Водородная печь для отжига: принцип работы, конструкция, виды, преимущества и сферы применения

Водородные печи для отжига применяются в различных сферах промышленности. Происходит обработка разных видов стали и цветных металлов в водородной среде.

Содержание:

1. Водородная печь – принцип работы
2. Конструкция водородной печи
3. Разновидности водородной печи
4. Преимущества водородных печей
5. Применение

Отжиг представляет собой разновидность термообработки, при которой материал нагревается до сверхвысоких температур, выдерживается так определенное время, а потом медленно остужается до температуры комнаты. Это улучшает микроструктуру материала, повышает его однородность и уменьшает твердость, что облегчает последующую обработку.

Водородная печь – принцип работы

Водородная печь – принцип работы

Принцип действия водородных печей заключается в следующем:

• В рабочую камеру помещается изделие, после чего дверца плотно закрывается, и температура внутри повышается до необходимых значений: для полного отжига – на 30-50 градусов выше верхней критической точки, для неполного – до температуры между верхней и нижней критическими точками.
• Закачивается водород (некоторые печи работают с диссоциированным аммиаком). При нагревании материала в водородной среде может меняться его состав, цвет и кристаллическая структура.
• Изделие выдерживается внутри камеры при установленной температуре. Затем она постепенно снижается, что обеспечивает медленное охлаждение материала.

Суть отжига в водородной печи заключается в постепенном охлаждении материалов для обеспечения поддержания одинаковой температуры во всем их объеме.

Конструкция водородной печи

Конструкция водородной печи

Конструкция печи может отличаться в зависимости от ее разновидности. Но чаще всего устройство водородных печей включает следующие конструктивные элементы:

• цилиндрическая или прямоугольная камера;
• выдвижной подиум;
• газовая система – состоит из увлажнителя и устройства для дожига водорода;
• противовзрывная система;
• системы управления, электропитания и охлаждения.

Такие печи могут иметь автоматический или полуавтоматический режим управления. За счет этого можно подбирать оптимальный режим обработки.

Разновидности водородных печей

Разновидности водородных печей

По действию водородные печи бывают двух типов:

1. Непрерывного действия. Температурный режим внутри рабочей камеры является постоянным в течение всего процесса отжига. Теплоизоляция обеспечивается стационарным температурным полем.
2. Периодического действия. В печь периодически загружают материалы для последующей обработки и после выполнения отжига извлекают их. Теплоизоляция обуславливается газоплотным корпусом.

Печи периодического действия классифицируются по нескольким критериям.

По температуре стенок

В зависимости от температуры стенок камеры печи бывают двух типов:

• С горячими стенками. Их температура равна той, что установлена внутри рабочей камеры. Используется муфельная (реторная) камера. Реторта может иметь цилиндрическую или прямоугольную форму. Для ее изготовления применяется жароустойчивый материал. Также она может быть выполнения из керамики или кварца, но такие печи стоят дороже, и при этом керамика имеет большую чувствительность к теплоудару – при значительном повышении температуры она может потерять газоплотность и формоустойчивость. Поэтому для печей такого типа максимальная температура рабочей камеры не превышает 1100 градусов, из-за чего их использование ограничено.
• С холодным стенками. Подходят для работы в диапазоне температур 100-3000 градусов Цельсия. Нагревательные элементы расположены в герметичной камере. Поэтому к материалу технологической секции особых требований не предъявляют. Но во избежание коррозии применяется нержавеющая сталь. Применяется легковесная или экранная теплоизоляция.

Второй вариант печей получил применяются чаще за счет возможности нагрева до высоких температур.

По типу исполнения

По типу изготовления выделяют:

• Камерная. Отжиг осуществляется в изолированной камере. Такое оборудование может быть газовым, стационарным, с выдвижным подом. Бывают печи однокамерные и двухкамерные. Преимущество такого оборудования в возможности проведения отжига небольших партий продукции.
• Колпаковая. Состоит из двух колпаков – внутреннего (муфель) и наружного. Первый выполнен из огнеупорного материала и предохраняет обрабатываемый металл от окисления, а на втором монтированы нагреватели печи. Отдельно выделяют малоинерционную колпаковую печь, предназначенную для отжига, пайки и спекания деталей из тугоплавких материалов при очень высоких температурах. Оснащается предохранительным устройством, которое обеспечивает сохранность рабочей камеры в случае возгорания смеси водорода с воздухом.
• Шахтная. Рабочая камера печи сильно вытянута вверх, может иметь круглое или прямоугольное сечение. Имеет высокие значения теплового КПД, характеризуется высокой производительностью. Загрузка печи осуществляется сверху, а уже готовый продукт выходит снизу. Устройство включает: кокошник, шахту, горну для сбора текучих продуктов и фурму.
• Элеваторная. По конструкции схожа с колпаковой печью. Состоит из двух колпаков – нагревательного и подъемного.

Несмотря на конструктивные отличия, все вышеперечисленные печи работают по одному и тому же принципу.

Преимущества водородных печей

Преимущества водородных печей

Применение водородных печей для отжига дает следующие преимущества:

• Отжиг в водородной среде обеспечивает обезгаживание металла и удаление окислов на его поверхности.
• Предотвращается загрязнение материала углеродом и различными газами.
• Исчезают механические напряжения внутри материала, что повышает его формоустойчивость и улучшает некоторые свойства.
• Наблюдается высокий процент получения высококачественных изделий, которые можно использовать в автомобиле-, кораблестроении и в прочих сферах промышленности.
• Максимально возможная температура в таких печах достигает до 3000 градусов.

Также водородные печи имеют высокую производительность, в них можно регулировать режимы нагрева и установить автоматический режим обработки.

Применение

Водородные печи предназначены для высокотемпературного отжига и пайки деталей в восстановительной среде сухого водорода. Дальнейшее охлаждение также происходит в водородной среде, а после – в азотной.

Применение

В таких печах отлично отжигаются различные металлы: медь, вольфрам, никель и другие, а также металлические сплавы. Такие агрегаты используются в цветной и черной металлургии. Применяются для выплавки чугуна, железа и прочих материалов. Также их используют для обжига известняка, железорудного сырья (для прямого получения железа) и в других областях.