Elektrikli fırınlar için ısıtma elemanlarının tasarımları

Çoğu endüstriyel fırının ısıtma elemanları ya şerit ya da teldir. Şekil 1, geleneksel bir nikrom tel ısıtıcının cihazını, onu fırının çatısına, duvarlarına ve ocağına sabitlemek için benimsenen yapıları ve tellerin tasarımını göstermektedir. Tipik olarak, endüstriyel fırınlar için ısıtıcı üretimi için 3 ila 7 mm çapında tel kullanılır. Ancak çalışma sıcaklığı 1000°C ve üzeri olan fırınlar için çapı 5 mm'den az olan tel alınmamalıdır.

Spiralin adımı h ile çapı D ve telin d çapı arasındaki oranlar (Şekil 1, k), ısıtıcıların fırına yerleştirilmesini kolaylaştıracak ve yeterli sertliklerini sağlayacak şekilde seçilir. ve aynı zamanda onlardan ürünlere ısı transferi olmaması aşırı derecede karmaşıktır.

Helezonun çapı ne kadar büyük ve hatvesi ne kadar kalınsa ısıtıcıları fırına yerleştirmek o kadar kolay olur ancak çap arttıkça spiralin mukavemeti azalır ve dönüşlerinin üst üste yatma eğilimi artar. .Öte yandan, sarımın yoğunluğu arttıkça, dönüşlerinin ürünlere bakan kısmının kalan kısmı üzerindeki perdeleme etkisi artar ve bu nedenle yüzeyinin kullanımı bozulur.

Uygulama, çapı 3 ila 7 mm olan teller için tel çapı, hatve ve spiral çapı arasında oldukça kesin, tavsiye edilen oranlar oluşturmuştur. Bu oranlar şu şekildedir: nikrom için h> 2d ve D = (6 ÷ 8) d ve daha az güçlü demir-krom-alüminyum alaşımları için D = (4 ÷ 6) d.

Pirinç. 1. Tel ısıtıcılar: a — yan duvardaki metal kancalarda zikzak tel ısıtıcı: b — ocakta zikzak tel ısıtıcı, c — kasada aynı, d — seramik raflarda aynı, e — çıkıntılı tuğlalarda tel spiral yan duvarda c çengellere bağlanarak, f - kemerli taşlarda ve ocak şaftlarında helezon teli, g - seramik raflarda helezon teli, h - seramik boru üzerinde helezon teli ve - ısıtıcı çıkışı teli, k - ocağın sembolik gösterimi telli ısıtıcının boyutları

Daha ince teller için, sarmalın ve telin çaplarının oranı ve ayrıca sarmalın perdesi genellikle daha büyük alınır. Bu oranlar, raflara yerleştirilen spiraller (spirallerin şişmemesi için, her 300 - 500 mm'de bir duvara gömülü kancalara bağlanmaları gerekir) ve duvarların ve tonozların kaplama kanallarında ve tonozlularda geçerlidir. taşlar

Ancak son zamanlarda, seramik borulara dayalı spiral ısıtıcılar daha yaygın hale geldi (Şekil 2).Radyasyonun ve gücün fırın duvarlarına dağılımı açısından, bu tür ısıtıcılar neredeyse serbest yayılan spirallere eşdeğerdir ve tersine, kanallardaki veya raflardaki spirallerden çok daha verimlidirler.

Öte yandan, onlarla her dirsek borunun yüzeyine dayanır ve ısıtıldığında bir dereceye kadar sarksa (ovallik kazanır) bu, özelliklerini azaltmaz. Bu nedenle, böyle bir ısıtıcı diğerlerinden daha az yüklü olduğundan ve içinde bireysel dönüşler üst üste yatamayacağından, gerekirse spiral çapının tel çapına oranını getirebilir. 10 ve demir-krom-alüminyum alaşımları için - 8'e kadar.

Pirinç. 2. Seramik borular üzerinde telli spiral ısıtıcıların tasarımları: a - ark ısıtıcılar, b - yan duvarlardaki borular, ısıya dayanıklı süspansiyonlara sabitleme, c - aynısı seramik sütunların oluklarında, d - ocaktaki borular.

Bu tasarım, malzemenin serbestçe genişlemesine izin verdiği için ikincisi için özellikle uygundur. Ek olarak, Şekil 2'de olduğu gibi, sadece fırının duvarlarına değil, aynı zamanda çatıya ve ocağa da monte edilmeleri için seramik borular üzerinde telli ısıtıcı tasarımları geliştirilmiştir ve sonraki durumlarda ısıtıcılar olabilir. Hareketli çerçeveler şeklinde yapılan bu çerçeveler, fırına kolayca yerleştirilebilir ve pişirme sırasında değiştirilebilir. fırını durdurmadan yedekleyin.

Böylece seramik borular üzerine telli spiral ısıtıcıların tasarımı hem malzeme kullanımı hem de ısıtıcıların fırın haznesi içindeki konumu açısından çok yönlüdür.Bu tür ısıtıcılarda spiralin iç çapının borunun dış çapına oranı yaklaşık olarak 1.1-1.2, boruların eksenleri arası mesafe ise spiral çapının 1.5-2 katı olarak alınabilir.

Elektrikli ısıtıcılar ve cebri hava sirkülasyonu olan fırınlar için, seramik borular üzerinde spiral ısıtıcıların kullanılması, ısıtıcının ısı transfer katsayısını azalttığı için daha az arzu edilir, raflarda veya kaplama kanallarında spirallerin kullanılması, fırın için kesinlikle kabul edilemez. aynı sebep (gaz akışının spiral boyunca ekseni yönünde yönlendirilebildiği durumlar hariç).

Bu tür fırınlarda, izolatörler arasına belirli aralıklarla kenetlenmiş veya izolatörlere bağlanmış, serbestçe üflenmiş spirallere sahip yapıların kullanılması daha iyidir (Şekil 3). Bu tür yapılarda (daha yüksek sıcaklıklarda) seramik boruların spiral ısıtıcıları kullanılıyorsa, spiral çapının boru çapına oranı 1,5'e çıkarılmalıdır.

Pirinç. 3. Elektrikli ısıtıcıların (a) tel ve (b) şerit ısıtma elemanlarının tasarımları.

Bant ısıtıcılar, çeşitli boyutlarda zikzaklar şeklinde yapılır ve metal (ısıya dayanıklı çelik veya nikrom) veya seramik kancalara monte edilir (Şek. 4). Metal kancalar, duvarların duvarına (tuğlalar arasındaki derzlerde veya özel tuğla kanallarında) gömülür, seramik kancalar, duvarda döşenen özel taşların çıkıntılarıdır.

Alt kısımlar için zikzaklar çözgü yaparken kapanmaz, aralarına ısıya dayanıklı veya duvarın içine gömülü nikrom pimler üzerine yerleştirilmiş havai fişek veya alüminyum seramik burçlar olan ara parçalar yerleştirilir.Burçlar, nikrom pimlerle pimlere tutturulmuştur. Seramik kancalı seperatörler de tamamen seramikten yapılmıştır (Res. 4, a).

İncirde. Şekil 4, h, çıkarılabilir seramik kancaların ve ayırıcıların tasarımını göstermektedir. Bu tasarım, hasar durumunda kancaları kolayca değiştirmenize izin verdiği için çok kullanışlıdır.

Zikzak ısıtıcılar ayrıca fırının yan duvarlarına seramik raflar üzerine monte edilebilir, ancak bu tasarım, duvara yerleştirilen özgül güç ve ısıtıcıların ekranlama derecesi açısından, raf üzerinde tel yapısından daha az uygundur. ısıtıcılar Buna, seramik rafların genellikle çalışma sırasında kötü performans gösterdiği eklenmelidir, çünkü kırılmaları durumunda, hasarlı rafı değiştirmek için duvarın kaydırılması gerekir (Şekil 4, d).

Pirinç. 4. Şerit ısıtıcıların tasarımları: a - metal kancaların yan duvarındaki zikzak ısıtıcı şerit, b - ocaktaki zikzak ısıtıcı şerit. c — kasada aynı, d — seramik raflarda aynı, e — hareketli yüksek sıcaklık çerçeve elemanı, f — düşük sıcaklık çerçeve elemanı, g — seramik borularda "düz dalga" ısıtıcı, h — hareketli kancalarda zikzak bantlı ısıtıcı, ve - zikzak ısıtıcı bandın boyutlarının sembolik tanımı.

Tonozda veya şerit ısıtıcıların altında, özel şekilli taşlardan (kirişler - Şekil 4, b ve c) oluşan duvar kanallarına sığabilirler. Bu tür ısıtıcılar hareketli çerçeveler olarak da yapılabilir (Res. 4-53, e).Ayrıca kemerli bir tonoz ile bandın zikzakları hareketli metal kancalara asılabilir.

Elektrikli ısıtıcılarda ve basınçlı hava fırınlarında, bant ısıtıcılar, ısıtıcının yüzeyine bir gaz akımıyla üflemek için mümkün olduğu kadar erişilebilir olacak şekilde tasarlanmalıdır. Böyle bir yapının bir örneği, Şek. 3, b.

Zikzak ısıtıcılar ne kadar kalın olursa, ısıtıcı fırına o kadar uzun süre yerleştirilebilir, ancak dönüşlerin koruması ne kadar yüksek olursa, bandın yüzeyi o kadar kötü olur. Bu nedenle, yeterli mukavemet ve düşük karşılıklı koruma sağlayan şerit zikzak ısıtıcıların kabul edilen boyutları oluşturulmuştur.

Bu amaçla, aşağıdaki oranları sağlamaya çalışırlar (Şekil 4, i'ye göre notasyonlar): b / a = 5 ÷ 20, şeridin genişliğinin kalınlığına en yaygın oranı 10'dur. zikzak adım h> 1.8b , bükülme kırılmasını önlemek için şerit yarıçapı yuvarlatılmıştır r>

Endüstriyel fırınlarda 1000°C'ye kadar olan ısıtıcı sıcaklıkları için en az 1X10 mm, daha yüksek sıcaklıklarda en az 2X20 mm boyutlarında bant kullanılır.

1000 ° C'ye kadar sıcaklıklarda, duvardaki zikzak B'nin yüksekliği 150 ila 400-600 mm arasında değişebilir, ancak her 200 mm için bir sıra ara parçaya, yani 200-400 mm'de bir sıra ara parçaya ihtiyaç vardır. ara parçalar ve 400 —600 mm'de - iki satır. Kemer üzerinde ve ocakta ısıtıcıların çökmesini önlemek için zikzak B'nin yüksekliği 250 mm ile sınırlandırılmalıdır. Bu tavsiyeler demir-krom-alüminyum alaşımlarını kapsayacak şekilde genişletilebilir.

1000 ila 1100 °C arası ısıtıcı sıcaklıkları için, belirtilen sınır ölçüler Kh20N80 ve Kh20N80T alaşımı için ayrılabilir, demir-krom-alüminyum alaşımları için, zikzak dikey konumu ile B boyutu 250 mm ile sınırlandırılmalı ve yatay konumda 150 mm.

1100 °C'nin üzerindeki ısıtıcı sıcaklıklarında, hem çatı hem de taban için şerit ısıtıcıların kabul edilebilir tek tasarımı, seramik borular üzerinde düz bir dalgadır (Şekil 2, g). Bu durumda zikzak B'nin uzunluğu 75-100 mm olarak alınabilir. Yan duvar ısıtıcıları için, zikzak yüksekliğini 150 mm ile sınırlayan seramik kancalı bir tasarım kullanılabilir.

Son yıllarda zikzak telli ısıtıcılar yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu ısıtıcılar için zigzag adımı h, (5 ÷ 9) d'ye eşittir.

Çalışma sıcaklığı 1000°C'nin üzerinde olan fırınlarda demir-krom-alüminyum alaşımları kullanılırken, refrakter duvarın ısıtıcılarla temas edebilecek tüm kısımları (seramik kanca ve bölücüler, raflar, borular, kanallar vb.) yapılmalıdır. minimum demir oksit içeriğine sahip yüksek oksitli alüminyum malzemelerin.

Bant zikzakları genellikle basit bir kaldıraç cihazı kullanılarak elle sarılır. Spiraller bir torna tezgahında düz bir mandrel üzerine sıkıca sarılır, ardından ortaya çıkan spiral istenen hatveye kadar gerilir.

Pirinç. 5. Sızdırmaz ısıtıcı çıkışı: 1 — mahfaza, 2, 6 — yalıtım manşonları, 3 — ara halka, 4 — asbest conta, 5 — bağlantı somunu, 7 — ısıtıcı çıkışı.

Spirali mandrelden çıkardıktan sonra, çapını artırarak (yaklaşık 1-3 mm) biraz açıldığı için, mandrel hesaplamalardan daha küçük bir çapla alınmalıdır.Bu azalma, malzemenin esnekliğine bağlıdır ve her parti için deneysel olarak belirlenmelidir. Enerji santrallerinde özel makinelerde zikzak ısıtıcılar üretilmektedir.

1000 ° C'ye kadar olan ısıtıcıların çıkışları, daha yüksek sıcaklıklar için ısıya dayanıklı çelik, krom-nikel veya kromdan yapılmıştır - 0X23Yu5A (EI-595) alaşımından. Bu amaçla, tellerdeki ısı salınımını azaltmak için, bir filmaşin, ısıtıcının enine kesitinin 3-4 katına eşit bir kesite sahip bir çubuk alın. Pahalı malzemelerden tasarruf etmek için çıkışın düşük sıcaklık bölgesinde bulunan kısmı normal karbon çeliğinden yapılabilir. Tel ve şerit ısıtıcılar için tipik kurşun tasarımları Şekil 1'de gösterilmektedir. 5.

Zikzak şeritli ısıtma elemanlarında, her bir zikzakların karşılıklı perdelenmesi, şeridin genişliğinin iki katını aşan bir hatvede bile nispeten büyüktür.Isıtıcıların, şerit ürüne bakacak şekilde tasarlanması daha avantajlı olacaktır. geniş tarafta, ancak şeridin her dönüşü iki kaynağa sahip olduğundan ve ısıtıcı tasarımı pahalı olduğundan ve bükülmeye eğilimli olduğundan, bu çok fazla kaynak gerektirir.

Bu nedenle, bu tür ısıtıcılar bazı durumlarda kullanılsa da, yalnızca küçük fırınlar için kullanılır. Şerit ve özellikle telli ısıtıcılara göre önemli ölçüde malzeme tasarrufu sağlar ve aynı malzeme tüketimi için biraz daha yüksek özgül duvar yüzey gücü elde etmenizi sağlar.

Nikromdan dökülen ve özel kancalara asılan döküm kenarlı ısıtıcılar da düz ısıtıcılara yaklaşır (Şek. 6).Çeşitli ısıtıcılar elbette sadece büyük kesitlerle yapılabilir ve bu nedenle ya büyük fırınlarda kullanılırlar ya da düşük voltaj gerektirirler. Avantajları, yüksek güvenilirlik ve on binlerce saat olarak ölçülen uzun bir hizmet ömrüdür. Genel olarak, uygun şekilde hesaplanmış ve tasarlanmış nikrom ısıtıcıların 6000 ila 12000 saat (akım altında) arasında çalışması gerektiğine inanılmaktadır.

Mufla ve tüp fırınlarda tel ve şerit ısıtıcılar direkt olarak bir seramik mufla veya tüp üzerine sarılır, ayrıca ısıtmadan genleşme sırasında bobinin dönüşlerinin zayıflamaması ve yerinden oynamaması için seramikler kanallarla beslenir. bant veya telin döşendiği yer. Isıtıcının dönüşlerini seramik üzerine sabitlemenin bir başka yolu, ikincisini sardıktan sonra şamotlu bir refrakter kil tabakası ile kaplamaktır.

Pirinç. 6. Yaz ısıtıcıları.

Pirinç. 7. Çubuk tüplü ısıtıcılar.

400-500°C sıcaklığa kadar çıkan fırınlarda daha birçok ısıtıcı çeşidi bulunmaktadır. Açık telli spiral ve bant zikzak ısıtıcılara ek olarak, yüksek sıcaklık fırınlarında olduğu gibi, herhangi bir güç üretmek için kullanılabilmeleri ve aynı zamanda yandıklarında kullanılabilmeleri açısından uygun, değiştirilebilir ısıtma elemanı tasarımları vardır. elemanlar kolayca değiştirilir. kıyamamak.

Boru şeklindeki çubuk ısıtma elemanları, ısıya dayanıklı veya çelik bir çubuk üzerine dizilmiş ve çelik bir boruya yerleştirilmiş, bir ucu kaynaklanmış ve diğer ucu bir kurşun yalıtkanla kapatılmış bir dizi porselen izolatördür. Bir ucu izolatör teline, diğer ucu merkez çubuğa kaynaklanmış porselen izolatörlere bir nikrom spiral sarılır.

Bazen boru ile ısıtıcı arasındaki boşluk kuvars kumu ile doldurulur. Bu tip ısıtıcılar, 400-500 ° C'ye kadar ve 1000 ° C'ye kadar refrakter tüplerle kullanılabilir ve özellikle ısıtıcıyı mekanik hasardan veya aşındırıcı buharların etkisinden korumanın gerekli olduğu büyük fırınlar için uygundur ( Şekil 7).

Sözde "boru şeklindeki" ısıtma elemanları büyük ilgi çekicidir (Şek. 8). Isıtıcının uçlarındaki çıkış cıvatalarına kaynaklanmış, ekseni boyunca bir nikrom spiralin yerleştirildiği çelik bir borudan oluşurlar. Spiral ve tüpün duvarları arasındaki boşluk, iyi elektrik yalıtımına ve aynı zamanda yüksek ısı iletkenliğine sahip olan periklaz, kristalli magnezyum oksit ile doldurulur. Isıtma elemanlarının üretimi aşağıdaki gibi gerçekleştirilir.

Çelik bir çubuğa sarılan nikrom spiral hazırlanan temizlenmiş çelik boruya kesinlikle eksenel olarak monte edildi, boru titreşimli bir makineye dikey olarak sabitlendi ve manyetik ayırıcıdan geçirilen periklaz tozu ile dolduruldu. Çubuk daha sonra borudan çıkarılır ve çevresine çekiçle vurarak çapının küçülmesine ve periklasın çok sıkılaşmasına neden olan bir dövme makinesinden geçirilir.

Tüpün kenarlarına sızdırmaz kurşun izolatörler yapıştırılır, bundan sonra periklaz conta sayesinde her şekilde bükülebilir ve uygun bir şekil verilebilir. Bu formda boru şeklindeki elemanlar havayı (elektrikli ısıtıcılar), yağı, nitratları ısıtmak ve hatta kalay, kurşun, babbitt gibi düşük erime noktalı metalleri eritmek için kullanılabilir.İkinci durumda, metal boru duvarının hızlı bir şekilde aşınmasını önlemek için, içinde boru şeklinde bir ısıtma elemanı bulunan büyük bir plaka oluşturan dökme demir ile önceden doldurulur.

Pirinç. 8. Borulu ısıtıcılar.

Güherçileli banyolar için borulu ısıtıcıların kullanılması oldukça arzu edilir, çünkü harici ısıtmalı banyolara kıyasla enerji tüketimindeki azalmayı azaltır, banyoların güvenliğini artırır ve büyük bir nikrom tasarrufu sağlar. Bununla birlikte, nitratlarda, özellikle 500 ° C ve üzerindeki sıcaklıklarda tatmin edici çalışmaları için, hazırlanan ısıtıcının üzerine ısıya dayanıklı ikinci bir nikel tüpü yerleştirerek tüpün çift ceketini yapmak gerekir.

Elektrikli ısıtıcılarda kullanıldığında havaya ısı transferini arttırmak için kanatlıdırlar.

Ev ısıtma cihazlarının üretimi için borulu ısıtıcılar çok yaygındır.

Borulu ısıtıcılar, birkaç yüz watt ile birkaç kilovat arasında güçle çalışır.

Sektörümüzün ürettiği tüplü ısıtıcılara ait bilgiler kataloglarda mevcuttur.