Конструкции нагревательных элементов электрических печей

Нагревательные элементы большинства промышленных печей выполняются либо из ленты, либо из проволоки. На рис. 1 показаны устройство обычного нихромового проволочного нагревателя, принятые конструкции закрепления его на своде, на стенках и в поду печи и конструкция выводов. Обычно для изготовления нагревателей промышленных печей применяется проволока диаметром от 3 до 7 мм. Однако для печей с рабочей температурой 1000°С и выше не следует брать проволоку диаметром менее 5 мм.

Соотношения между шагом h спирали и ее диаметром D и диаметром проволоки d (рис. 1,к) выбираются таким образом, чтобы облегчить размещение нагревателей в печи, обеспечить достаточную их жесткость и в то же время не затруднить чересчур теплоотдачу от них к изделиям.

Чем больше диаметр спирали и чем гуще ее шаг, тем легче разместить в печи нагреватели, но с увеличением диаметра уменьшается прочность спирали, увеличивается склонность ее витков лечь друг на друга. С другой стороны, с увеличением густоты намотки увеличивается экранирующее действие обращенной к изделиям части ее витков на остальные и, следовательно, ухудшается использование ее поверхности.

Практика установила вполне определенные, рекомендуемые соотношения между диаметром проволоки, шагом и диаметром спирали для проволоки от 3 до 7 мм диаметром. Эти соотношения следующие: h>2d и D = (68)d для нихрома и для менее прочных железохромоалюминиевых сплавов D = (4 6)d.

Рис. 1. Проволочные нагреватели: а — проволочный зигзагообразный нагреватель на металлических крючках на боковой стенке: б — проволочный зигзагообразный нагреватель в поду, в — то же в своде, г — то же на керамических полочках, д — проволочная спираль на выступающих кирпичах боковой стены с привязкой к крючкам, е — проволочная спираль в сводовых камнях и в лазах пода, ж — проволочная спираль на керамических полочках, з — проволочная спираль на керамической трубке, и — вывод проволочного нагревателя, к — условное обозначение размеров проволочного нагревателя.

Для более тонких проволок отношение диаметров спирали и проволоки, а также шаг спирали обычно берутся больше. Эти соотношения относятся к спиралям, уложенным на полочках (для того чтобы спирали не выпучивались, следует их привязывать через 300 — 500 мм к вделанным в кладку крючкам) и в пазах футеровки стен и свода, а также в сводовых камнях.

В последнее время, однако, все большее распространение получают спиральные нагреватели на керамических трубках (рис. 2). Такие нагреватели с точки зрения излучения и размещения мощности на стенках печи практически почти эквивалентны свободно излучающим спиралям и, наоборот, они существенно эффективнее, чем спирали в пазах пли на полочках.

С другой стороны, в них каждый виток опирается на поверхность трубки, и если даже он несколько провисает (приобретает овальность) при нагреве, то от этого его работоспособность не снижается. Так как такой нагреватель, следовательно, менее нагружен по сравнению с другими и в нем отдельные витки не могут лечь друг на друга, то при необходимости в нем можно доводить отношение диаметра спирали к диаметру проволоки до 10, а для железохромоалюминневых сплавов — до 8.

Рис. 2. Конструкции проволочных спиральных нагревателей на керамических трубках: а — сводовые нагреватели, б — трубки на боковых стенках, крепление на жароупорных подвесках, в — то же в пазах керамических столбиков, г — трубки в поду.

Особенно благоприятна эта конструкция для последних, так как позволяет свободно расширяться материалу. Кроме того, как показывает рис. 2, разработаны конструкции проволочных нагревателей на керамических трубках для установки их не только на стенках печи, но и в своде, и в поду, причем в последних случаях нагреватели могут выполняться в виде выемных рамок, такие рамки могут легко вставляться в печь и заменяться при перегорании запасными без остановки печи.

Таким образом, конструкция проволочных спиральных нагревателей на керамических трубках является универсальной и с точки зрения применения материалов, и по расположению нагревателей в камере печи. Отношение внутреннего диаметра спирали к наружному диаметру трубки у таких нагревателей может быть принято равным примерно 1,1—1,2, расстояние между осями трубок 1,5—2 диаметра спирали.

Для электрокалориферов и печей с принудительной циркуляцией воздуха применять спиральные нагреватели на керамических трубках менее желательно, так как это снижает коэффициент теплоотдачи нагревателя, применение же спиралей на полочках или в пазах футеровки по этой же причине совершенно недопустимо (за исключением случаев, когда газовый поток может быть направлен вдоль спирали, по направлению ее оси).

В таких печах лучше применять конструкции со свободно обдуваемыми спиралями, зажатыми между изоляторами через определенные интервалы или привязываемые к последним (рис. 3). Если же применять в таких конструкциях спиральные нагреватели на керамических трубках (при более высоких температурах), то следует увеличивать отношение диаметра спирали к диаметру трубки до 1,5.

10.12.2016 Без рубрики Нет комментариев