Материалы, используемые в электротермии.

В связи с наличием в электрических печах зон с высокой температурой в них помимо обычных конструкционных и электротехнических материалов применяются также специальных материалы, способны работать при этой температуре и обладающие необходимым для этого свойствами. К ним относятся

огнеупорные материалы, теплоизоляционные материалы, а также материалы для нагревательных элементов.

Огнеупорные материалы используются для формирования рабочего пространства печи – ее камеры или ванны. Они образуют огнеупорную кладку - внутренную часть футеровки печи.

Огнеупорные материалы обычно производятся на базе дешевого и недефицитного сырья, содержащего в качестве основных компонентов глинозем AL₂O₃, кремнезем SiO₂ окись магния MgO. Для печей сопротивления основным огнеупорным материалом является шамот – материал, содержащий 35–45% AL₂O₃, остальное SiO₂ и небольшую долю примесей. По плотности различают шамоты плотные (= 1900-1800 кг/м³) и легковесные (= 1300-800 кг/м³). Легковесные шамоты имеют несколько меньшую механическую прочность, но они лучше по теплоизоляционным свойствам, поэтому их применение целесообразно для печей с рабочей температурой до 1200 ⁰С. Для высокотемпературных печей в качестве огнеупорных применяют высокоглиноземистые материалы (алунд, корунд, каракс), двуокись циркония ZrO₂, а также уголь и гранит.

Для плавильных печей в основном применяют следующие огнеупорные материалы: динас (SiO₂  94-97%), магнезит (MgO 95%), хромомагнезит, доломит и шамот.

Огнеупорные материалы производят в виде порошков для изготовления набивной части кладки (подин и стен плавильных печей), тиглей, а также в виде кирпичей и фасонных изделий. Наиболее употребительные стандартные прямоугольные кирпичи имеют размеры 230*113*65 и 250*123*65 мм.

Назначение тепловой изоляции в электрических печах – снижение тепловых потерь стенки печи. Поэтому основное требование, предъявляемое к теплоизоляционным материалам, - малый коэффициент теплопроводности при достаточной огнеупорности.

Теплоизоляционные материалы применяются в виде кирпичей, плит, фасонных изделий, в виде засыпки (порошок, вата), мастики, которой покрываются горячие части печей, картона, матрацев, матов.

Наиболее широко применяются в промышленных электропечах следующие теплоизоляционные материалы: диатомит, шлаковые и минеральные ваты, перлит, зололит различного рода комбинированные материалы на основе асбеста.

Для высокотемпературных печей в качестве тепловой изоляции применяют графитовые крупу и вату, войлок или другие ватообразные и волокнистые материалы на основе высокоогнеупорных оксидов и карбидов.

Целый ряд теплоизоляционных материалов приготавливается на базе асбеста. Асбест представляет собой минерал волокнистого строения. Он состоит из тончайших нитей, очень прочных на растяжение, но легко перетирающихся. Температура плавления асбеста около 1500 ⁰С, но при 700 ⁰С асбест теряет всю содержащуюся в нем воду и рассыпается, лишаясь своих теплоизоляционных свойств. Недостатком асбеста является его высокая гигроскопичность.

При плавке алюминия и его сплавав применяют футеровку из жароупорного бетона на основе тонкомолотого периклаза с шамотным заполнителем. В печах для плавки меди используется футеровочная масса, состоящая тонкомолотого корунда и высокоглиноземистого шамота. В качестве связующих применяют матрериалы, обеспечивающие спекание сухой футеровочной массы при нагреве(бура, борная кислота), как материалы, цементирующие увлажненную массу (жидкое стекло, глина).

Для обмазки горячих поверхностей применяется так называемые мастичные материалы.

Широкое применения получили последнее время стеклянная вата и минеральная вата, а также стеклянное волокно. Оно применяется в форме засыпки для заполнения пространства между огнеупорной кладкой и кожухом печи, а также в виде матрацев и матов. Стеклянные волокна и нити можно применить лишь до 450 – 500 ⁰С.

Индуктор выполняется из профилированной водоохлаждаемой медной трубки.

Нагревательные элементы являются основным узлом конструкций печи сопротивления, определяющим надежность работы печи и во многом возможность соблюдения требуемого технологического режима.

Материалы для нагревательных элементов выбирают в соответствии с требуемой температурой и атмосферой печи. Эти материалы должны обладать жаростойкостью, достаточной жароупорностью и обрабатываемостью.

Основным материалом для нагревателей промышленных электропечей сопротивления с рабочей температурой до 1200 ⁰С являются сплавы хромоникелевые (нихромы), хромоалюминиевые и железо-хромоалюминиевые.

Для электропечей с рабочей температурой выше 1200 – 1250 ⁰С применяют неметаллические нагреватели: карборундовые, дисселицид-молибденовые, графитовые или нагреватель из тугоплавких металлов – молибдена, тантала, вольфрама.

Для печей с рабочей температурой до 1400 ⁰С и окисленной атмосферой в рабочем пространстве могут применятся стержневые нагреватели из карборунда. Для печи с рабочей температурой до 1600 ⁰С возможно применение нагревателей из дисселицида-молибдена MoSiO₂, полученного методом порошковой металлургии.

Металлические нагревали из чистых и тугоплавких металлов (молибдена, тантала, вольфрама, ниобия) применяют для печей с рабочей температурой более 1400 ⁰С.

Для защиты нагревателей от окисления необходимы вакуум и нейтральная атмосфера.

Дата добавления: 2015-07-15