возможны различные соотношения между нагревом и давлением: от расплавленного металла без осадки (давления) до одной осадки без нагрева. В со­ ответствии с этим различают три разновидности свар-

130