Запуск камерной муфельной электропечи с защитными атмосферами для наплавки стекла в электроразъем

Наша компания изготовила, отгрузила и запустила печь марки СНЗМ 1,8.3.1,5/12-И2 для расплавления стекла внутри электроразъема. Заказчиком является предприятие, производящее ракетно-космическую технику г. Красноярск.

Проектирование велось под технологию заказчика, и даже с учётом возможного компактного расположения на термическом участке. Рабочее пространство составило: шир. 200 мм дл. 320 мм, выс. 180 мм. Температура термообработки до 1200°C.

Если судить по рабочим размерам, то эта электропечь могла бы относиться к лабораторным, а если по функционалу, конструкции, назначению и опциям, то к серьёзным промышленным.

В данном случае, исполнение И2, предусматривает нагрев по температурно-временному графику с системой принудительного внешнего охлаждения муфеля снаружи холодным воздухом с задаваемой скоростью остывания. Производится контроль температуры, защитной атмосферы, расхода газов. Печка получилась весьма надёжной и универсальной, что позволит гибко подстроиться под практически любую технологию термообработки.

В процессе запуска был налаженный процесс расплавления и спекания стекла с минимальными включениями пузырьков воздуха. Процесс спекания производится при высоких температурах и особо чистых инертных атмосферах или обычных восстановительных с контролем практически всех основных параметров.

Расплавление и спекание стекла является достаточно сложной операцией термообработки и проводится на температуру до 1150 ºС с последующим регулируемым и плавным охлаждением в защитной атмосфере до 200 ºС в среде особо чистого аргона.

Особо чистую атмосферу можно создать только в герметичном стальном муфеле, который исключает взаимодействие печных газов с наружными материалами.

Муфельные электропечи имеют значительные преимущества перед безмуфельными, они универсальны и подходят для широкого спектра термообработки: светлого отжига, прокалки, спекания, пайки и безокислительного нагрева под спекание. Практически исключает натекание кислорода в рабочее пространство извне. Оборудование позволяет работать как в обычной воздушной, так и в защитной среде (включая водородные или насыщающие смеси).

Конструкция данного исполнения превосходит аналоги при садочном режиме работы по следующим параметрам

Высокая экономичность при эксплуатации: литой муфель занимает меньший объем, чем вальцованный, для камерных исполнений. Отсутствуют лишние зазоры внутри и снаружи. Заготовки размещаются непосредственно на дне муфеля, без зазоров и дополнительных проставок. Все это снижает габариты и, соответственно, потенциальные теплопотери через стенки.
Надёжность: литой муфель по технологии изготовления имеет толстые стенки и по минимуму сварных швов, что обеспечивает чрезвычайно долгий срок эксплуатации даже в агрессивных насыщающих атмосферах. Расширенный комплект ЗИП сразу был указан в исходном ТЗ. Применение понижающего напряжение трансформатора позволило значительно увеличить диаметры спиралей. Созданы оптимальные условия для стабильной работы нагревательных элементов и термопар. Реализованы необходимые условия для удобной работы, ремонта, предусмотрены аварийные блокировки. Номинальный срок эксплуатации составляет более 20 лет.
Герметичность: обеспечивается минимизацией сварных швов (только трубки подвода/отвода газов). Уплотнение загрузочного проёма обеспечивается системой из нескольких упругих шнуровых уплотнений на основе термостойкого силикона.
Функциональность: предусмотрена возможность принудительного охлаждения по температурно-временному графику. Производится контроль концентрации кислорода и возможность добавлять газ-восстановитель (водород, диссоциированный аммиак). Замена рабочего газа (азот или аргон) производится перестановкой двух трубок местами. Практически все параметры контролируются, включая воду на охлаждение зоны уплотнений. Поставляется динамометрический ключ что бы не было возможности пережать уплотнения.

Описание отличительных особенностей данной конструкции от серийных исполнений

Рис.1 Трехмерная модель, сечение

Номинально электропечь подразумевает раскладку заготовок на подогреваемое дно муфеля или загрузочной оснастки в виде этажерки на несколько уровней. Допускается встройка дополнительной полки с опорой на боковые поверхности.

Камера нагрева выполнена в серийном, для данных моделей, исполнении с волокнистой футеровкой и спиральными нагревателями.

Бочка муфеля выполняется отливкой из высоконикелевой стали 15Х18Н35С2Л. Со стороны свода в бочку вводятся и ввариваются на разных высотах трубки подачи и/или отвода газов. Толщина стенки бочки составляет 18 мм. С загрузочного торца имеется водяная рубашка и углубление под фиксацию шнура из термостойкого силикона. Рубашка водяного охлаждения применяется для снижения температуры зоны уплотнений со стороны загрузки и части двери. Штуцер подвода оборудован фильтром и водяным счётчиком, который используется только в качестве индикатора расхода воды.

Дверь распашного типа, открывается вручную, вправо. К загрузочному фланцу дозированно поджимается откидными болтами через силиконовый высокотемпературный шнур сечением 20х20 мм с помощью динамометрического ключа на нагрузку 15 Нм. Теплоизоляция пробки плотно упакована, в процессе эксплуатации не обслуживается, установлена на весь период эксплуатации. Центральная вставка, при закрывании заводится внутрь муфеля на 220 мм.

Нагрев производится спиралями из сплава «Суперфехраль» - Х23Ю5Т по ГОСТ 12766.1-90 диаметром 4,0 мм., расположенных на боковых стенках рабочей камеры, частично на задней стенке и в пазах пода. Тиристор применён специальный для питания от силового, понижающего напряжение трансформатора. Нагреватели коммутируются в соединение звезда, что позволяет увеличить сечение.

Газовая система. Патрубки подачи и отвода газов выводятся через свод, где могут быстро перекоммутироваться, по высоте подачи/отвода под различные по плотности газы. Давление регулируется специальной гайкой на свече по показаниям стрелочного напоромера. В магистраль врезан датчик кислорода марки «Лямбда зонд» с блоком питания и вторичным цифровым индикатором. Расход регулируется вентилями на газовом щите с возможностью добавления водорода до соотношения довзрывной концентрации, что особенно актуально для нагрева на высокие температуры.

Система принудительного охлаждения обеспечивается одной воздуходувкой. Воздух в камере распределено обтекает муфель, охлаждая наружные стенки. Воздуходувка установлена сзади по оси камеры нагрева, потоки проходят в каналах пода и в зоне лицевой стенки расходятся. Воздуходувку включают на стадии охлаждения изделий (охлаждение после пайки, когда нужно ускорить остывание заготовок в защитной атмосфере и т. п.).

В данной печи применили все возможные функции, системы и устройства контроля.

Не смотря на успешный запуск специалисты заказчика запланировали мероприятия по переводу данной печи с подачи инертного газа аргона на восстановительный диссоциированный аммиак. Модернизация будет заключаться в доукомплектовании системы: диссоциатором аммиака, вытяжными зондами, сигнализаторами ПДК по аммиаку и водороду.