UTILAJE PENTRU INCALZIRE

Lucrarea nr. 7

UTILAJE PENTRU ÎNCĂLZIRE

7.2.1. Caracteristici generale, clasificare

Utilajele pentru încalzire reprezinta circa 70% din totalul utilajelor din dotarea atelierelor de tratamente termice. Se pot utiliza atât pentru încalzirea si mentinerea pieselor la temperatura finala cât si pentru racirea cu viteze deosebit de mici (racire în cuptor).

La alegerea sau proiectarea unui asemenea utilaj trebuie îndeplinite urmatoarele cerinte: sa admita realizarea temperaturii dorite într-un timp minim; sa permita reglarea cu mare precizie a temperaturii; sa asigure o temperatura cât mai uniforma în spatiul de lucru; sa lucreze cu un randament maxim; sa realizeze o productivitate maxima; sa ocupe un spatiu minim; operatiile de încarcare-descarcare sa poat 525x232f 9; fi mecanizate; sa fie de constructie simpla si usor de întretinut; sa garanteze protectia mediului ambiant si a personalului care-l deserveste.

_{Cele mai importante criterii de clasificare a utilajelor pentru încalzire sunt:}

_{a) Dupa natura energiei utilizate:}

chimica, folosind combustibil gazos, lichid sau solid;

- electrica: cu rezistoare (prin radiatie) sau. prin inductie

_{b) Dupa natura mediului de încalzire:}

- cu mediu gazos natural (cu flacara, electrice), artificial (cu atmosfera

_{controlata, cu vid)}

- cu mediu lichid, bai de metale sau amestecuri de metale topite, bai de saruri

_topite,

- cu încalzire în medii mixte, în pat fluidizat

_{c) Dupa caracterul regimului de functionare:}

- cu functionare discontinua

d) Dupa modul si directia de manevrare a pieselor:

- orizontale,

- verticale.

7.2.2.Cuptoare cu flacara

La aceste cuptoare, energia termica necesara încalzirii pieselor se obtine prin arderea unor combustibili lichizi sau gazosi. Gazele calde care rezulta în urma arderii cedeaza caldura pieselor aflate pe vatra cuptorului, încalzindu-le prin convectie, cât si peretilor refractari care delimiteaza spatiul de lucru si care, la rândul lor, vor încalzi piesele prin conductibilitate (cele doua elemente fiind în contact) si eventual prin radiatie, daca temperatura va depasi 500°C.

Cuptorul cu flacara (fig.7.1), consta din mufla 1 confectionata din otel sau un material refractar cu o rezistenta mecanica corespunzatoare, care separa spatiul util de gazele de ardere, peretii refractari 2, arzatoarele (la combustibili gazosi) sau injectoarele (la combustibili lichizi) 3, montate în peretii laterali si spatiul necesar pentru buna circulatie a gazelor de ardere 4. Piesele 5 se încalzesc prin radiatia muflei, iar aceasta printr-un schimb de caldura complex de radiatie - convectie între peretii cuptorului, mufla si gaze. Gazele de ardere, care au cedat o parte din caldura lor sistemului, sunt evacuate printr-un canal de fum.

sarjarea se realizeaza prin manevrarea usii 6 de catre un sistem mecanic 7 actionat cu un motor electric sau hidraulic. Temperatura din spatiul de lucru se masoara si se regleaza automat cu ajutorul unui termocuplu 8 legat la un milivoltmetru termoregulator. Pentru reducerea pierderilor de caldura prin gazele care sunt evacuate la cos, se recomanda folosirea unor recuperatoare 9, care sa permita reintroducerea în circuitul termic a unei însemnate cantitati de caldura, prin încalzirea aerului necesar arderii combustibilului. Cuptorul este montat pe un schelet metalic 10, construit din profile si tabla de 2-5 mm.

Pentru îmbunatatirea randamentului termic, în afara preîncalzirii aerului necesar arderii si chiar a combustibilului gazos, se poate realiza o recirculatie a gazelor (fig.7.2), prin faptul ca o parte a gazelor de ardere sunt reintroduse în spatiul de lucru sau în focar, folosind ventilatoare speciale rezistente la temperaturi ridicate.

Cuptoarele cu flacara indirecta prin faptul ca elimina contactul direct dintre piese si flacara, se folosesc mai des în tratamentele termice decât cuptoarele cu flacara directa (fig.7.3), deoarece la acestea exista pericolul arderii, supraîncalzirii, decarburarii, oxidarii sau încalzirii neuniforme a piesei.

Pentru piese mari, care necesita încarcare cu macarale se construiesc cuptoare cu vatra mobila (fig.7.4) ce este antrenata mecanic cu ajutorul unor lanturi sau cremaliere. Vetrele mai usoare sunt montate pe boghiuri si roti pentru sine, iar cele mai grele se deplaseaza pe bile si cai de rulare. Izolarea termica a spatiului de lucru se realizeaza cu ajutorul unor sicane cu nisip.

Cuptoarele cu functionare continua (fig.7.5) sunt prevazute cu sisteme mecanice de deplasare a pieselor (transportoare cu placi, vetre pasitoare, vetre pulsatorii, etc). Temperatura în spatiul de lucru al cuptorului este variabila, piesa parcurgând la o trecere un ciclu de încalzire - mentinere bine determinat. Aceste cuptoare se mai numesc si cuptoare zonale.

Dupa cum s-a mai amintit, pentru arderea combustibililor gazosi se folosesc arzatoare, în timp ce pentru arderea combustibililor lichizi - injectoare. La noi în tara cei mai utililizati combustibili sunt gazul metan, pacura si motorina.

_{Arzatoarele si injectoarele au drept scop realizarea unui amestec intim între particulele de combustibil si aerul necesar arderii. Dintre diversele tipuri de arzatoare se prezinta arzatorul cu absorbtia aerului (fig.7.6.a) care foloseste gaze sub presiune, are o constructie simpla si este foarte usor de reglat si întretinut si arzatorul tub în tub (fig.7.6.b), care foloseste gaze la o presiune mai scazuta, aerul primit fiind de la un ventilator. Acest arzator admite reglarea lungimii flacarii prin varierea distantei dintre gura de evacuare a amestecului si duza pentru gazul combustibil si permite utilizarea aerului si combustibilului preîncalzit.}

Fluturele montat la gura de evacuare a injectorului din fig.7.6.c are drept scop sa imprime aerului o miscare turbionara de înglobare a jetului de combustibil, în vederea pulverizarii cât mai fine a acestuia si realizarii unui amestec cât mai intim aer - combustibil, care sa permita o ardere completa. În acelasi scop, vitezele aerului, combustibilului si unghiul de atac trebuie sa fie cât mai diferite.

_{Cuptoarele cu flacara moderne, folosesc tuburi radiante (fig.7.6.d). Flacara arzatoarelor este închisa în tuburi din otel refractar, transferul de caldura realizându-se prin radiatia tuburilor. Pentru ca evacuarea gazelor sa se realizeze cât mai usor, la capatul liber al tubului radiant se monteaza un ajutaj cu aer comprimat. care sa intensifice deplasarea gazelor de ardere prin tub. În spatiul de lucru al cuptorului, tuburile radiante se monteaza pe peretii laterali în consola sau transversal sub bolta cuptorului.}

Reglarea temperaturii în aceste cuptoare se poate face manual prin varierea debitului de combustibil (respectiv aer), sau automat.

În cazul cuptoarelor cu flacara randamentul este mic, h

7.2.3. Cuptoare electrice

Cuptoarele electrice sunt mai simple decât cuptoarele cu flacara, deoarece nu necesita arzatoare si conducte aferente de combustibil si aer, camere de combustie separate si canale pentru evacuarea gazelor la cos (fig.7.7).

Spatiul de lucru 1 este izolat termic cu caramizi refractare si prevazut cu o usa 2, ce se deplaseaza pe ghidajele 3, prin actionare cu motorul hidraulic 4.

Elementele încalzitoare 5 (rezistentele) sunt montate pe peretii laterali pe niste suporti speciali 6 si în vatra, fiind legate la un panou de borne 7. Temperatura din spatiul de lucru se urmareste cu ajutorul termocuplului 8 si a aparatului termoregulator corespunzator, montate într-un panou de comanda.

Datorita faptului ca lipsesc gazele de ardere, care prin evacuare la cos produc cea mai mare pierdere de caldura, randamentul cuptoarelor electrice este mult mai mare decât al celor cu flacara     ( h

Marele avantaj al cuptoarelor electrice îl constituie posibilitatea lor de reglare si automatizare, ele permitând precizii curente de C si o functionare într-un regim economic.

Elementele încalzitoare nu trebuie sa se oxideze, trebuie sa aiba o rezistenta mecanica mare la temperatura de regim pentru a nu se deforma datorita greutatii proprii, un coeficient de dilatare cât mai scazut si o rezistenta electrica mare, pentru ca încalzitoarele sa nu fie de dimensiuni prea mari si pentru a putea fi amplasate mai usor în cuptor. Ele se confectioneaza din diverse aliaje ca: nicrom (80 - 85 % Ni;
15 -20 % Cr; 0,25 % C), care asigura o temperatura de 1100 C, kanthal (22 % Cr;
5,5 % Al; 0,5 % Co; restul Fe), care asigura o temperatura de 1370 C; silita -bare- (SiC), care asigura o temperatura de circa 1450 C; etc. Încalzitoarele se fabrica din sârme cu diametre cuprinse între 0,5 - 6 mm (sub forma de spirala), sau din platbanda si se monteaza în spatiul de lucru dupa una din variantele prezentate în fig.7.8.

a - rezistor spiralat: b - montare pe suport ceramic tubular: c - montare pe peretii laterali pe un suport consola ceramic: d - montare în bolta folosind caramizi speciale: e - montare pe vatra cuptorului: f - fixare în zig - zag utilizând distantieri ceramici: g - rezistor platbanda: h - fixarea platbandei cu butoni ceramici: i, j - bare din carbura de siliciu (silita) montate sub bolta sau pe peretii laterali.

7.2.4.Cuptoare bai

În cazul cuptoarelor cu bai mediul de încalzire este lichid, constând din metale sau amestecuri de saruri topite supraîncalzite la temperatura necesara, ceea ce presupune o serie de avantaje ca:

- transferul caldurii se face mult mai avantajos, duratele de încalzire fiind mai scurte;

- temperatura de încalzire se poate realiza mult mai usor si precis, temperatura baii si a pieselor fiind aceeasi;

- suprafata pieselor nu este expusa actiunii chimice a mediului;

dar si de dezavantaje ce rezulta din masurile speciale de protectia muncii (pentru prevenirea unor accidente) ce trebuiesc luate:

- necesitatea existentei unor instalatii de exhaustare pentru eliminarea gazelor care se emana;

- necesitatea existentei unor instalatii de protectie împotriva supraîncalzirii si autoaprinderii;

- luarea unor masuri împotriva stropirilor, etc.

Ca si cuptoarele, cuptoarele-bai pot fi actionate cu combustibil sau electric, încalzirea baii facându-se din exterior sau din interior (fig.7.9).

Cuptorul baie cu încalzire exterioara cu gaz metan (a), dispune de doua camere: camera 1 (destinata preîncalzirii pieselor (pentru a se evita producerea stropilor la imersionarea lor în baie) si camera 2 (în care este montat creuzetul metalic care contine sarurile topite). Arzatorul se dispune astfel încât flacara lui sa bata tangential fata de creuzet, asigurând o miscare mai intensa a gazelor, care apoi trec în camera de preîncalzire prin cele doua canale practicate în peretele despartitor, unde într-o mufla se gasesc piesele. Piesele sunt introduse în baie cu ajutorul unor dispozitive speciale care permit si deplasarea lor ulterioara în utilajele de racire.

Cuptorul baie cu încalzire exterioara electrica (b), permite un reglaj foarte precis si comod. Sistemul de exhaustare, constând din doua guri de absorbtie plasate la nivelul creuzetului, asigura o evacuare mai completa a majoritatii gazelor emanate.

Ambele tipuri de cuptoare-bai se folosesc numai la temperaturi joase     200-550 C, pentru care creuzetele metalice prezinta o rezistenta mecanica corespunzatoare. Plasarea elementelor încalzitoare direct în baia de saruri este însa mai avantajoasa.

Cuptoarele baie cu încalzire interioara cu tuburi radiante (c), permit o miscare a topiturii în baie datorita diferentei de temperatura, ceea ce asigura un schimb corespunzator de caldura si se utilizeaza pentru temperaturi medii 650 - 950 C. Pentru temperaturi mai ridicate (de maximum 1300 C), se folosesc cuptoare bai cu încalzire interioara cu electrozi imersati în topitura (d).

Randamentul termic al cuptoarelor bai este de 8 - 15 % pentru cele cu flacara, 20 - 30 % pentru cele cu rezistoare si de 50 - 70 % pentru cele cu electrozi.

În cadrul lucrarii se folosesc utilajele de încalzire existente în laborator.

3.4. Modul de lucru

Se vor clasifica cuptoarele din laborator dupa: natura energiei utilizate, natura mediului de încalzire, caracterul regimului de functionare si directia de manevrare. Se vor identifica partile componente si se va cunoaste modul de functionare si de reglare a temperaturii acestora.

3.5. Prelucrarea si interpretarea rezultatelor. Concluzii

Se vor schita cuptoarele studiate.

Se vor analiza:

- modul de reglare a temperaturii, rapiditatea si precizia cu care se atinge temperatura dorita;

- posibilitatea de mentinere constanta a temperaturii în timp si în spatiu;

- posibilitatea masurarii corecte a temperaturii în diferite locuri ale spatiului de lucru;

- mentinerea cât mai constanta a temperaturii cuptorului în timpul încarcarii si descarcarii acestuia ;