Vysokoteplotné spracovanie materiálov je jednou z kľúčových operácií v mnohých priemyselných odvetviach, kde je tepelná expozícia zaradená do zoznamu základných technologických procesov. Podmienky na organizáciu tohto postupu môžu byť odlišné, čo spôsobuje rozdiely v charakteristikách použitých zariadení. Vo všeobecnosti segment jednotiek, vďaka ktorým sa vykonáva intenzívne tepelné spracovanie, tvoria vysokoteplotné pece pre priemyselné využitie.
Klasifikácia zariadení podľa princípu výroby tepla
V súčasnosti neexistuje univerzálny spôsob výroby tepelnej energie, ktorý by bol rovnako vhodný pre rôzne prevádzkové podmienky. Je však možné vyčleniť úzku skupinu nasledujúcich typov najobľúbenejších pecí používaných na vysokoteplotnékúrenie:
- Pohonné hmoty. Tradičný spôsob výroby tepla, ktorý vzniká z chemickej energie spaľovaním pevných, plynných a kvapalných palív.
- Elektrický. Široký segment jednotiek, ktoré sú pohodlné a bezpečné na používanie. V kategórii vysokoteplotných elektrických pecí vynikajú aj modernejšie modely indukcie a elektrického oblúka. Spoločnou nevýhodou takýchto zariadení sú vysoké náklady na elektrickú energiu, ktorá sa spotrebuje vo veľkých objemoch.
- Autogénne. Pece tohto typu pracujú v dôsledku reakcií spaľovania a oxidácie prvkov obsiahnutých v spracovávaných obrobkoch. Napríklad pri fúkaní tekutého železa kyslíkom sa uhlík oxiduje s prirodzeným uvoľňovaním tepla. Je zrejmé, že použitie autogénnych pecí je ekonomicky výhodné, pretože nie sú potrebné prakticky žiadne prídavné palivové články, ale nie všetky výrobné zariadenia bežne zabezpečujú technologické procesy s oxidáciou a spaľovaním. Spravidla to platí pre oblasti metalurgického spracovania kovov a zliatin.
Komorové pece
Toto je jedna z najbežnejších konštrukcií vysokoteplotných jednotiek, navrhnutá tak, aby poskytovala tepelný efekt s rýchlym ohrevom na požadovanú úroveň. Aby sa zachovalo rovnomerné rozloženie tepelnej energie pri výrobe, dodatočne sa používajú špeciálne plynné a oxidačné médiá. Maximálny režim vykurovania privysokoteplotné komorové pece dosahujú 1800 °C, ak hovoríme o štandardných priemyselných modeloch pre hutnícku výrobu. Elektrina zvyčajne funguje ako zdroj energie – výkonový potenciál sa pohybuje v priemere od 0,5 do 3,5 kW.
Rúrkové pece
Rôzne vysokoteplotné modely zariadení pecí s možnosťou smerového prívodu tepelných tokov. Konštrukcia zabezpečuje vykurovanie a samostatné bloky, ktorých rotačná mechanika umožňuje pracovať v rôznych uhloch v závislosti od aktuálnych požiadaviek. Niektoré modely rúrových vysokoteplotných pecí sú vybavené kremenným reaktorom s plynotesnými hlavami. Toto konštrukčné riešenie zabezpečuje efekt dvojitého spaľovania plynov, čo zároveň vytvára podmienky pre minimalizáciu počiatočných zdrojov paliva. Ako tepelné žiariče sa zvyčajne používajú sekcionálne tepelno-izolačné moduly, ktoré poskytujú ohrev až do 1200 °C.
Funkcie muflových pecí
Pre efektívnu prevádzku v agresívnom prostredí, ku ktorému často dochádza pri priemyselnom spracovaní surovín, sa používajú rôzne typy muflových pecí. Môžu byť použité s priamym dopadom na štruktúru plynov, prachu, pary, vody a iných odpadových produktov. Izolačné úlohy riešia špeciálne tepelne odolné materiály. Pre vysokoteplotné pece pracujúce v teplotnom rozsahu od 1150 °C do 1300 °C sa používajú najmä keramické prvky, ktorénielen chráni ohnisko pred negatívnymi vonkajšími vplyvmi, ale prispieva aj k rovnomernej distribúcii tepla zvonku. Konštrukcia môže obsahovať aj špeciálne ložiskové rúrky, cez ktoré je teplo cielene vyžarované pozdĺž určitých obrysov a na krátky čas.
Taviace pece
Spravidla ide o jednotky s malou ohrievacou komorou určenou na obsluhu kompaktných obrobkov. Cieľové materiály na spracovanie v takýchto peciach zahŕňajú neželezné kovy, ktoré vyžadujú špeciálne podmienky tepelnej expozície. Existujú aj špeciálne rady modelov pre vykonávanie operácií v laboratóriu, opatrené odlievacím žľabom s možnosťou presného dávkovania taveniny. Priemerné výhrevné hodnoty v tomto type vysokoteplotných pecí sa pohybujú od 1000 °C do 1500 °C s možnosťou jemnej regulácie. Do tejto odrody patria aj niektoré modifikácie palebných jednotiek.
Kľúčové vlastnosti sporákov
Dokonca aj v rámci rovnakého typu vysokoteplotnej priemyselnej pece sa prevádzkové parametre môžu značne líšiť. Priemerné ukazovatele, s ktorými veľké výrobné podniky najčastejšie pracujú, možno znázorniť takto:
- Výkon jednotky – od 0,2 do 5-7 kW.
- Rozsah teplôt – od 300 do 2400 °C a viac.
- Objem pracovnej komory vysokoteplotných pecí je od 2,5 do 20 dm3.
- Konštrukčná hmotnosť – od 2 do 100 kg.
- Napätie – bežne používanétrojfázové siete na 380 V.
Organizácia pracovného toku
Inštalácia zariadenia sa vykonáva stacionárne, niekedy si vyžaduje predbežný základ vo forme tepelne odolného cementového poteru. Do pece sa privádzajú potrebné komunikačné a technologické zariadenia na dodávanie polotovarov. Niektoré komponenty inžinierskeho softvéru sú súčasťou základného balíka. Napríklad chladiaci systém sa často realizuje pomocou ventilátora. Vysokoteplotné vodou chladené pece sú vybavené obehovým čerpadlom vhodnej kapacity, ktoré je integrované do miestnej vodárenskej infraštruktúry. Riadenie dnes takmer vo všetkých priemyselných vykurovacích jednotkách zabezpečujú programátory so snímačmi a regulátory prevádzkových parametrov. Termostaty je možné integrovať do centrálnych riadiacich systémov podniku, čo umožňuje komplexne sledovať výkon zariadení v celkovom kontexte výrobného procesu, berúc do úvahy charakteristiky paralelných technologických operácií.
Záver
Hlavnou náplňou tohto zariadenia je hutníctvo, ako aj niektoré odvetvia chemického a potravinárskeho priemyslu. Ale aj v rámci takýchto odvetví sú procesy tepelného pôsobenia heterogénne. Ako sa technológie spracovania stávajú zložitejšími, mení sa aj prístup k organizácii operácií tepelného spracovania. Tiež požiadavky na štrukturálnevykonávanie vysokoteplotných pecí. Materiály pre takéto zariadenia dnes predstavujú nielen nástrojové ocele, ale aj žiaruvzdorná keramika, vďaka čomu sú konštrukcie jednoduchšie a praktickejšie na údržbu. Menia sa aj prístupy k riadeniu pecí. Zavedenie rovnakej automatizácie s programovateľnými modulmi zvyšuje efektivitu riadenia pracovného toku a zároveň zvyšuje prevádzkovú životnosť zariadení a znižuje náklady na energiu vďaka vyváženému riadeniu.
