전기로 용 발열체 설계

대부분의 산업용 용광로의 가열 요소는 스트립 또는 와이어입니다. 도 1은 종래의 니크롬 와이어 히터의 장치, 이를 지붕, 벽 및 용광로의 난로에 고정하기 위해 채택된 구조 및 와이어의 설계를 나타낸다. 일반적으로 산업용 용광로 용 히터 생산에는 직경 3 ~ 7mm의 와이어가 사용됩니다. 그러나 작동 온도가 1000 ° C 이상인 퍼니스의 경우 직경이 5mm 미만인 와이어를 사용해서는 안됩니다.

나선의 피치 h와 직경 D 및 와이어 직경 d(그림 1, k) 사이의 비율은 가열로의 히터 배치를 용이하게 하고 충분한 강성을 보장하는 방식으로 선택됩니다. 동시에 그들로부터 제품으로의 열 전달은 지나치게 복잡합니다.

스파이럴의 직경이 클수록 피치가 두꺼울수록 용광로에 히터를 배치하기가 더 쉽지만 직경이 증가함에 따라 스파이럴의 강도가 감소하고 서로 겹쳐지는 경향이 증가합니다. .한편, 권선의 밀도가 증가함에 따라 나머지 부분에서 제품을 향하는 권선 부분의 차폐 효과가 증가하여 표면 사용이 저하됩니다.

연습은 직경이 3 ~ 7mm 인 와이어의 와이어 직경, 피치 및 나선형 직경 사이에 매우 명확하고 권장되는 비율을 설정했습니다. 이 비율은 다음과 같습니다. 니크롬 및 덜 강한 철-크롬-알루미늄 합금의 경우 h> 2d 및 D = (6 ÷ 8) d D = (4 ÷ 6) d.

쌀. 1. 와이어 히터: a — 측벽의 금속 후크에 있는 지그재그 와이어 히터: b — 난로의 지그재그 와이어 히터, c — 금고에서 동일, d — 세라믹 선반과 동일, e — 돌출 벽돌의 나선형 와이어 후크에 연결하여 측벽에 c, f — 아치형 돌과 난로 샤프트의 와이어 나선, g — 세라믹 선반의 와이어 나선, h — 세라믹 파이프의 와이어 나선, 및 — 와이어 히터 콘센트, k — 기호 지정 와이어가 있는 히터의 치수

더 얇은 와이어의 경우 나선과 와이어의 직경 비율과 나선의 피치가 일반적으로 더 커집니다. 이 비율은 선반에 배치된 나선에 적용됩니다(나선이 팽창하지 않도록 벽돌에 매립된 후크에 300-500mm마다 연결해야 함). 돌.

그러나 최근에는 세라믹 튜브를 기반으로 하는 스파이럴 히터가 더 보편화되었습니다(그림 2).용광로 벽의 방사선 및 전력 분포의 관점에서 이러한 히터는 자유 방사 나선과 거의 동일하며 반대로 채널이나 선반의 나선보다 훨씬 효율적입니다.

반면에 각 굽힘은 튜브 표면에 있으며 가열되면 어느 정도 처지더라도 (타원성을 얻음) 특성이 감소하지 않습니다. 따라서 이러한 히터는 다른 것보다 부하가 적고 개별 회전이 서로 위에 놓일 수 없으므로 필요한 경우 나선형 직경과 와이어 직경의 비율을 최대로 가져올 수 있습니다. 10 , 철-크롬-알루미늄 합금의 경우 - 최대 8.

쌀. 2. 세라믹 파이프에 와이어가 있는 나선형 히터 설계: a — 아크 히터, b — 측벽의 파이프, 내열성 서스펜션에 고정, c — 세라믹 기둥의 홈에서 동일, d — 난로의 파이프.

이 디자인은 재료가 자유롭게 팽창할 수 있기 때문에 후자에 특히 유리합니다. 또한 그림 2와 같이 세라믹 튜브에 와이어가 있는 히터 디자인은 용광로의 벽뿐만 아니라 지붕과 난로에도 설치하기 위해 개발되었으며 후자의 경우 히터는 다음과 같을 수 있습니다. 이동식 프레임 형태로 제작되어 이러한 프레임을 용광로에 쉽게 삽입하고 소성 중에 교체할 ​​수 있습니다. 용광로를 멈추지 않고 예비하십시오.

따라서 세라믹 튜브에 와이어가 있는 나선형 히터의 설계는 재료 사용과 용광로 챔버의 히터 위치 측면에서 다재다능합니다.이러한 히터에 대한 튜브의 외경에 대한 스파이럴의 내경의 비율은 약 1.1-1.2, 튜브 축 사이의 거리는 스파이럴 직경의 1.5-2 배입니다.

강제 공기 순환이 있는 전기 히터 및 용광로의 경우 세라믹 튜브에 나선형 히터를 사용하는 것이 바람직하지 않습니다. 이는 히터의 열 전달 계수를 감소시키고 선반 또는 라이닝 채널에서 나선형을 사용하는 것이 완전히 허용되지 않기 때문입니다. 같은 이유 ( 가스 흐름이 축 방향으로 나선형을 따라 향할 수있는 경우 제외).

이러한 용광로에서는 절연체 사이에 특정 간격으로 고정되거나 후자에 묶인 자유롭게 날린 나선형 구조를 사용하는 것이 좋습니다 (그림 3). 세라믹 튜브의 나선형 히터가 이러한 구조(더 높은 온도에서)에 사용되는 경우 튜브 직경에 대한 나선형 직경의 비율을 1.5로 늘려야 합니다.

쌀. 3. 전기 히터의 (a) 와이어 및 (b) 스트립 발열체의 설계.

테이프 히터는 다양한 크기의 지그재그 형태로 만들어지며 금속(내열강 또는 니크롬) 또는 세라믹 후크에 장착됩니다(그림 4). 금속 후크는 벽의 벽돌에 내장되어 있으며 (벽돌 사이의 이음새 또는 특수 벽돌의 채널에) 세라믹 후크는 벽돌에 놓인 특수 돌의 파생물입니다.

하부의 경우 뒤틀릴 때 지그재그가 닫히지 않고 그 사이에 스페이서가 배치됩니다. 스페이서는 벽돌에 내장된 내열성 또는 니크롬 핀에 배치된 내화 점토 또는 알루미늄 세라믹 부싱입니다.부싱은 니크롬 핀으로 핀에 부착됩니다. 세라믹 후크를 사용하면 분리기 전체가 세라믹으로 만들어집니다(그림 4, a).

무화과에서. 4, h는 제거 가능한 세라믹 후크 및 스페이서의 디자인을 보여줍니다. 이 디자인은 손상된 경우 후크를 쉽게 교체할 수 있으므로 매우 유용합니다.

지그재그 히터는 세라믹 랙의 퍼니스 측벽에도 장착할 수 있지만 이 설계는 와이어 온 랙 구조보다 벽에 가해지는 특정 전원 및 히터의 차폐 정도 측면에서 훨씬 덜 편리합니다. 히터 . 여기에 세라믹 선반이 파손된 경우 손상된 선반을 교체하기 위해 벽돌을 이동해야 하기 때문에 일반적으로 작동이 제대로 수행되지 않는다는 점을 추가해야 합니다(그림 4, d).

쌀. 4. 스트립 히터 설계: a — 금속 후크 측벽의 스트립 지그재그 히터, b — 난로의 스트립 지그재그 히터. c — 볼트와 동일, d — 세라믹 선반과 동일, e — 이동식 고온 프레임 요소, f — 저온 프레임 요소, g — 세라믹 튜브의 "플랫 웨이브" 히터, h — 이동식 후크의 지그재그 밴드 히터, 및 - 밴드 지그재그 히터의 치수에 대한 기호 지정.

금고 또는 스트립 히터의 바닥에서 특수한 모양의 돌로 형성된 석조 채널에 맞출 수 있습니다(빔 — 그림 4, b 및 c). 이러한 히터는 이동식 프레임으로도 만들 수 있습니다 (그림 4-53, e) 또한 아치형 금고를 사용하면 테이프의 지그재그를 이동식 금속 후크에 걸 수 있습니다.

전기 히터 및 강제 공기 가열로에서 밴드 히터는 히터 표면에 가능한 한 가스 스트림으로 불어넣을 수 있도록 설계해야 합니다. 이러한 구성의 예가 그림에 나와 있습니다. 3, 나.

지그재그 히터가 두꺼울수록 히터를 오븐에 더 오래 둘 수 있지만 회전 보호가 클수록 벨트 표면이 더 나빠집니다. 따라서 충분한 강도와 낮은 상호 보호를 보장하는 스트립 지그재그 히터의 허용 치수가 설정되었습니다.

이를 위해 그들은 다음 비율 (그림 4, i에 따른 표기법)을 충족하려고합니다. b / a = 5 ÷ 20, 스트립 너비와 두께의 가장 일반적인 비율은 10입니다. 지그재그 단계 h> 1.8b , 굽힘 파단을 피하기 위해 스트립 반경이 둥글다.

산업용 용광로에서 최대 1000 ° C의 히터 온도의 경우 최소 1X10mm 크기의 테이프가 사용되며 더 높은 온도에서는 최소 2X20mm가 사용됩니다.

최대 1000 ° C의 온도에서 벽의 지그재그 B 높이는 150에서 400-600mm까지 다양하지만 200mm마다 한 줄의 스페이서가 필요합니다. 즉, 200-400mm에서 한 줄의 스페이서 및 400 -600mm - 두 줄. 아치와 난로에서 히터가 고정되는 것을 방지하기 위해 지그재그 B의 높이는 250mm로 제한되어야 합니다. 이러한 권장 사항은 철-크롬-알루미늄 합금으로 확장될 수 있습니다.

히터 온도가 1000 ~ 1100°C인 경우 지정된 제한 치수는 Kh20N80 및 Kh20N80T 합금에 대해 예약할 수 있으며, 철-크롬-알루미늄 합금의 경우 지그재그의 수직 위치가 있는 치수 B는 250mm로 제한되어야 합니다. 수평 위치 150mm.

1100 ° C 이상의 히터 온도에서 지붕과 바닥 모두에 허용되는 유일한 스트립 히터 설계는 세라믹 튜브의 플랫 웨이브입니다(그림 2, g). 이 경우 지그재그 B의 길이는 75-100mm로 할 수 있습니다. 측벽 히터의 경우 세라믹 후크가 있는 디자인을 사용하여 지그재그 높이를 150mm로 제한할 수 있습니다.

최근에는 지그재그 와이어 히터가 널리 사용되었습니다. 이 히터의 경우 지그재그 단계 h는 (5 ÷ 9) d와 같습니다.

작동 온도가 1000 ° C 이상인 용광로에서 철-크롬-알루미늄 합금을 사용하는 경우 히터와 접촉할 수 있는 내화 벽돌의 모든 부분(세라믹 후크 및 칸막이, 선반, 파이프, 채널 등)을 만들어야 합니다. 산화철 함량이 최소인 고산화물 알루미늄 재료.

테이프 지그재그는 일반적으로 간단한 레버 장치를 사용하여 손으로 감습니다. 나선은 매끄러운 맨드릴의 선반에 단단히 감긴 다음 결과 나선이 원하는 피치로 늘어납니다.

쌀. 5. 밀봉된 히터 배출구: 1 — 하우징, 2, 6 — 절연 슬리브, 3 — 스페이서 링, 4 — 석면 개스킷, 5 — 커플링 너트, 7 — 히터 배출구.

맨드릴에서 나선형을 제거한 후 약간 풀리면서 직경이 증가하기 때문에 (약 1-3mm) 맨드릴은 계산보다 작은 직경으로 가져와야합니다.이 감소는 재료의 탄성에 따라 다르며 각 배치에 대해 실험적으로 결정해야 합니다. 발전소에서는 지그재그 히터가 특수 기계에서 생산됩니다.

최대 1000 ° C의 온도까지의 히터 콘센트는 내열강, 크롬-니켈 또는 크롬으로 만들어지며 고온의 경우 합금 0X23Yu5A (EI-595)로 만들어집니다. 이를 위해 와이어의 열 방출을 줄이기 위해 히터 단면의 3-4 배에 해당하는 단면적을 가진 막대 인 선재를 사용하십시오. 고가의 재료를 절약하기 위해 저온 영역에 위치한 배출구 부분은 일반 탄소강으로 만들 수 있습니다. 와이어 및 스트립 히터에 대한 일반적인 리드 디자인이 그림 1에 나와 있습니다. 5.

지그재그 스트립 가열 요소에서 개별 지그재그의 상호 차폐는 스트립 너비의 두 배를 초과하는 피치에서도 여전히 비교적 큽니다. 스트립이 제품을 향하는 방식으로 히터를 설계하는 것이 더 유리할 것입니다. 그러나 이것은 스트립의 각 회전에 두 개의 용접이 있고 히터 설계가 비싸고 뒤틀림이 발생하기 쉽기 때문에 많은 용접이 필요합니다.

따라서 이러한 히터는 경우에 따라 사용되지만 소형 용광로에만 사용됩니다. 그들은 스트립 및 특히 와이어 히터에 비해 상당한 재료 절약을 제공하며 동일한 재료 소비에 대해 약간 더 높은 벽 표면 전력을 얻을 수 있습니다.

캐스트 림이 있는 히터, 니크롬으로 주조되고 특수 후크에 매달린 히터도 평면 히터에 접근합니다(그림 6).물론 다양한 히터는 큰 단면으로만 만들 수 있으므로 대형 용광로에서 사용하거나 전압을 낮춰야 합니다. 그들의 장점은 수만 시간으로 측정되는 높은 신뢰성과 긴 서비스 수명입니다. 일반적으로 적절하게 계산되고 설계된 니크롬 히터는 6000~12000시간(저전류)에서 작동해야 한다고 믿어집니다.

머플 및 튜브 퍼니스에서 와이어 및 스트립 히터는 세라믹 머플 또는 튜브에 직접 감겨있어 가열 팽창 중 코일의 회전이 약해지지 않고 제자리에서 움직이지 않으며 세라믹에는 채널이 제공됩니다. 테이프 또는 와이어가 놓인 곳. 히터의 회전을 세라믹에 고정하는 또 다른 방법은 내화 점토로 내화 점토 층으로 감은 후 후자를 코팅하는 것입니다.

쌀. 6. 여름 히터.

쌀. 7. 로드 튜브 히터.

최대 400-500 ° C의 용광로에는 더 많은 유형의 히터가 있습니다. 고온 용광로와 마찬가지로 개방형 와이어가있는 나선형 및 밴드 지그재그 히터 외에도 교체 가능한 발열체 설계가있어 모든 전력을 생산하는 데 사용할 수 있고 동시에 소손 될 때 편리합니다. 요소를 쉽게 교체할 수 있습니다. 여분의.

관형 막대 가열 요소는 내열 또는 강철 막대에 연결되고 강철 튜브에 배치되고 한쪽 끝이 용접되고 다른 쪽 끝이 납 절연체로 닫힌 도자기 절연체 세트입니다. 니크롬 나선은 한쪽 끝이 절연체 와이어에 용접되고 다른 쪽 끝이 중앙 막대에 용접된 도자기 절연체에 감겨 있습니다.

때로는 파이프와 히터 사이의 공간이 석영 모래로 채워집니다. 이 유형의 히터는 최대 400-500 ° C 및 최대 1000 ° C의 내화 튜브와 함께 사용할 수 있으며 히터를 기계적 손상이나 부식성 증기의 작용으로부터 보호해야 하는 대형 용광로에 특히 편리합니다. 그림 7).

큰 관심은 소위 "관형" 발열체입니다(그림 8). 그들은 니크롬 나선형이있는 축을 따라 히터 끝의 출력 볼트에 용접 된 강철 튜브로 구성됩니다. 나선형과 튜브 벽 사이의 공간은 전기 절연성이 우수하고 동시에 높은 열전도율을 갖는 결정질 산화 마그네슘인 페리클레이즈로 채워져 있습니다. 가열 요소의 생산은 다음과 같이 수행됩니다.

강철 막대에 감긴 니크롬 나선형을 준비된 깨끗한 강철 튜브에 축 방향으로 엄격하게 장착하고 튜브를 진동기에 수직으로 고정하고 자기 분리기를 통과하는 periclase 분말로 채웠습니다. 그런 다음 막대를 파이프에서 제거하고 단조 기계를 통과하여 원주 주위를 망치로 두드려 직경을 줄이고 periclase를 매우 압축합니다.

봉인 된 납 절연체가 튜브의 가장자리에 부착 된 후 periclase 개스킷 덕분에 어떤 식 으로든 구부릴 수 있고 편리한 모양을 얻을 수 있습니다. 이 형태에서 관형 요소는 공기(전기 히터), 오일, 질산염을 가열하고 주석, 납, 바비트와 같은 저융점 금속을 녹이는 데 사용할 수 있습니다.후자의 경우 금속 파이프 벽의 급속한 부식을 방지하기 위해 내부에 관형 가열 요소가 있는 거대한 판을 형성하는 주철로 미리 채워져 있습니다.

쌀. 8. 관형 히터.

외부 가열이 있는 욕조에 비해 에너지 소비를 줄이고 욕조의 안전성을 높이며 니크롬을 크게 절약하기 때문에 질산염이 있는 욕조에 관형 히터를 사용하는 것이 매우 바람직합니다. 그러나 특히 500 ° C 이상의 온도에서 질산염에서 만족스럽게 작동하려면 준비된 히터에 열에 강한 두 번째 튜브 인 니켈을 배치하여 튜브의 이중 재킷을 만들어야합니다.

전기 히터에 사용할 때 공기로의 열 전달을 증가시키기 위해 지느러미가 있습니다.

관형 히터는 가정용 난방 장치 생산에 매우 널리 사용됩니다.

관형 히터는 수백 와트에서 몇 킬로와트의 전력으로 작동합니다.

업계에서 제조한 튜브 히터에 대한 데이터는 카탈로그에서 확인할 수 있습니다.