Диссертация (781991), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Анализ состояния развития вакуумных печей сопротивления,особенности выполнения конструкций нагревательных блоков печей,влияние технологического процесса, реализуемого в установках.2. Разработка уточненных моделей вакуумных печей сопротивления сэкранной и комбинированной теплоизоляцией под решение конкретныхзадач.3. Исследование влияния числа ступеней переключения напряжениятрансформатора на максимальный бросок тока в нагревателях вакуумныхпечей сопротивления, выполненных из тугоплавких металлов.4. Исследование динамических характеристик вакуумных печейсопротивления при использовании различных способов ограничения тока врегуляторах температуры.5. Исследование влияния нелинейности регулятора мощности напоказатели переходных процессов в вакуумных печах сопротивления.6.
Исследование рационального выбора комплекта теплоизоляция сучетом разработанного критерия минимума экономических затрат.7.Разработкаметодикитепловогорасчетавакуумныхпечейсопротивления с комбинированной теплоизоляцией.8. Разработка программного пакета для исследования материалов,которые целесообразно применять в качестве неметаллической засыпки вкомбинированной теплоизоляции вакуумной печи сопротивления.Основные положения диссертации рассмотрены в следующих разделах:Страница | 8Во Введении обоснована актуальность работы, сформулированы цельи задачи исследований, дана общая характеристика работы.В первой главе проводится анализ тенденций развития вакуумныхпечейсопротивлениянагревательныхсблоков,экраннойметодовтеплоизоляцией,регулированияконструкцийтемпературынанагревателях из тугоплавких металлов.
Рассматриваются особенноститехнологических процессов в вакуумных печах сопротивления.Во второй главе разрабатываются уточненные модели регуляторовтемпературы печей сопротивления, обеспечивающие плавный выход нарежимнагревателейсвысокимкоэффициентомтермическогосопротивления. Разработаны модели ВПС с экранной и комбинированнойтеплоиозяцией,учитывающуюнеоднородностьпечи,какобъектауправления. Предложена модель температуры с переключением ступенейнапряжения трансформатора. Разработана модель регулятора температуры сограничением тока, а также предложена система управления с адаптивнойтоковой отсечкой.Разработана модель модифицированной экранной теплоизоляции сучетом применения неметаллической засыпки в зоне наиболее горячихэкранов. Предложена методика теплового расчета по выбору числа экранов, атакже толщины засыпки при применении комбинированной теплоизоляции.Третьяглавапосвященаисследованиюконструкций,системэлектропитания и управления вакуумных печей сопротивления.
Исследованысистемы электропитания нагревателей с высоким значением коэффициентаэлектрического сопротивления. Установлено, что согласно критериюминимумаброскатока,рекомендуетсявыбиратьтрансформатор,обеспечивающий «плавный» выход нагревателей на режим, за четырепоследовательныхпереключенияступенейнапряжения.Предложеныоптимальные настройки регуляторов температуры с точки зрения плавноговыхода нагревателей на режим. Установлено, что согласно критериюминимального времени разогрева печи, превышение мощности регулятораСтраница | 9n > 2 не приводит к заметному снижению времени разогрева печи, затоувеличивает стоимость тиристорного регулятора мощности. Показано, чтоприменение засыпки из пористых оксидных материалов между наиболеенагретыми экранами позволяет значительно повысить энергетическуюэффективность теплоизоляции.В четвертой главе рассмотрены вопросы технической реализациинового способа управления нагревателями с высоким коэффициентомтермического сопротивления и применение регулятора температуры сограничением по току.
Разработан программный пакет, позволяющий быстрорешать задачи сложного теплообмена (излучение + теплопроводность).Разработан критерий оценки минимума экономических затрат с цельюповышения энергетической эффективности экранной теплоизоляции. Наосновании разработанного критерия предложено оптимальное число иматериалы экранов для вакуумных печей с различными номинальнымитемпературами. Показано влияние изменения цен на электроэнергию итугоплавкие металлы на выбор оптимального комплекта теплоизоляции.В Заключении обобщены основные результаты работы.В Приложении приведена: разработанная программа для теплового иэкономического расчета вакуумных печей сопротивления с экранной икомбинированной теплоизоляцией Shield’s Thermal Insulation.Тематика диссертации соответствует второму и третьему пунктамобласти исследований специальности 05.09.10 – Электротехнология:№2 - обоснование совокупности технических, технологических,экономических,экологическихисоциальныхкритериевоценкипринимаемых решений в области проектирования, создания и эксплуатацииэлектротехнологических комплексов и систем.№3-разработка,структурныйипараметрическийсинтезэлектротехнологических комплексов и систем, их оптимизация, разработкаалгоритмов эффективного управления.Страница | 101.
АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ РАЗВИТИЯ ВАКУУМНЫХ ПЕЧЕЙСОПРОТИВЛЕНИЯ1.1. Технологические процессы, реализуемые в вакуумных печахсопротивления с экранной теплоизоляциейВакуум считается идеальной нейтральной средой. Нагрев в вакууменеобходимприпроведенииследующихтехнологическихпроцессов [16,21,52,53]:- отжига для снятия напряжений после деформации изделий различнойконфигурации (трубы, профили, прутки, полосы), а также после их сварки;- отжига для фазовой перекристаллизации путем нагрева вышетемператур превращения и охлаждения с малой скорость, приводящей сплавкструктурномуравновесию(применяетсядлясварныхилитыхконструкций);- рафинирования и спекания металлов, а также оксидов, нитридов,боридов и других соединений;-сушкидеталейиизделийэлектроннойпромышленности,трансформаторов, электродвигателей, изоляторов, силовых конденсаторов,химических материалов, пищевых продуктов;-закалкидеталейизконструкционныхсплавовлегированныхметаллами, активно взаимодействующими с кислородом, азотом, водородом,окисью углерода СО 2 и т.п.;- старения (отпуска) для придания сплаву структурного равновесия впроцессе изготовления ответственных узлов газовых турбин, ядерныхреакторов, самолетов, ракет;- нагрева перед прокаткой или прессованием заготовок изделий изтугоплавких и высокоактивных композиций;- пайки твердыми припоями без применения флюсов для получениянадежныхсоединенийдеталейвэлектровакуумныхприборах,приСтраница | 11производствегазовыхтурбин,в атомнойтехнике,всамолето- иракетостроении;- исследования различных свойств материалов: физико-механическиххарактеристик, давления насыщенного пара и скорости испарения, качества исостава газов и т.п.Тепловые параметры вакуумных печей с экранной теплоизоляциейсущественно хуже, чем у футерованных печей.
Но, несмотря на повышенныйрасход электроэнергии, для большинства перечисленных технологическихпроцессов, когда требуется повышенная чистота или необходима малаятепловаяинерцияпечи,должныприменятьсяВПСсэкраннойтеплоизоляцией.Такой процесс, как вакуумное ионное азотирование, даже притемпературах 600-700 °С требует металлических нагревателей и экранов.Процесс спекания танталовых анодов для конденсаторов требует не простоналичия металлических нагревателей и экранов в рабочем пространстве печи,а именно выполненных из тантала для создания сверхчистового рабочегопространства,способствующегополучениюсверхчистыханодовсопределенными параметрами токов утечки.Для технологических процессов, требующих минимальной быстротынатекания (например, для обезгаживающего отжига деталей), нашлиприменениешахтныенизкотемпературныеэлектропечисэкраннойтеплоизоляцией, обладающие сравнительно небольшим газовыделением свнутренних поверхностей нагревательной камеры.Широкоеприменениеполучиливакуумныепечисэкраннойтеплоизоляции для спекания различных материалов (например, титана ициркония).
Нагреватели и теплоизоляция в таких установках, как правило,выполнены из молибдена.В процессе спекания из изделий удаляется оставшийся после дегазацииводород в количестве до 0,1÷0,01%. Кроме того, при низких температурахвыделяются газы (азот, кислороды, пары воды), адсорбированные в процессеСтраница | 12прессования поверхностью порошка. Эти газы при 300-400 °С и вышеобразуют с титаном стойкие химические сопротивления. В связи с этимтемпературный режим термообработки титана должен быть установлентаким образом, чтобы обеспечить небольшую скорость нагрева на этапе до300-400 °С, способствующую откачки адсорбированных газов вакуумнойсистемой. А также быстрый нагрев может привести к неравномерной посечению усадке, что в свою очередь вызовет образование на поверхноститрещин.В садочных футерованных электропечах, особенно крупных, можетнаблюдаться нестабильность свойств изделий или частей изделия вследствиенарушения равномерности температурного поля электропечи в процессенагрева и охлаждения.
Поэтому применение таких печей для спеканияответственных деталей нежелательно [12-14].Рис.1.1. Элеваторная электропечь 1СЭВ-2,5.5/20Э для отжига и спеканиявысокотемпературных материаловСтраница | 13При спекании высокотемпературных материалов (ванадия, ниобия,тантала)рекомендованоиспользоватьнагревательныеэлементыизвольфрама, а теплоизоляцию из комбинированного набора экранов,выполненных из вольфрама и молибдена. На рис.1.1 представленаэлеваторная печь 1СЭВ-2,5.5/20Э предназначенная для реализации данныхпроцессов термообработки.
Трехфазный нагреватель из отдельных прутковнавешен на массивные вольфрамовые фазные дуги, соединенные снеохлаждаемыми вольфрамовыми токоподводами. Такая конструкция всравнении с водоохлаждаемыми токоподводами снижает до 30% потеричерез токоподводы и позволяет увеличить зоны равномерного нагрева повысоте до 25%.Технологический процесс пайки в вакууме применяется обычно длядеталей из материалов, нагрев которых в защитных средах недопустим илидля материалов, взаимодействующих с флюсами. При пайке в вакуумекачество паяного шва может быть значительно выше, чем при пайке в газах,за счет обезгаживания припоя и отсутствия окисных пленок на спаиваемыхповерхностях.
Преимуществом высоковакуумных печей для пайки являетсяотсутствие окисления даже наиболее активных к кислороду компонентовосновного металла и припоя. Паяные швы, полученные при пайке в высокомвакууме, отличаются прочностью, плотностью и коррозионной стойкостью.Недостатками пайке в вакууме является сложность, высокая стоимостьоборудования и низкая производительность процесса [21].Такоеразнообразиетехнологическихпроцессовтребовалоинтенсивного изучения и модернизации конструкций и систем управлениявакуумных печей.Свое развитие ВПС получили в СССР в 60-70-е годы XX века главнымобразом в связи с возникновением новых областей техники таких, какатомная и ракетная, а также в связи с бурным качественным развитиемметаллургии черных, цветных и редких металлов, электроники, авиации и пр.Известно, что до перестройки развитие ВПС происходило в семь раз быстрее,Страница | 14чем других печей сопротивления вместе взятых.
В 70х годах прошлого века вСССР за 10 лет разработано около 40 типов, и ежегодно выпускалось около200 вакуумных печей сопротивления с экранной теплоизоляцию мощностью20000 кВт. А за последующие 10 лет (70-80е годы) было изготовлено более 9тысяч вакуумных печей сопротивления различных типов [16,22,53].Большой вклад в развитие ВПС в 60-70-х года 20 века внеслиисследования и изучения свойств различных материалов в вакууме,проводившиеся в лаборатории Всесоюзного научно-исследовательскогоинститутаэлектротермическогооборудования(ВНИИЭТО)подруководством Мармера Э.Н.За это время был написан ряд основополагающих трудов по изучению ипроектированию вакуумных печей сопротивления, среди которых можновыделить: «Материалы вакуумных электропечей», 1959 г.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
