Лабораторные электрические печи отличаются небольшим объемом рабочей камеры и равномерностью распределения температуры в её пространстве. По сути, такие печи – это электротермические установки, в которых тепло выделяется за счет протекания тока по проводнику с активным сопротивлением – электрические печи сопротивления (ЭПС).
ЭПС наиболее применимы для нагрева различных материалов и термообработки стеклянных, фарфоровых, керамических, металлических изделий (нагрев, закалка, обжиг, нормализация), для обработки в окислительной среде, пайки и плавки металлов и чугуна, нагрева перед обработкой высоким давлением. Так же в электропечах проводятся процессы полимеризации и химико-термической обработки,.
Широкое применение ЭПС получили, благодаря их достоинствам:
нагрев до любой температуры ≤3000°С;
равномерный нагрев изделий, достигаемый распределением нагревательных элементов по сторонам печной камеры или принудительной циркуляцией атмосферной среды внутри печи;
автоматическое управления мощностью, необходимой для поддержания температурного режима в печи;
механизация и автоматизация печных процессов, а так же включение ЭПС в автоматические линии;
высокая герметизация, что позволяет осуществлять нагрев в вакууме, антиокислительной газовой среде или специфической атмосфере, необходимой для химико-термических процессов цементации, азотирования;
компактность и др.
равномерный нагрев изделий, достигаемый распределением нагревательных элементов по сторонам печной камеры или принудительной циркуляцией атмосферной среды внутри печи;
автоматическое управления мощностью, необходимой для поддержания температурного режима в печи;
механизация и автоматизация печных процессов, а так же включение ЭПС в автоматические линии;
высокая герметизация, что позволяет осуществлять нагрев в вакууме, антиокислительной газовой среде или специфической атмосфере, необходимой для химико-термических процессов цементации, азотирования;
компактность и др.
Лабораторные печи сопротивления являются печами нагревательными высокотемпературными, оснащаются устройствами для автоматического регулирования температурного режима.
Классифицируются ЭПС по следующим признакам:
по типу обрабатываемого материала (для термообработки металла, обжига керамики и фарфора, печи для спекания, изгибания, закалки стекла, печи для прокалки опок и др.)
по технологии назначения:
термические – разновидности термической и термохимической обработки металлов и прочих материалов (стекла, керамики, металлокерамики, пластмасс);
плавильные – плавление легкоплавких цветных металлов и тугоплавких металлов и сплавов, химически активных;
сушильные печи для сушки лакокрасочных покрытий, литейных форм, обмазок сварочных электродов, металлокерамических изделий, эмалей и т. п
по характеру протекания рабочего процесса:
периодические;
непрерывного действия;
По температурному режиму:
умеренные температуры: 100С-500С;
средние температуры: 400С-900С;
высокие температуры: 900С-1400С;
сверхвысокие температуры: 1400С-1650С (2000С) (на более высокие температуры изготавливаются вакуумные электропечи или электропечи с контролируемыми атмосферами)
термические – разновидности термической и термохимической обработки металлов и прочих материалов (стекла, керамики, металлокерамики, пластмасс);
плавильные – плавление легкоплавких цветных металлов и тугоплавких металлов и сплавов, химически активных;
сушильные печи для сушки лакокрасочных покрытий, литейных форм, обмазок сварочных электродов, металлокерамических изделий, эмалей и т. п
по характеру протекания рабочего процесса:
периодические;
непрерывного действия;
По температурному режиму:
умеренные температуры: 100С-500С;
средние температуры: 400С-900С;
высокие температуры: 900С-1400С;
сверхвысокие температуры: 1400С-1650С (2000С) (на более высокие температуры изготавливаются вакуумные электропечи или электропечи с контролируемыми атмосферами)
По конструктивному исполнению:
Камерные (камерные с выдвижным подом);
трубчатые;
Вертикальной загрузки (тигельные, шахтные, горшковые);
Колпаковые (с отделением от пода);
Горизонтальной загрузки (муфельные, простые).
Камерные (камерные с выдвижным подом);
трубчатые;
Вертикальной загрузки (тигельные, шахтные, горшковые);
Колпаковые (с отделением от пода);
Горизонтальной загрузки (муфельные, простые).
По принципу действия:
косвенного действия (тепло выделяется в нагревательных элементах)
прямого действия (тепло выделяется в нагреваемом изделии).
по атмосфере в рабочем пространстве печи:
воздушные – нагрев в окислительной воздушной среде (общее назначение);
газонаполненные – нагрев в защитной газовой среде (нейтральные газы, восстановительные, азотирующие и др.);
вакуумные – нагрев в вакууме.
косвенного действия (тепло выделяется в нагревательных элементах)
прямого действия (тепло выделяется в нагреваемом изделии).
по атмосфере в рабочем пространстве печи:
воздушные – нагрев в окислительной воздушной среде (общее назначение);
газонаполненные – нагрев в защитной газовой среде (нейтральные газы, восстановительные, азотирующие и др.);
вакуумные – нагрев в вакууме.
В основном в ЭПС применяется нагрев косвенного действия. Тепло передается элементам рабочей зоны печи от электрических нагревательных элементов, благодаря инфракрасному излучению и теплопроводности материалов, распределяется конвекцией.
Печь состоит из металлического кожуха, внутри которого находится теплоизоляционный слой и огнеупорная кладка футеровки, по стенкам которой располагаются нагревательные элементы. Это сооружение покоится на жароупорной подовой плите, образуя рабочую камеру печи. Все элементы печи внутри рабочей камеры изготовлены из жаропрочных сталей и других жаростойких материалов.
ЭПС косвенного действия для расплава легкоплавких металлов (свинец, алюминиевые и магниевые сплавы, баббит) имеют в своей конструкции металлический тигель с наружным обогревом (тигельные печи) или ванну с расположенными над ней электронагревателями (отражательные печи).
В печах прямого действия изделие нагревается путем непосредственного прохождения тока через него, что сопровождается выделением на нем большей мощности и более быстрым нагревом (секунды, доли минуты).
К лабораторным ЭПС относятся трубчатые, муфельные и камерные печи с небольшим объемом рабочих камер, термостаты и сушильные шкафы.
В ЭПС периодического действия изделия помещаются в рабочую камеру через загрузочное отверстие и до окончания технологического процесса находятся в неподвижном состоянии.
Электропечи непрерывного действия называют методическими. При обработке больших партий изделий они транспортируются в пространстве печи от загрузки к разгрузке, по ходу нагреваясь до заданных температур и подвергаясь изменениям в соответствии с заданной технологией. Такие печи имеют высокую степень механизации, высокий КПД — более производительны, экономичны, способны к комплектации в поточные автоматические линии.
В ЭПС периодического и методического действия, где рабочий процесс происходит при температурах до 700°С, применяются вентиляторы с целью принудительной циркуляции газов. Вентиляторы могут быть встроенными в рабочее пространство печи или вынесенными, образующими вместе с нагревателями электрокалориферы.
Рабочая камера ЭПС изготавливается из жаропрочных материалов высокого качества. Высокотемпературные нагреватели, размещаемые вдоль боковых стенок, на поде, своде, задней стенке или крышке электропечи, устанавливаются с помощью специальных керамических трубок.
При нагреве в окислительной атмосфере при разных температурных режимах применяют электронагреватели, изготовленные из разных материалов:
В печах с температурой рабочих камер до 1150 °С используются нихромы Х20Н80, Х15Н60;
В ЭПС с нагревом до 1400 °С – фехраль Х23Ю5Т, Х27Ю5Т;
В ЭПС при сверхвысоких температурах до 1800 °С – керамические материалы (карбид кремния, дисилицид молибдена, хромит лантана);
В ЭПС с нагревом до 2500 °С в вакууме используются нагреватели из тугоплавких металлов (молибден, вольфрам, тантал, ниобий) или из материалов, содержащих углерод (графит, углерод-углеродные композиционные материалы (УУКМ)).
ЭПС с нагревательными элементами из карбида кремния широко применяются в технологиях с нагревом до 1000 — 1400°С.
В ЭПС с нагревом до 1400 °С – фехраль Х23Ю5Т, Х27Ю5Т;
В ЭПС при сверхвысоких температурах до 1800 °С – керамические материалы (карбид кремния, дисилицид молибдена, хромит лантана);
В ЭПС с нагревом до 2500 °С в вакууме используются нагреватели из тугоплавких металлов (молибден, вольфрам, тантал, ниобий) или из материалов, содержащих углерод (графит, углерод-углеродные композиционные материалы (УУКМ)).
ЭПС с нагревательными элементами из карбида кремния широко применяются в технологиях с нагревом до 1000 — 1400°С.
Печи с карбидокремниевыми нагревателями лучше агрегатов с металлическими нагревателями по следующим технико-экономическим показателям:
по температуре максимального нагрева в рабочем процессе;
по возможности скоростного нагрева и форсированном выводе на рабочий режим;
по возможности процессов в окислительной атмосфере, а также
по выдаче большей мощности при одинаковых объемах рабочего пространства.
ЭПС с нагревателями из дисилицида молибдена применяются во многих отраслях промышленности. С применением таких нагревателей возможен нагрев до 1600 — 1700°С.
по возможности скоростного нагрева и форсированном выводе на рабочий режим;
по возможности процессов в окислительной атмосфере, а также
по выдаче большей мощности при одинаковых объемах рабочего пространства.
ЭПС с нагревателями из дисилицида молибдена применяются во многих отраслях промышленности. С применением таких нагревателей возможен нагрев до 1600 — 1700°С.
