УДК 669.186.3
Управление процессом нагрева в тигельных печах
Киреев Кирилл Александрович – студент Самарского государственного технического университета.
Аннотация: В данной статье рассматривается процесс нагрева в тигельных печах. Описывается строение тигельных печей, их применение и способы управления процессом.
Ключевые слова: тигельные печи, устройство, автоматическое управление, ручное управление.
Тигельные печи (далее по тексту – ТП) - это специальные устройства, применяемые в различных отраслях промышленности и лабораторных исследованиях для нагрева различных материалов до очень высоких температур. Эти печи имеют множество применений и используются в таких отраслях как металлургия, химическая промышленность, керамика, стекольная промышленность, а также в лабораториях для проведения различных экспериментов и исследований.
Устройство ТП включает в себя:
- Корпус печи: Это обычно металлическая или керамическая конструкция, которая обеспечивает защиту от потерь тепла и изоляцию.
- Тигли: Это емкости, в которых размещаются обрабатываемые материалы. Они способны выдерживать высокие температуры и химические агенты.
- Обогревательные элементы: Они создают тепло, которое передается на тигли и содержимое внутри них.
- Система контроля и регулирования: ТП обычно оснащены системами контроля температуры и регулирования, которые обеспечивают стабильные условия нагрева.
Основной компонент ТП - тигель, который представляет собой емкость, обычно изготовленную из специальных материалов, таких как глина, графит, кварц и т.д., способных выдерживать высокие температуры без деформации или разрушения. Тигель служит для содержания нагреваемого материала, будь то металл, стекло, керамика или химические вещества.
Рисунок 1. Схема электрической ТП сопротивления для легких сплавов: 1 – термопара; 2 – крышка; 3 – электрические нагреватели; 4 – тигель; 5 – вытяжной зонт.
ТП могут работать при очень высоких температурах, достигая нескольких тысяч градусов Цельсия, в зависимости от конкретного применения. Это позволяет плавить металлы, обжигать керамику, выплавлять стекло и проводить различные химические процессы.
Существует несколько типов ТП, включая электрические, газовые и индукционные. Электрические печи используют электрическое сопротивление для нагрева тигля, газовые - сжигают газ для создания высоких температур, а индукционные печи используют электромагнитные поля для нагрева материала.
ТП используются для различных процессов, включая нагревание различных материалов, расплавление металлов или обжиг керамики. Управление процессом нагрева в таких печах обычно осуществляется с помощью регулирования температуры и времени.
Основные шаги процесса автоматического управления нагревом в ТП:
- Задание температуры: Оператор задает требуемую температуру, которую необходимо достичь внутри печи для выполнения конкретного процесса.
- Измерение температуры: Внутри печи устанавливаются термопары или термодатчики, которые непрерывно измеряют текущую температуру.
- Управление обогревом: После измерения температуры, система управления печью регулирует подачу тепла. Это может быть достигнуто путем включения или выключения электронагревательных элементов или подачи газа .
- Обратная связь и коррекция: Во время процесса нагрева система постоянно сравнивает измеренную температуру с заданной. Если есть расхождение, система корректирует выходные параметры, чтобы устранить различие и поддерживать желаемую температуру.
- Остановка процесса: По достижении требуемой температуры процесс нагрева может быть остановлен, либо печь может перейти в режим поддержания заданной температуры.
- Охлаждение: После завершения процесса нагрева, печь может быть охлаждена до безопасного для обработки уровня.
Управление может осуществляться как автоматически, так и вручную в зависимости от типа печи и требований процесса.
Вручную управляемые ТП представляют собой термические устройства, которые контролируются и настраиваются оператором вручную, без использования автоматизированных систем управления. Этот процесс может быть достаточно трудоемким и требует определенных навыков и опыта.
Общий процесс ручного управления нагревом в ТП выглядит следующим образом:
- Подготовка печи и тигля: Прежде чем начать нагрев, необходимо убедиться, что печь и тигель находятся в хорошем состоянии. Печь должна быть чистой от предыдущих материалов или остатков, чтобы избежать загрязнения или реакций с новым материалом. Тигель также должен быть подходящего размера и материала для конкретного процесса.
- Наложение материала в тигель: Оператор должен аккуратно налить или поместить материал, который будет нагреваться, в тигель. Это может быть металлический сплав, керамическая смесь, стеклянная форма или химическое вещество.
- Запуск нагрева: После того как материал находится в тигле, оператор запускает нагревательные элементы печи. В случае электрической печи это может быть включение электрических спиралей или нагревательных элементов, а для газовых печей - запуск горелок.
- Контроль температуры: Оператор непрерывно контролирует температуру внутри печи с помощью термопар или термометра. В процессе нагрева температура может быть повышена или понижена в зависимости от требований конкретного процесса.
- Регулировка температуры: Если необходимо изменить температуру, оператор вручную регулирует мощность нагрева или другие параметры управления печью. Это может быть выполнено путем изменения электрического тока, газового потока или других факторов, влияющих на теплообмен в печи.
- Остановка процесса: По завершении процесса нагрева и достижении необходимой температуры оператор выключает нагрев и дает печи остыть до безопасного состояния. После этого материал может быть извлечен из тигля для последующей обработки или использования.
Ручное управление нагревом в ТП требует внимания к деталям и понимания процесса нагрева и материалов, которые используются. Оператор должен иметь навыки работы с оборудованием и способность быстро реагировать на изменения условий процесса.
Список литературы
- А.Б. Кувалдин, М.А. Федин. Идентификация индукционных тигельных миксеров как объектов параметрической системы управления. Индукционный нагрев, №1 (23), 2013. С. 19 – 24.
- Шекалов А.А., Штрейс Я.И., Блинов Б.В. Плавка в малых индукционных печах. М. – Л., Изд. «Машиностроение», 1965.
- Автоматическое управление электротермическими установками: Учебник для вузов / А.М. Кручинин, К.М. Махмудов, Ю.М. Миронов и др.; Под ред. А.Д. Свенчанского. – М.: Энергоатомиздат, 1990.