книги / Электрооборудование электровакуумного производства
..pdfт\ ____________ ______U
0 0,5 1,0 1,5 г,0 2,5M^5S£1;MM
1 |
1 |
_______ I___________ I |
I |
|||
|
5 |
5 |
7 |
9 |
I„f,oe,MM |
|
i_______ i__ i |
i |
i |
i |
i__ |
||
0 |
1 |
2 |
5 |
9 |
5 |
6 |
Толщина ленты(при i = 10),MM
Рис. 2-23. Рекомендация выбора рабочей температуры нагревателя в зависимости от массивности и материала нагревателя.
l_ lI________ I___________ L_J_________
Рис. 2-24. Скорость окисле ния сплавов сопротивления при различных температу рах.
950 1050 1150°С
Рис. 2-25. Срок службы нагре
вателя |
из |
проволоки |
диамет |
||
ром |
1 |
мм |
(до |
окисления на |
|
20% |
первоначального |
сечения1 |
|||
в зависимости |
от температуры |
||||
|
|
нагревателя. |
|
Рис. 2-26. Изменение удельного сопротивления при нагреве для не которых элементов.
М Е Т О Д И Ч Е С К А Я Э Л Е К Т Р И Ч Е С К А Я П ЕЧ Ь
Одним из видов широко применяемого в электро вакуумном производстве оборудования для термообра ботки изделий являются крупногабаритные методиче ские печи сопротивления. Такие печи, например, при меняются при изготовлении стеклооболочек приборов, при технологических операциях, связанных с отжигом или обжигом полуфабрикатов или готовых изделий пос ле завершающих операций.
Рассмотрим в качестве примера конструкцию и
принцип работы |
методической |
печи |
сопротивления |
с циркулирующей |
атмосферой, |
которая |
используется |
для термообработки кинескопов для цветного телевиде ния после операции алюминирования. Печь производит обработку изделий с максимальной температурой 480°С. Транспортировка изделий внутри рабочей зоны печи осуществляется с помощью конвейера из проволочной
ленты.
Печь состоит из следующих частей (рис. 2-27): стол накладной 1, дверь 2, нагревательные камеры 3, венти-
№
Лйционная камера 4, холодильная камера 5, стол длй натяжки ленты 6, привод конвейерной ленты 7. За на кладным столом и перед вентиляционной камерой уста новлены две двери, которые закрываются при вводе печи в рабочие режимы. Каждая нагревательная каме ра 3 имеет две зоны разогрева. В каждой из двух зон камер нагрева размещены по два вентилятора, установ ленных на противоположных боковых стенках. Нагрева тельные элементы расположены один над другим: один на поде печи, другой — на потолке. Они установлены
в специальных воздушных каналах, которые соединены между собой воздухопроводами. Таким образом, систе ма вентиляторов и нагревательных элементов образует единую кольцевую систему. Воздушные каналы обра зуются коробами, укрепленными на специальных опо рах и подвесках внутри камер.
Конвейерная лента, на которой размещаются обра батываемые изделия, перемещается внутри печи на специальных опорных валиках, концы которых установ лены в подшипниках качения. Конструкция опор вали ков предусматривает возможность регулировки зазоров во избежание заклинивания верхней ветви под воздей ствием высоких температур. Возвращение ленты к на чалу печи происходит под печью. Кронштейны, в кото рых закреплены корпуса опорных подшипников, позво ляют опорам качаться, что делает перемещение ленты свободным, без заклинивания нижней ветви при нагреве.
В корпусе вентиляционной камеры размещены четы ре вентилятора. Их взаимное расположение такое же, как и расположение вентиляторов в камере подогрева: в боковых каналах камер на противоположных стенках камеры.
Постепенное охлаждение изделий обеспечивается прохождением их через холодильную камеру. В камере
123
нет специальных вентиляторов, и циркуляция воздуха
в |
ней осуществляется за счет естественной конвекции |
по |
регулируемым воздухопроводам, расположенным |
в поде камеры и на ее потолке. |
|
|
Температура в вентиляционной и холодильной каме |
рах устанавливается в соответствии с расчетными кри выми и регулируется. Контроль температуры в камерах осуществляется с помощью термодатчиков и электриче ских приборов, установленных на щите управления.
Привод ленты размещен под плитой, которая вы полняет роль стола для разгрузки печи. Помимо элек тродвигателя и редуктора, в механизм привода входят приводной и уравновешивающий валики, направляю щие валики. Весь приводной механизм смонтирован на отдельной раме и может быть целиком вынут из печи. Поскольку скорость движения цепи и, следовательно, скорость вращения валиков невелики, то движение при водным деталям передается с помощью цепных пере дач, чем достигается также уменьшение проскальзыва ния и поддержание скорости горизонтального переме щения ленты в заданных пределах.
Приборы контроля работы печи и управления про цессом размещены в специальном распределительном щите. Щит выполнен в виде пятисекционного шкафа, устанавливаемого на фундаменте в непосредственной близости от печи. На передней стенке щита размещены контрольные, измерительные и управляющие приборы. В каждой из пяти секций щита имеется своя стойка, на которой укреплены сборные шины, предохранители, защитные выключатели и клеммные щитки. Доступ ко всем приборам и элементам электрооборудования от крывается через заднюю съемную стенку. Открытие задней стенки сопровождается автоматическим отклю чением системы электропитания в целях обеспечения безопасности обслуживания.
В левой верхней части щита помещен защитный вы ключатель на 2000 А с шарнирным приводом, являю щийся главным выключателем системы. Этот автома тический выключатель является главным защитным устройством всего щита по максимальному току. Для контроля фазного напряжения и общего потребления тока всей печью в нижней части распределительного щита размещены три вольтметра на 250 В и три ампер метра на 1500 А, а также трехфазный ваттметр. В дру
124
гих частях распределительного щита размещены прибо ры и устройства, необходимые для управления нагрева тельными элементами отдельных зон, для управления' работой привода печи, для регулировки оборотов элек тродвигателей вентиляторов в различных зонах печи.
Конструкция печи предусматривает возможность дифференцированной регулировки режима температуры в каждой из 11 нагревательных камер. Этим обеспечи вается универсальность печи, возможность ее использо вания для проведения различных по интенсивности и характеру процессов. Поэтому каждая зона оснащена автономными устройствами для установления и поддер жания на заданном уровне рабочего режима. Соответ ственно на распределительном щите имеются устройст ва, позволяющие следить за режимами в каждой зоне и регулировать их. Такими устройствами являются ре гулятор с сигнализатором, включатель, контактор, пере ключатель системы питания «треугольник — звезда» и предохранители. Питание электрооборудования разных секций осуществляется с помощью соединительных сборных шин.
Контроль за вводом печи в .заданный режим, за хо дом процесса ведется по электроизмерительным прибо рам, показывающим температуру в каждой зоне.
В целях уменьшения непроизводительных потерь электроэнергии и сокращения теплоотдачи в окружаю щую атмосферу внутренние поверхности деталей печи, а также корзины, предназначенные для размещения нагревательных элементов, армированы алюминием. Внешние поверхности окрашены специальной светлой жаропрочной краской. Благодаря этому, а также бла годаря наличию дверей с двух сторон рабочей зоны пе чи потери тепла сведены к минимуму и температура внешних поверхностей деталей печи не. превышает 45°С.
Система автоматического регулирования температу ры с помощью электрорегуляторов обеспечивает под держание заданной температурной кривой с отклоне ниями ±1,5% от установленного значения. В различ ных точках поперечного сечения печи отклонения температуры не превышают ±6°С. Столь высокая точ ность соблюдения температуры по сечению при весьма значительных габаритах печи достигается благодаря равномерной циркуляции воздушных масс внутри поло сти печи. Циркуляция, как указывалось выше, обеспе-
125
Чиваегся вентиляторами, расположенными в каждой рабочей зоне печи. По среднему каналу воздух из объема печи засасывается вентилятором и направля ется в верхний и нижний каналы. В этих каналах раз мещены нагревательные элементы, которые подогревают воздух, идущий вновь в полость печи.
В пространстве печи в шахматном порядке (по стен кам) размещены термоэлементы, являющиеся датчика ми регуляторов. Для независимого контроля за ходом процесса установлены автономные датчики, связанные с контрольным прибором температуры, размещенным в распределительном щите. Интенсивность процесса охлаждения выходящих из печи обрабатываемых дета лей можно эффективно регулировать установкой регули рующих клапанов в вентиляционной и холодильной ка мерах.
Установка режима обработки, который в дальней шем должен автоматически поддерживаться, произво дится при полностью загруженной печи. В дальнейшем при проведении процесса режим загрузки и разгрузки должен поддерживаться постоянным, поскольку отсут ствие деталей (или их избыток) приведет к нарушению теплообмена между воздухом в объеме печи и обраба тываемыми изделиями. В процессе работы печи необ ходимо следить за тем, чтобы лента не останавлива лась: остановка ленты более чем на 10 мин при температуре в печи около 250°С может привести к тем пературной деформации ленты. Деформация ленты может быть также следствием постоянной неравномер ной загрузки печи по ширине зоны.
При выключении печи необходимо следить за тем, чтобы выключение двигателя и остановка ленты были произведены не ранее, чем температура в печи не ста нет ниже 250°С.
С П Е Ц И Ф И К А Т Е Х Н О Л О Г И И И Т Е Х Н И К А Б Е З О П А С Н О С Т И
Наиболее распространенными видами нагреватель ного оборудования являются термические печи. Нагрев в печах имеет ту особенность, что совершенно не тре буется контакта обрабатываемых изделий с нагрева тельными элементами конструкции печи. В печах тепло передается свободным воздействием лучистой энергии или конвекционных газовых потоков рабочего простран ства на поверхность изделий. Эта специфика обработки
126
в печах в определенных условиях выгодно отличается от других способов нагрева изделий. Термическое оборудо вание для осуществления различных операций со зна чительным диапазоном температур (от 100 до 1500°С), а также специфика обработки разнообразных изделий, различающихся размерами и формой, требующих для предохранения от окисления и обезуглероживания при
менения |
нейтральной среды или вакуума, |
выполняется |
весьма |
разнообразным по конструкции. |
Еще больше |
усложняется конструктивное исполнение |
применением |
различных механизмов, обеспечивающих надежное под держание заданных технологических параметров, пере мещение и выгрузку изделий. Требуемая точность регу лирования технологических параметров достигается применением малоинерционных печей с автоматическим управлением и многозонным регулированием темпера туры. Принцип многозонного регулирования темпера туры заключается в том, что рабочее пространство печи разбивается на ряд зон, каждая из которых имеет само стоятельное управление и контроль теплового режима. Это упрощает ведение процесса и увеличивает точность регулирования. Механизация и автоматизация в настоя щее время являются обязательным условием эффектив ного осуществления прогрессивных процессов термиче ской обработки. Автоматизация способствует внедрению наиболее передовой технологии. Например, только при автоматическом перемещении проволок или ленты мож но производить нагрев скоростным методом: токами высокой частоты, контактным электронзгревом и т. д. Для термической обработки быстроокисляющихся спла вов и таких металлов, как вольфрам, титан, цирконий и др„ применяются вакуумные печи. Нагрев в условиях вакуума, кроме предохранения от окисления и обезугле роживания, производится также с целью дегазации изделий. В вакуумных печах значительно легче под держивать температурный режим. Вакуумные печи вы полняются как с низким вакуумом, так и с высоким вакуумом. В низкотемпературных условиях (до 650°С) можно создавать вакуум только внутри муфеля. При высокой температуре (свыше 1000°С) из-за опасности раздавливания муфеля поименяют либо муфель неболь шого диаметра, либо вакчумируют всю печь. Вакуум ные печи могут быть безмчфельными. Для получения низкого вакуума применяются механические насосы.
Высокий вакуум достигается работой двух последова тельно включенных насосов: пароструйного для полу чения высокого вакуума и механического форвакуумного.
При анализе любой конструкции необходимо иметь в виду, что печь представляет собой разновидность теп лообменного аппарата, предназначенного для работы в условиях относительно высоких температур. Механиз мы печей, работающих в условиях знакопеременной температурной нагрузки, должны быть простыми и прочными. Конструкция печи должна предусматривать возможность быстрой замены некоторых, часто выходя щих из строя, элементов оборудования (например, та ких. как дверцы, муфель, обмотки нагревателя) на новые по возможности без охлаждения рабочего про странства.
Особенности технологических процессов получения и обработки тугоплавких металлов, таких, как сложная химическая переработка, механическая обработка с нагревом до высоких температур, различ ные отжиги, нанесение покрытий и др., требующих применения кис лот, щелочей, газов и проводимых на оборудовании с высокой насы щенностью различной электроаппаратурой, представляют повышен ную опасность для работающих. Так, например, при заготовке хими ческих полуфабрикатов на операциях химической обработки порош ков тантала (дробления, гашения и размола восстановленной массы, дробления и размола гидрида тантала, кислотной обработки порош ка, сушки его и смешивания) определенную опасность представляет работа с кислотами и щелочами. При несоблюдении правил техники безопасности возможны химические ожоги и поражение дыхатель ных путей. Кроме того, работа с натрием, активно реагирующим с водой, представляет взрывоопасность и опасность выброса водных растворов при гашении и применении мокрого размола. Сварка штабиков тантала проводится в вакуумных электропечах и связана с работой на пароструйных насосах и нагревом штабиков электриче ским током. Специфические опасности сварки штабиков тантала — отравление ртутью, ожоги и поражение электрическим током. Травле ние в расплавленной щелочи и селитре вольфрамовых и молибдено вых изделий проводится в металлическом тигле, помещенном в электрическую печь. Температура расплавленной щелочи составляет 400—450°С. Основные опленоети при травлении в расплавленной ще лочи — химические ожоги, тепловые ожоги, поражение электрическим током. Механическая обработка тугоплавких металлов также сопро вождается различными специфическими опасностями. Так, рубка пластин и прутков из тугоплавких металлов (вольЛрама и молибде на) и штамповка изделий из них проводятся при нагреве заготовок в водородных электропечах до температуры 1000—1200°С. Ковка
водыйрлмя и |
молибдена производится с предварительным нагревом |
|
в водородных |
электропечах при температуре 1000—12503С., прокат |
|
пластин н штабиков выполняется с предварительным нагревом |
в во |
|
дородных печах. Все эти процессы представтяют повышенную |
опас |
ность, заключающуюся в возможности получения тепловых ожогов
128
поражения электрическим током и взры воопасности при образовании
гремучей смеси, |
а такж е возм ож ности |
получения механических травм |
||||
в виде порезов |
и уш ибов. |
Г рубое |
и |
среднее |
волочение |
проволоки |
производится иа |
цепном стане и на |
маш инах |
волочения с |
прямым и |
||
косвенным электронагревом |
(М 6В -650М , М 6В -300, М В -100 и д р .). |
Источниками повышенной опасности при волочении являются кон
центрированные щелочи, серная кислота, |
наличие вращ аю щ ихся и |
|||||||
движ ущ ихся |
частей, |
горячая |
проволока, |
электрические |
муфельны е |
|||
печи, водород. В связи с вышеуказанным |
возм ож ны тепловые и хи |
|||||||
мические ож оги, пораж ения электрическим |
током, механические трав |
|||||||
мы в виде порезов и уколов. Электрические муфельны е |
печи, р а б о |
|||||||
тающ ие в |
защ итной |
атмосфере |
(в о д о р о д ), |
являются источником по |
||||
вышенной |
опасности |
не |
только |
из-за возм ож ности пораж ения элек |
||||
трическим |
током, но |
и |
взрывоопасны. Д а ж е |
применение |
графитовой |
|||
смазки при |
волочении |
м ож ет |
представлять |
опасность в |
случае по |
падания ее на пол, который становится скользким. Технологический процесс отж ига для проволоки разны х диам етров, проводимый на установках промежуточного и отделочного отж и га с водородны ми электрическими печами, такж е характеризуется повышенной опасно стью пораж ения электрическим током, взры воопасностью, тепловыми я химическими ож огам и, порезами, отравлением газам и (водород, препарир-газ). Операция сверления алм азов при помощи квантового
генератора связана |
с |
повышенной опасностью пораж ения световым |
||||||
лучом |
и |
пораж ением |
электрическим током. Д л я к аж дого |
технологи |
||||
ческого |
|
процесса и |
|
соответствую щ его оборудования |
составляется |
|||
местная |
инструкция |
с |
указанием источников |
повышенной |
опасности |
|||
и мер |
безопасности |
при проведении данного |
процесса |
и |
при |
работе |
||
с конкретным оборудованием . В процессе получения чистого |
м етал |
|||||||
лического вольфрама, |
м олибдена и тантала, |
а такж е |
при |
последую |
щ ем изготовлении проволоки и других изделий могут иметь м есто
факторы, неблагоприятные в гигиеническом |
отнош ении, как, напри |
мер, выделение паров аммиака при загрузке |
вольфрамовой кислоты |
в водный раствор аммиака, выделение пыли при загрузк е в лодочки, ионизирую щ ие излучения в процессе получения торированного воль фрама и т. д. П оэтом у в качестве профилактики несчастных случаев
на производстве необходим о |
изыскание технических средств, |
обесп е |
|||
чивающих безопасность при |
обслуж ивании оборудования, а |
такж е |
|||
технологического и трудового |
процесса. К ром е того, необходим а п од |
||||
готовка работаю щ их, |
их обучение и |
инструктирование по безоп ас |
|||
ным |
приемам труда, |
использованию |
индивидуальны х средств |
защ и |
|
ты, |
правильной организации |
рабочего |
м еста и полному соблю дению |
правил техники безопасности, промышленной санитарии и противопо
ж арной техники. Автоматизация, механизация |
и герметизация про |
||||
изводственны х процессов, |
особенно на участках получения м еталли |
||||
ческих вольфрама, |
м олибдена и тантала и таких, как процесс очист |
||||
ки вольфрамовой |
кислоты |
аммиачным |
м етодом , |
а такж е |
применение |
укрытий, оборудованны х |
отсосами, и |
другие технические |
мероприя |
тия позволяю т резко снизить различные профессиональны е вредности
и |
улучшить условия труда в производстве |
тугоплавких |
металлов. |
||||||||
С |
этой |
целью |
необходим о |
проводить |
оздоровительны е мероприятия, |
||||||
направленные |
на |
предуп реж дени е |
поступления |
в |
в озд ух |
произ |
|||||
водственны х |
помещ ений пыли редких металлов |
и |
газов, |
а |
такж е |
||||||
на |
борьбу с |
избыточными |
тепловыделениями. |
Больш ое |
внимание |
||||||
следует |
уделять |
вопросам |
личной гигиены |
работаю щ их |
на |
п р оиз |
|||||
водстве. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
9 — 75 |
129 |
2-3. СВАРОЧНОЕ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ
С В А Р К А . К Л А С С И Ф И К А Ц И Я С П О С О Б О В С В А Р К И
Сварка — высокопроизводительный процесс соедине ния материалов за счет появления между соединяемы ми поверхностями межатомной (для металлов — метал лической) связи. Физические основы электрической сварки весьма просты —для получения сварного соеди нения необходимо сблизить поверхности соединяемых материалов на расстояние действия межатомных сил. На процесс соединения оказывает сильное влияние со стояние поверхности — наличие окислов, жировых пле нок, слоев адсорбированных газов и т. д. Для устране ния вышеуказанных причин, мешающих получить ка чественное сварное соединение твердых материалов, используются нагрев и давление. При нагреве с повы шением температуры снижается твердость материала и повышается его пластичность, причем в случае доведе ния материала до расплавления (получение жидкой фазы) отпадают затруднения, связанные с твердостью материала, так как объемы жидкого металла самопро извольно сливаются в общую сварочную ванну. Пла стическую деформацию материала получают также приложением соответствующего давления. Так как за метное взаимодействие атомов проявляется на расстоя ниях менее 5 ДО-10 м, а поверхности деталей в зависи мости от механической, химической подготовки и усло
вий нагрева |
покрыты |
продуктами |
взаимодействия |
с окружающей |
средой |
и различными |
загрязнениями, |
а также имеют даже при самой совершенной обработке высоту неровностей по поверхности более 10-8 м, то необходимо прилагать значительные усилия для их сближения. За счет приложения достаточного давления можно получить столь значительную пластическую де формацию, что материал начинает течь подобно жидко сти. Перемещаясь вдоль поверхности раздела, загряз ненный поверхностный слой вытесняется наружу, в со прикосновение приходят внутренние свежие слои и сливаются в одно целое. С повышением температуры осадка облегчается, а величина необходимого давления уменьшается. Возможны различные соотношения между нагревом и давлением: от расплавленного металла без осадки (давления) до одной осадки без нагрева. В со ответствии с этим различают три разновидности свар-
130