Файл: Эстрин, Б. М. Производство и применение контролируемых атмосфер (при термической обработке стали).pdf

герметического металлического кожуха и плотным при­ леганием загрузочных и разгрузочных дверец. Выводы термопар, нагревательных элементов, шеек роликов и др. герметизируют, применяя специальную арматуру.

Нагревательные элементы—важнейшая часть вся­ кой электрической печи сопротивления; ими определяет­ ся надежность печи в эксплуатации.

Нагреватели, особенно находящиеся в защитных сре­ дах1 , как правило, работают в очень тяжёлых темпера­ турных условиях, близких к предельно допустимым для материала, из которого они выполнены.

Основными факторами, обусловливающими срок службы нагревателей, являются максимальная темпера­ тура, при которой они работают (насколько температу­ ра нагревателя выше температуры нагрева изделий), и газовая среда, его омывающая.

При правильном расчете нагревательного элемента, а главное при рациональной его конструкции, обеспечи­

щие окисные пленки, обусловленные малой скоростью окисления основного материала в определенном интер­ вале температур в течение длительного времени.

газовая коррозия материала резко усиливается н срок службы нагревательного элемента весьма сокращается.

По мере работы нагревательного элемента количест­ во окислов непрерывно растет и сечение металлической сердцевины уменьшается, вызывая постепенное увеличе­ ние электрического сопротивления и падение выделяе­ мой мощности. В США практикой установлено, что при уменьшении сечения нагревателя на 8—10% срок его службы быстро сокращается, вследствие чего необходи­ ма его замена. Места с затрудненной теплоотдачей обу­ словливают большую потерю сечения в результате более сильного окисления. Понятно, что чем больше сечение

1 Это объясняется тем, что светлая поверхность изделия затруд­ няет передачу тепла излучением.

222

нагревательного элемента, тем меньшими в процентном отношении будут сужения, обусловленные окислением и местными перегревами. Поэтому срок службы нагревате­ лей находится в прямой зависимости от величины диа­ метра для проволоки или от толщины для ленты. Напри­ мер, срок службы проволоки диаметром 10 мм должен быть вдвое больше, чем проволоки диаметром 5 мм. Следует учесть, что срок службы проволоки значительно больше срока службы ленты, равновеликой по площади сечения [56].

Так, например, лента площадью сечения 40 мм2 : из­ нашивается примерно вдвое быстрее, чем проволока диа­ метром 7,14 мм (при той же площади сечения). Это объясняется следующим.

Для данного сплава при данной температуре срок службы нагревателя прямо пропорционален толщине окисленного слоя в конце срока службы и обратно про­ порционален средней скорости окисления данного спла­

д л я л е н т ы с с о о т н о ш е н и е м с т о р о н т = 1 0 s = 0,0458а. (г)

Для ленты 2X20 мм к концу срока службы толщина окисленного слоя составит 0,0458-2=0,0916 мм, а для проволоки диаметром 7,14 мм она будет равна 0,025Х

223

Х7,14 = 0,1785 мм, или, другими словами, срок службы проволочного нагревателя в 0,1785/0,0916=1,96 раз выше.

Сплавы сопротивления, работающие в контролируе­ мых средах, подвергаются сложной газовой коррозии,

вается соотношение стойкостей для атмосферы эндо­ термического и экзотермического газов. В последнем случае на это соотношение сильно влияет темпера­ тура.

При оценке срока службы нагревательных элементов в контролируемых средах иногда можно с достаточной достоверностью использовать данные по стойкости в ат­ мосфере воздуха (рис. 74).

Чтобы ослабить влияние сложной коррозии (наблю­ даемой в контролируемых средах) на электросопротив­ ление, необходимо применять нагреватели только круп­ ных сечений.

Основным способом передачи тепла от нагреватель-

224

ных элементов (радиантных труб, муфелей) к изделиям является теплообмен излучением.

Среди многих факторов, влияющих на эффективность лучистого теплообмена, следует выделить состояние по­ верхности нагреваемого материала.

Рассмотрим теплообмен между нихромовыми нагре­ вательными элементами печи и садкой — сталью, у ко­ торой в одном случае поверхность окисленная, а в дру­

В результате этого в одних и тех же условиях за еди­ ницу времени сталь со светлой поверхностью восприни­ мает почти вдвое меньше лучистой энергии, чем сталь с окисленной поверхностью.

Прогрев изделий в печи определяется не только теп­ лообменом с поверхностью, но главным образом усло­ виями переноса тепла в глубь изделия.

Скорость нагрева изделия, как правило, лимитирует­ ся второй стадией процесса теплопередачи, протекающей диффузионным путем. Чем толще изделие, тем меньше влияет поверхностный теплообмен на общее время на­ грева.

Поэтому для тонких изделий следует ожидать замед­ ленной скорости нагрева в защитной среде.

Также очевидно существование критической толщи­ ны изделия, при которой время нагрева не зависит от состояния поверхности. Результаты экспериментальных работ по нагреву стальных изделий, проведенные в ла­ бораторной муфельной печи с камерой охлаждения, да­ ны в табл. 19.

Анализ приведенных данных показывает, что ско­ рость нагрева трубчатого образца с исходной светлой поверхностью в защитной среде снижается на ~50 %