Анализ причин преждевременного выхода из строя нагревателей в промышленных электропечах

Содержание

  1. С чем связан выход из строя промышленных электропечей?
  2. Анализ причин выхода из строя ЭППД

    1. Сечение проволоки
    2. Соотношение диаметра спирали к диаметру проволоки, шага к диаметру проволоки
    3. Выбор сплава спирали
    4. Причины выхода из строя нагревателей
    5. Эксплуатация нагревателей и сплавы из которых они делаются
    6. Перегрев печи

С чем связан выход из строя промышленных электропечей?

Обследование работы промышленных электропечей показало, что, выход из строя связан главным образом с тем, что эксплуатационный срок службы металлических нагревательных элементов, значительно меньше, чем он мог бы быть. Так на многих электропечах, работающих при температуре 900-1000° срок службы нагревателей должен быть не меньше года, однако на заводах нагреватели работают в среднем от 2 до 4 месяцев. Ниже дан анализ причин, приводящих к преждевременному выходу из строя нагревателей.

Анализ причин выхода из строя ЭППД

Одним из основных недостатков многих конструкций нагревателей, созданных на заводах или в других неспециализированных организациях, является неоправданное применение мелких сечений проволоки и ленты.

Сечение проволоки

Например, применяется лента сечением 1.0х10 мм2 и 1.5х15 мм2, а проволока диаметром 2.5 и 3.0 мм и лента 1.2х12 мм2 и 1.0х10 мм2, и даже 0.8х8.0 мм2 и 0.6х6.0 мм2. Иногда применяют мелкие сечения без учета влияния величины сечения на срок службы нагревателя. Использование более крупных сечений может вызвать необходимость установки понизительных трансформаторов, но в большинстве случаев это экономически целесообразно, так как значительно увеличит срок службы нагревателей и избавит от потерь во время частых, довольно продолжительных простоев. Если же трансформаторы по каким-либо причинам установить невозможно, то следует подбирать такую схему включения, которая позволила бы использовать нагреватели максимального сечения.

Соотношение диаметра спирали к диаметру проволоки, шага к диаметру проволоки

Еще одним распространенным недостатком при конструировании нагревателей является применение спирали с недопустимо большим отношением её диаметра (D) к диаметру проволоки (d) и недопустимо малым шагом спирали (t) к диаметру проволоки (d). Первое приводит к тому, что витки спирали ложатся друг на друга и происходит или перегрев, или короткое замыкание. На одном из заводов отношение D/d было принято равным 20, так как заранее задавшись величиной ваттной нагрузки при меньшем значении D/d, невозможно было разместить необходимую длину нагревателя. В этом случае целесообразнее иметь несколько большую удельную поверхностную мощность нагревателя, что повысит его температуру, но уменьшит отношение диаметров, ликвидировав возможность замыкания, а следовательно, и повысит срок службы нагревателя.

В большинстве случаев спирали нагревателей навиваются вплотную без заранее определенного шага, а затем растягиваются. Это приводит к неравномерному шагу по длине спирали, т.е. к местным перегревам, которые тем больше, чем меньше шаг витков. Поэтому необходимо применять спирали с соотношением t÷d≥2, несмотря на то, что при этом повышается удельная поверхностная мощность. Увеличение этого отношения до 2.5-3.0 при той же мощности на 1м2 стенки печи увеличит температуру нагревателя не более чем на 10°, но значительно увеличит надежность работы нагревателя, а длина и вес его уменьшаться в 1.5 раза.

Выбор сплава спирали

На ряде заводов не делается различия между сплавами Х15Н60 и Х20Н80 (любой материал нагревателя называют «нихром»). В результате нагреватели из сплава марки Х15Н60, попадая в печи с рабочей температурой 1000-1100°, выходят из строя.

Часто очень небрежно относятся к сварке нагревателей. Известны случаи (причем на разных заводах), когда нагреватели из сплава марки ОХ27Ю5А (ЭИ-625) сваривались электродами марок 1Х18Н9Т для температур до 1200°, вывода из сплава марки Х25 приваривались к нагревателям из сплава марки Х20Н80 медными электродами.

Причины выхода из строя нагревателей

Расположенные на поду нагреватели значительно чаще выходят из строя, чем боковые и сводовые. Причиной этого является окалина, попадающая на нагреватели. Кроме того, подовые нагреватели более заэкранированы, чем остальные. На некоторых заводах вместо жароупорных подовых плит применяют довольно массивный шамотный кирпич (65 мм). Удельную поверхностную мощность подовых нагревателей применяют такую же, как для боковых и сводовых нагревателей.

Чтобы увеличить срок службы подовых нагревателей рекомендуется:

несколько снижать удельную поверхностную мощность подовых нагревателей в сравнении с удельной поверхностной мощностью боковых нагревателей (при металлических жароупорных плитах на 20 – 30%, при карборундовых на 30 – 40%, при плитах из шамотных кирпичей на 40 – 50% - в зависимости от толщины плиты).

Чтобы попадающая в подподовое пространство окалина не попадала на нагреватели, последние должны быть обязательно приподняты над подом.

Иногда нагреватели выходят из строя из-за плохой керамики. Например, на одном из заводов сводовые нагреватели перегорали из-за порчи подвесных сводовых керамических балок.

Эксплуатация нагревателей и сплавы из которых они делаются

Заводы-потребители отмечают, что качество получаемых сплавов сопротивления нестабильно. Например, окалиностойкость сплава марки Х20Н80 разных плавок различна. Исследование работы нагревателей, изготовленных из нихрома различных плавок, так же показали, что качество его нестабильно. В одной из опытных печей при одинаковых условиях некоторые нагреватели за 4500 ч работы изменяли свое сопротивление на ~ 20%, другие вышли из строя через 3700 ч, изменив сопротивление на 80%.

Особое внимание следует обратить на эксплуатацию нагревателей, изготовленных из железохромалюминиевых сплавов марок ОХ23Ю5Т (ЭИ-595) и ОХ27Ю5Т (ЭИ-626). До сих пор нагреватели из этих сплавов применяются в условиях, при которых они соприкасаются с простым шамотом, что при температурах выше 1000° совершенно недопустимо.

Сварка нагревателей между собой или же приварка к нагревателю вывода осуществляется внахлестку или при помощи хомута, в то время как эти сплавы рекомендуется сваривать так, чтобы возможное место изгиба спирали было на расстоянии 20 – 25 мм от места сварки (от места с повышенной хрупкостью).

Иногда нагреватель делается без специального вывода, т.е. из печи выводится прямо проволока нагревателя. Особенно это опасно для нагревателей из сплавов ЭИ-595 и ЭИ-626, так как температура на некоторой части проволоки вывода не ниже чем в печи, а в огнеупорной части футеровки проволока соприкасается с шамотом, даже если он в рабочей камере обмазан раствором технического глинозема (обмазать отверстие, через которое делается вывод, забывают). Это приводит к выводу из строя нагревателя внутри футеровки печи.

Перегрев печи

Кроме этого имеется еще одна довольно распространенная причина вывода из строя нагревателей – перегрев печи. Происходит это при отказе терморегулятора, залипании контактов промежуточного реле или контактов и т.д.

К сожалению, большинство электропечей, выпускаемых в настоящее время специализированными организациями, не имеют никакой защиты от перегрева, однако во всех случаях она необходима. Иногда это может быть дополнительное реле, которое срабатывает при залипании контактов контактора, включая звуковой сигнал, извещающий о перегреве печи; в более ответственных случаях это может быть полное резервирование регулирования: аварийная термопара или аварийный прибор с установкой температуры несколько большей (на 15 – 20°) уставки основного регулирующего прибора. Аварийный прибор отключает резервным контактором нагреватели при достижении температуры печи определенного значения.

В тех электропечах, где устранены вышеперечисленные причины, приводящие к преждевременному выходу нагревателя из строя, срок службы их с достаточной степенью точности соответствует сроку службы, определенному по существующей методике расчета с учетом окисления нагревателя.