Нагрев формы без наружного опокового кольца X6 Если форму X6 нагревают до 270° C, то диаграмма ее нагрева изменяется. Большее количество порошка (320 г) требует и существенно большего количества жидкости (ок. 48-60 мл) в зависимости от вида формовочной смеси.

На температурной кривой видно, что теперь процесс испарения замедляется, и форма дольше остается в температурном диапазоне между 110° C ... 120° C.

Теперь время прокаливания составляет 30 минут нагрева плюс 45 минут выдержки, пока температура формовочной смеси в центре формы не достигнет 265° C. Только после этого увеличивают температуру нагрева в муфельной печи.

При использовании стального опокового кольца с вискозной прокладкой нагрев прекращают в диапазоне 270° C ... 300° C (при применении той же самой формовочной массы). Выдержка и температурный режим не изменяется.

Нагрев формы со стальным опоковым кольцом и синтетической прокладкой X6 В этом случае используют формовочную смесь с большим содержанием влаги, что значительно замедляет процесс испарения при температуре 110°C ... 120°C. На 320 г порошка добавляют от 68 до 80 мл жидкости.

Поэтому необходимо значительно увеличить выдержку при нагреве по сравнению с менее влагосодержащими формовочными массами.

После 30 минут нагрева до 300° C выдерживают еще 75 минут при постоянной температуре, чтобы форма в центре прогрелась до 265° C, после чего продолжают процесс предварительного нагрева.

Время выдержки определяется исключительно количеством влаги в формовочной смеси, а не конструктивными особенностями формы.

Нагрев формовочной смеси без опокового кольца X9

При изготовлении формы величиной X9 мы увеличиваем количество порошка до 480 г и объем жидкости, соответственно, от 72 до 90 мл. Вследствие этого при нагреве формы температура еще дольше остается в пределах 110°.. .120° C.

Температурная кривая собранной формы размером X9 складывается из участков 30 минутного крутого подъема температуры и 60 минутного стабильного прогрева при 270° C (до тех пор пока центр формы не достигнет фактической температуры 265° C), после чего процесс нагрева продолжают.

При использовании стального опокового кольца с вискозной прокладкой (при тех же самых типах формовочных масс) изменяется не время выдержки, а только температура нагрева в первой фазе выдержки.

Нагрев формы X9 со стальным кольцом и синтетической прокладкой

При массе порошка 480 г и объеме жидкости от 102 до 120 мл время выдержки увеличивается до 90 минут. Это обусловлено длительным испарением большого объема влаги из формы.

Время предварительного нагрева составляет 120 минут (при температуре печи 300° C температура в центре формы должна достигнуть 265° C), после чего нагревание может вестись дальше.

Превращение кварца

Превращение кварца в процессе нагрева собранной формы начинается при температуре формовочной смеси от 570° C и связано с продолжительностью процесса.

Как указывает приведенная рядом диаграмма, изменения начинаются только при температуре 570°C. Окончание превращения зависит от его длительности. Для полного перехода кварц должен быть выдержан 30 минут при температуре 570°C ... 580°C.

Важно не то, какую температуру создает муфельная печь, а когда именно температура формовочной смеси в центре формы действительно достигла этого значения.

Форма X3 Опоку с формовочной массой полностью высушивают при температуре 450°C. На этом участке нагрева от 300°C до 600°C воск или моделировочная пластмасса полностью выгорает в муфельной печи, то есть также имеет место термическое воздействие.

Так как формовочная масса в опоке полностью высохла, теперь имеет значение только величина собранной формы, а не количество влаги (т.к. она уже испарилась). Температуру нагрева поднимают со скоростью менее 8° C в минуту до температуры 580°C.

Форма величиной X3 нуждается в выдержке только 10 минут, пока масса не достигнет заданной температуры, после чего начинается превращение кварца. Собранная форма выдерживается в муфельной печи (если необходим дальнейший нагрев), так что в этом случае 30 минут для фазы выдержки вполне достаточно.

Форма X6 При величине формы X6 формовочной смеси необходимо примерно 15 минут, для достижения температуры 570° C, после чего в ней начинается фаза превращения кварца.

После 30-минутной выдержки форму можно нагревать дальше. Форма X9 Собранную форму размера X9 необходимо прогревать на протяжении 20 минут до температуры 570° C в центре формы. Поэтому при этом размере и литье сложных объемных конструкций рекомендовано устанавливать выдержку 40 минут.

Это очень важно, если речь идет о каркасе большой протяженности или цельнолитой вторичной конструкции. Цельнолитые каркасы достаточно велики, и оптимальное расширение - это предпосылка для хорошей припасовки в дальнейшем.

Спекание кварца в формовочной смеси Спекание кварца происходит в интервале температур между 820° C ... 870° C и не ограничено по времени.

Если температура в форме достигла 870° C, то кварц, независимо от прошедшего времени, спечется. Спекшийся кварц не подвержен расширению или сжатию при изменении температуры.

Прохождение этой фазы термообработки имеет большое значение для припасовки работ большой протяженности. По окончании процесса спекания формовочная масса, охлажденная ниже 580° C, снова возвращает баланс кварца к исходному пункту.

Температура нагрева формовочной смеси всегда должна достигать 900° C, если нужен оптимальный результат литья и припасовки с очень хорошей поверхностью отливки.

Сплав также нужно прогреть почти до 900° C, дальнейший температурный режим плавки должен быть указан в инструкции производителем сплава. Сравнение измерений глубины шероховатостей на приведенной рядом иллюстрации показывает отчетливое улучшение качества поверхности.

Поверхностное спекание

Линейные графики нагрева:

Нагрев формы без опокового кольца X9 - 480 г порошка, 75 мл жидкости для смешивания

Эта диаграмма нагрева получена после сведения воедино предшествующих результатов физикохимических преобразований и графика повышения температуры в печи.

Максимальное воздействие на компоненты формовочной массы оказывают периоды выдержки температуры.

Именно они обеспечивают повторение качественных результатов литья и припасовки. Некоторые процессы подчинены физико-химическим законам и не могут изменяться по нашим желаниям.

Нагрев формы со стальным опоковым кольцом и синтетической прокладкой X9 - 480 г порошка, 75 мл жидкости для смешивания

При сравнении графика нагрева формы со стальным опоковым кольцом и вискозным вкладышем, с графиком нагрева формы без кольца, наблюдается идентичная последовательность во всем, кроме выдержки температуры в муфельной печи при 300° C.

В этом случае собранная форма в центре достигает той же самой температуры 265° C, как и формовочная масса без опокового кольца при температуре выдержки нагрева печи 270°C. При температуре нагрева муфельной печи выше 450° C тепловая реакция различных форм идентична.

Мастер Куделя © 2013 Копирование материалов сайта разрешено только с указанием автора и прямой ссылки на сайт-источник

Самодельная муфельная электрическая печь (малая)

Здесь я опишу конструкцию бюджетной электрической муфельной печи небольшого размера. Мощность печи 500 Вт, теоретическая температура до 800 градусов, но я не грел до туда, поскольку для этого у меня есть посерьёзней печь. Особенностью данной конструкции является предельная простота и предельно низкая стоимость комплектующих. Такую конструкцию можно изготовить из подручных материалов всего за несколько дней, из которых основное время уйдёт на сушку муфеля печи.
Верхний корпус печи с открытой дверцей. В центре корпуса размещается сам муфель. Теплоизоляция дверцы, как видно на фото, при помощи асбестового картона на шпильках. Окно закрыто двумя слоями слюды с некоторым зазором между слоями.
Муфельная печь в сборе. Она состоит из двух скреплённых между собой корпусов. В верхнем корпусе размещён сам муфель, а в нижнем блок управления.

Я сразу советую вам делать печь как у меня в разных корпусах. Это позволит вам не париться с охлаждением блока управления различными вентиляторами. Верхний корпус будет нагреваться и создавать тягу, что в сочетании с перфорацией в нижнем корпусе, будет достаточно для охлаждения регулятора температуры.

Изготовление муфеля.

Муфель можно изготовить множеством разных способов. Можно взять готовую керамическую трубу. Лучше всего муллитокремнезёмистую МКР, можно трубу от старого реостата, от плавкого большого предохранителя. Если предпочитаете прямоугольную камеру, то лучше лепить самому. Поскольку мой сайт заточен на те практические конструкции, какие мне удалось сделать самому, то вот рецепт моего муфеля.

Каолин (каолиновая глина)- 1 часть. Можно найти возле фарфорового завода. Привозят вагонами для производства фарфора, фаянса, электротехнической керамики. Если нет, пойдёт любая глина пожирней.
Песок- 3 части. Лучше карьерный песок, нежели речной.
Всё это тщательно перемешиваем, затворяем водой до состояния, когда комок ещё не растекается, а держит форму и оставляем в полиэтиленовом мешке на пару дней. Затем достаём и снова перемешиваем до однородного состояния. Затем уже лепим муфель.
Отступление.
Сейчас в продаже есть много того, чего ещё недавно не было. Сейчас я для подобных работ пользуюсь вот таким связующим. Мертель екатеринбургского ооо Печник и его характеристики. Стоит иметь в виду, что это готовый мертель, т. е. в нём уже присутствует наполнитель дабы при сушке не терял объём. Поэтому добавлять к нему крупную фракцию, такую как песок уже в меньшем объёме.

Итак, лепка муфеля. Прямоугольный муфель лепится в прямоугольном фанерном или из крагеса ящике. Муфель с ровным подом и арочным сводом лепится в таком же ящике. Размер ящика равен внешнему размеру муфеля плюс 3-6 % усадки. Лепится всегда изнутри ящика, поскольку муфель при сушке сжимается и при лепке снаружи трещины неизбежны. Чтобы смесь не прилипала к стенкам ящика, стенки изнутри прокладываются полиэтиленом. Если смесь полусухая, то можно положить бумагу. Так можно сэкономить время сушки.
После того, как муфель вылеплен, оставляют сохнуть на несколько дней. Когда стенки муфеля наберут необходимую прочность, переворачивают и снимают коробку с муфеля. Далее, если муфель недостаточно прочен для обмотки спиралью, его несколько дней сушат на батарее или в печи. Затем медленно обжигают до 900 градусов. Если у вас напряжёнка с обжигом, в крайнем случае можно оставить сухой необожжённый муфель. Но прочность будет уже не та.
Если муфель достаточно прочен, то обматывают спиралью, наносят обмазку и в сборе сушат и обжигают. В сборе это делать предпочтительней, поскольку обмазка лучше будет держаться на полусыром муфеле. Внимательно следите, чтобы внутри спирали не было пустот, всё было заполнено обмазкой. Иначе будет локальный перегрев нихрома.

Расчёт нагревателя.

Про расчёт нагревателя в сети много материалов. Все они обладают различной степенью научности сего вопроса. Например, можно не только почитать различные соображения, но и рассчитать нагреватель на встроенном калькуляторе. Входными данными являются мощность печи, материал нагревателя, температуры нагревателя и нагреваемого изделия, конструкция и размещение нагревателей. На выходе получаем диаметр и длину проволоки нагревателя. Но при ближайшем рассмотрении выясняется, что диаметр выбран из соображений экономии материала проволоки и условия эксплуатации близки к идеальным. В жизни обычно бывает всё наоборот. Обычно в закромах лежит моток старого нихрома и его владельца мучит вопрос, можно ли его использовать на благо человека. И с мощностью печи тоже сплошные вопросы.
Поэтому приведу свою методику расчёта, пусть и не такую научную, но основанную на своём опыте изготовления подобных устройств.
Итак, первое с чем надо определиться, это мощность печи. Мощность напрямую зависит от величины муфеля и применяемой футеровки. Величину (объём) муфеля определяете сами, в зависимости от величины нагреваемых изделий.
Для современных печей с применением волокнистых теплоизоляторов (МКРВ, ШПВ-350 и т. п.) примерная мощность на литр объёма будет:
Объём камеры печи (литров) Удельная мощность (Вт/ литр)
1-5 500-300
5-10 300-120
10-50 120-80
50-100 80-60
100-500 60-50
Допустим, например, у вас объём камеры 3 литра, поэтому мощность печи будет 1200 Вт. У меня объём муфеля чуть больше литра, поэтому мощность нагревателя возьмём 500 Вт.
Далее, вычисляем ток через нагреватель:
I = P/U= 500/220 = 2,27 A
И величину сопротивления нагревателя
R = U/I = 220/2,27 = 97 Ом
Далее лезем в закрома и смотрим диаметр имеющегося нихрома. У меня оказался нихром диаметром 0,65 мм. Далее по таблице прикидываем, выдержит ли наш нихром такой ток.

Диаметр (мм) 0,17 0,3 0,45 0,55 0,65 0,75 0,85
Допустимый ток (А) 1 2 3 4 5 6 7

Как видим, при диаметре 0,65 допустимый ток 5 А, так что наши 2,27 А он выдержит с большим запасом. Вообще, при изготовлении нагревателя, нужно брать проволоку потолще, потому что чем толще проволока, тем больше выдерживаемая ей температура и срок службы.
Максимальные рабочие температуры нагревательных элементов. Здесь:
GS 40 Нихром
GS 23-5 Еврофехраль
GS SY Суперфехраль
GS T Еврофехраль

НО! Это палка о двух концах. Сильно утолщать диаметр проволоки мы не можем, потому что чтобы получить расчётное сопротивление 97 Ом, придётся очень сильно увеличивать длину проволоки, что может быть не приемлемо из конструктивных соображений.
По таблице определяем номинальное сопротивление 1 погонного метра проволоки. Здесь:
GS 40 Нихром
GS 23-5 Еврофехраль
GS SY Суперфехраль
GS T Еврофехраль

Итак, из таблицы для диаметра 0,65 мм берём (и последующим измерением прибором подтверждаем), номинальное сопротивление 3,2 ОМ/метр. Следовательно, длина проволоки будет:
L = R/3,2 = 97/3,2 = 30 Метров
Вот и расплата за излишний диаметр провода излишним метражём. Но это не беда, потому что мотать как есть этот провод не буду, да и есть опасность не уследить и допустить межвитковое замыкание на нашем муфеле. Этот провод нужно навить на стержень. Кончик проволоки вместе со стержнем зажимается в патрон сверлильного станка, на худой конец, патрон ручной дрели. Проволока подаётся под небольшим натягом.

При навивке необходимо соблюсти следующие рекомендации. Диаметр стержня для навивки проволоки диаметром до 4,5 мм должен быть не меньше:
- для нихромов четырёхкратному диаметру проволоки;
- для фехралей пятикратному диаметру проволоки.
Для всех сплавов при диаметре больше 4,5 мм, не менее шестикратному диаметру проволоки.
Есть ещё одна засада при работе с фехралем. Фехраль, в отличие от нихрома, после прокалки становится хрупким, поэтому его уже кантовать не стоит.
Готовую спираль равномерно растягиваем до длины, комфортной для обмотки муфеля. Но не больше, потому что сжать равномерно будет уже значительно трудней. Обматываем муфель по канавкам и наносим обмазку, как на рис.4.
Далее наш муфель размещаем в металлическом корпусе.

Основная футеровка выполнена блоками из кирпичей шамотного легковеса ШЛ-0,4. Кирпич легко обрабатывается инструментом, ранее описанным . Обратите внимание на отверстие в заднем блоке легковеса для термопары и два отверстия для выводов нихрома.
При установке повредилась боковая стенка муфеля, но это не страшно, она будет восстановлена этим же составом после установки.

Хочется предостеречь вас от некоторых засад, которые могут подстерегать вас при изготовлении футеровки.
Прежде всего хочу предупредить при соблазне применить асбест. Да, плавится он при 1500 градусов, но при 800 градусах он теряет химически связанную воду превращается в порошок. Поэтому такие изделия из него, как картон или шнур могут работать до этой температуры. Кроме того, фехраль не должен контактировать с асбестом. Я его применил, так как эта печь заточена до этой температуры и у меня нихром.
Далее, по поводу применения в качестве связующего жидкого стекла. Его можно применять для лепки муфелей, работающих до 1088 градусов, при превышении этой температуры муфель поплывёт.Кроме того, фехраль тоже не любит контакта с жидким стеклом.
По поводу применения волокнистых материалов на минеральной (базальтовой) основе, повторю что писал на одном из форумов. Это почти одно и то же. Производят выдуванием из расплава. Хорошо держат температуру. Но они имеют связующее, которое не выдержит и 250 градусов. Но в инетах хитрые продавцы приводят огнеупорность самого волокна. Формально они правы. Но то, что после первой прокалки связующее выгорит и они осыпятся кучкой, это не пишут. Есть сорта и с огнеупорным связующим, но информации очень мало. Только косвенные признаки- допустим, предназначенные для бань и каминов. И опять проводят огнеупорность самого волокна. И стоит ли повторять, что фехраль их тоже не любит. Так что если есть возможность пролететь, лучше использовать уже проверенные. А из проверенных мной подойдут более всего муллитокремнезёмные войлоки, например, МКРВХ-250 (1300 гр).
Кстати, в Сухом Логе наладили производство керамических одеял Cerablanket, Cerachem Blanket, Cerachrom Blanket. Я с первым из них имел дело, выдерживает прямое пламя горелки. Два последних ещё более огнеупорны. Но сам их не пробовал.
По сети гуляют описания печей, которые все передирают друг у друга, в которых фигурирует в качестве материала муфеля шамотная глина. Обычная глина обладает большой усадкой и используется как связующее. Шамот же не что иное, как обожжённая глина. Шамот не лепится, используется как наполнитель и требует связующего, например, обычную необожжённую глину. Поэтому что подразумевают под выражением шамотная глина, совершенно не понятно.

Блок управления.

Поскольку я обещал описание наибюджетнейшей, наипростейшей печи, то и регулятор температуры будет соответствующий. Хороший недорогой регулятор Ш-4501, который можно купить по цене от 1 до 2 тысяч рублей. Самый дешёвый и сердитый регулятор. Выпускается с диапазонами измерения и регулирования температур от 0- 200 до 0-1600 градусов. В качестве измерительного элемента термопары ХК, ХА и ПП.
Техническое описание и инструкция по эксплуатации милливольтметра регулирующего типа Ш4501 . Почитаете на досуге.
Передняя панель блока управления. Данное исполнение регулятора на диапазон от0 до 800 градусов, термопара ХА.
Внизу справа налево включатель блока управления, неоновая лампа ТЛО (оранжевая) индикации подачи напряжения на нагрузку, лампа ТЛЗ (зелёная) индикации отключения нагрузки и красная лампа индикации обрыва термопары.

Расключения на задней стороне Ш4501. Для непонятливых на пластмассовой крышечке ещё раз приведена схема расключений. Прошу обратить внимание- компенсационный провод должен идти до самого клеммника с компенсационной катушкой.
Такая арматура для индикаторных ламп уже не выпускается, поэтому рекомендую применить современные типа XB2-EV161 . Они бывают красного, жёлтого, зелёного, белого и синего цветов. Схема электрическая блока управления. Если не найдёте достаточно мощный тумблер включения блока управления, то поместите его после контактов реле ПЭ23. Реле идёт в комплекте с прибором Ш4501. Мощность контактов реле 500 ВА в цепи переменного тока. На схеме не показано- 3 группы контактов у меня в параллель, поэтому коммутируемая мощность до 1500 ВА. На схеме исправлено- лампа ТЛЗ подходит к нормальнозамкнутым контактам, ТЛО к нормальноразомкнутым.

Реализация монтажа блока управления в этой коробке. Регулятор засовывается спереди по лыжам. Подсоединяется разъём (справа). Реле крепится на задней крышке изнутри.

Печь в сборе. Вид сзади. Как видите, провода термопары и выводы нагревателя охлаждаются просто на воздухе, без излишеств. Провода нагревателя подключаются через клеммник, желательно с керамическим основанием. Рекомендую использовать керамическое нутро от розетки или керамического патрона лампы.
Выводы термопары тоже через клеммник. К этим же контактам клеммника подключается отрезок соответствующего градуировке компенсационного провода. Если это будет обычный провод, то прибор будет врать на величину разности температур между этим клеммником и задней панелью Ш4501 с измерительной катушкой. Снаружи на задней крышке смонтирована накладная розетка для подключения нагрузки, а на задней крышке коробки муфеля клеммник для подключения термопары. Это позволяет использовать этот блок управления не только с этим муфелем, но и для регулирования температуры в других ваших устройствах. Достаточно прикрутить термопару такой градуировки к клеммнику и всунуть вилку в розетку.

Немного о самодельной термопаре. Для окончательной бюджетности нашей печи я применил самодельную термопару градуировки ХА. Я предпочитаю самодельные термопары не из-за жадности, а просто потому, что они обладают меньшей инерционностью по сравнению с заводскими. Хотя есть риск сжечь входные цепи регулятора. Подробно на изготовлении такой термопары я останавливаться не буду, потому что этот процесс хорошо освещён в литературе (Бастанов. 300 практических советов) и в интернете.

Материалом послужили жилы из компенсационного провода градуировки ХА. Концы сварены вольфрамовым электродом в атмосфере аргона. Если так сварить вам слабо, тогда как это описано в книгах в графите с бурой с помощью мощного трансформатора.Затем термопара засовывается в керамическуюдвухканальную МКР трубку. Тут уж вам, пардон, придётся раскошелиться.

Нагревательная камера в сборе. Стенка долеплена, замазаны щели. Затем вокруг устья муфеля наносится замазка с некоторым излишком. Затем накрывается полиэтиленом и крышка закрывается. На замазке отпечатывается рельеф крышки. Полиэтилен снимается и всё это хозяйство сушится. Зазоры между крышкой и камерой минимальны.

Муфель в сборе. После укладки спирали, она обмазывается тем же составом, из чего состоит муфель. Концы спирали крепить петлёй из стеклоленты со слюдой. Не забудьте под спираль положить закладной стержень. Когда муфель высохнет, стержень вынимается и остаётся отверстие под термопару.

Муфель без обвязки. Обратите внимание на пазы на углах муфеля. Они для того, чтобы спираль при обмазке не смещалась. Внизу канавка для термопары. Термопара должна находиться в непосредственной близости от спирали.

Начало

Началась эта затея, как обычно начинается множество подобных затей – случайно зашёл в мастерскую к знакомому, а он показал новую «игрушку» – полуразобранную муфельную печь МП-2УМ (рис.1 ). Печь старая, «родной» блок управления отсутствует, термопары нет, но нагреватель целый и камера в хорошем состоянии. Естественно, у хозяина вопрос – а нельзя ли приделать к ней какое-нибудь самодельное управление? Пусть простое, пусть даже с небольшой точностью поддержания температуры, но чтобы печь заработала? Хм, наверное, можно… Но сначала неплохо было бы посмотреть документацию на неё, а потом уточнить техническое задание и оценить возможности его воплощения.

Итак, первое – документация есть в сети и легко находится по запросу «МП-2УМ» (также лежит в приложении к статье). Из перечня основных характеристик следует, что питание печи однофазное 220 В, потребляемая мощность примерно 2,6 кВт, верхний порог температуры – 1000°С.

Второе – нужно собрать электронный блок, который мог бы управлять питанием нагревателя с потребляемым током 12-13 А, а также мог бы показывать заданную и реальную температуры в камере. При конструировании блока управления следует не забывать, что нормального заземления в мастерской нет и неизвестно, когда будет.

Учитывая вышеперечисленные условия и имеющуюся электронную базу, решено собирать схему, измеряющую потенциал термопары и сравнивающую его с выставленным «заданным» значением. Сравнение проводить компаратором, выходной сигнал которого будет управлять реле, которое в свою очередь будет открывать и закрывать мощный симистор, через который сетевое напряжение 220 В будет поступать на нагревательный элемент. Отказ от фазоимпульсного управления симистором связан с большими токами в нагрузке и отсутствием заземления. Решили, что если при «дискретном» управлении окажется, что температура в камере колеблется в больших пределах, то тогда переделаем схему в «фазовую». Для индикации температуры можно применить стрелочный прибор. Питание схемы – обыкновенное трансформаторное, отказ от импульсного блока питания так же обусловлен отсутствием заземления.

Самым сложным было найти термопару. В нашем городишке магазины таким не торгуют, но выручили, как обычно, радиолюбители с их желанием вечно хранить в гаражах всякое радиоэлектронное барахло. Примерно через неделю после оповещения ближайших знакомых о «термопарной потребности» позвонил один из старейших радиолюбителей города и сказал, что есть какая-то, лежащая ещё с советских времён. Но её надо будет проверить – может оказаться, что она низкотемпературная хромель-копелевая. Да, конечно проверим, спасибо, ну, а для экспериментов подойдёт любая.

Небольшой «поход в сеть» на предмет просмотра того, что уже сделано другими по этой теме, показал, что в основном по такому принципу самодельщики их и конструируют –«термопара – усилитель – компаратор – силовое управление» (рис.2 ). Поэтому и мы не будем оригинальными – попробуем повторить уже проверенное.

Эксперименты

Сначала определимся с термопарой – она одна и она односпайная, поэтому в схеме компенсации изменения комнатной температуры не будет. Подключив к выводам термопары вольтметр и обдувая спай воздухом с разной температурой из термофена (рис.3 ), составляем таблицу потенциалов (рис.4 ) из которой видно, что напряжение растёт с градацией примерно в 5 мВ на каждые 100 градусов. Учитывая внешний вид проводников и сравнивая полученные показания с характеристиками разных спаев по таблицам, взятым из сети (рис.5 ), можно с большой вероятностью предположить, что применяемая термопара является хромель-алюмелевой (ТХА) и что её можно использовать длительное время при температуре 900-1000 °С.

После выяснения характеристик термопары экспериментируем со схемотехникой (рис.6 ). Схема проверялась без силовой части, в первых вариантах применялся операционный усилитель LM358, а в окончательный вариант был установлен LMV722. Он тоже двухканальный и тоже рассчитан на работу при однополярном питании (5 В), но, судя по описанию, имеет лучшую температурную стабильность. Хотя, очень может быть, что это была излишняя перестраховка, так как при применённой схемотехнике погрешность установки и поддержания заданной температуры и так достаточно велика.

Результаты

Окончательная схема, управления показана на рис.7 . Здесь потенциал с выводов термопары T1 поступает на прямой и инверсный входа операционного усилителя ОР1.1, имеющего коэффициент усиления примерно 34 dB (50 раз). Затем усиленный сигнал проходит через фильтр низкой частоты R5C2R6C3, где 50-тигерцовая помеха ослабляется до уровня –26 dB от уровня, приходящего с термопары (эта цепь была предварительно симулирована в программе , расчетный результат показан на рис.8 ). Далее отфильтрованное напряжение подаётся на инверсный вход операционного усилителя ОР1.2, выполняющего роль компаратора. Уровень порога срабатывания компаратора можно выбирать переменным резистором R12 (примерно от 0,1 В до 2,5 В). Максимальное значение зависит от схемы включения регулируемого стабилитрона VR2, на котором собран источник образцового напряжения.

Для того, чтобы компаратор не имел «дребезга» переключений при близких по уровню входных напряжениях, в него введена цепь положительной обратной связи – установлен высокоомный резистор R14. Это позволяет при каждом срабатывании компаратора смещать уровень образцового напряжения на несколько милливольт, что приводит к триггерному режиму и исключает «дребезг». Выходное напряжение компаратора через токоограничительный резистор R17 подаётся на базу транзистора VT1, управляющего работой реле К1, контакты которого открывают или закрывают симистор VS1, через который напряжение 220 В подаётся в нагреватель муфельной печи.

Блок питания электронной части выполнен на трансформаторе Tr1. Сетевое напряжение поступает на первичную обмотку через фильтр низкой частоты C8L1L2C9. Переменное напряжение со вторичной обмотки выпрямляется мостом на диодах VD2…VD5 и сгладившись на конденсаторе С7 на уровне около +15 В, поступает на вход микросхемы-стабилизатора VR1, с выхода которой получаем стабилизированные +5 В для питания ОР1. Для работы реле К1 берётся нестабилизированное напряжение +15 В, избыточное напряжение «гасится» на резисторе R19.

Появление напряжения в блоке питания индицируется зелёным светодиодом HL1. Режим срабатывания реле К1, а значит и процесс нагрева печи, показывает светодиод HL2 с красным цветом свечения.

Стрелочный прибор Р1 служит для индикации температуры в камере печи при левом положении кнопочного переключателя S1 и требуемой температуры при правом положении S1.

Детали и конструкция

Детали в схеме применены как обыкновенные выводные, так и рассчитанные на поверхностный монтаж. Почти все они установлены на печатной плате из одностороннего фольгированного текстолита размером 100х145 мм. На ней же закреплен трансформатор питания, элементы сетевого фильтра и радиатор с симистором. На рис.9 показан вид на плату со стороны печати (файл в формате программы находится в приложении к статье, рисунок при ЛУТ надо «зеркалить»). Вариант установки платы в корпус показан на рис. 10 . Здесь же видны закрепленные на передней стенке стрелочный прибор Р1, светодиоды HL1 и HL2, кнопка S1, резистор R12 и пакетный переключатель S2.

Ферритовые кольцевые сердечники для сетевого фильтра взяты из старого блока питания компьютера и затем обмотаны до заполнения проводом в изоляции. Можно использовать дроссели и другого типа, но тогда потребуется внести необходимую правку в печатную плату.

Уже перед самой установкой блока управления на печь, в разрыв одного из проводников, идущих от фильтра к трансформатору был впаян обрывной резистор. Его цель не столько защищать БП, сколько понизить добротность резонансного контура, получающегося при шунтировании первичной обмотки трансформатора конденсатором С9.

Предохранитель F1 впаян на вводе 220 В в плату (установлен вертикально).

Трансформатор питания подойдёт любой, мощностью более 3…5 Вт и с напряжением на вторичной обмотке в пределах 10…17 В. Можно и с меньшим, то тогда потребуется установка реле на более низкое рабочее напряжение срабатывания (например, пятивольтовое).

Операционный усилитель ОР1 можно заменить на LM358, транзистор VT1 на близкий по параметрам, имеющий статический коэффициент передачи тока более 50 и рабочий ток коллектора более 50…100 мА (КТ3102, КТ3117). На печатной плате разведено место и для установки транзистора в smd исполнении (ВС817, ВС846, ВС847).

Резисторы R3 и R4 сопротивлением 50 кОм - это 4 резистора номиналом 100 кОм, по два "в параллель".

R15 и R16 припаяны к выводам светодиодов HL1, HL2.

Реле К1 – OSA-SS-212DM5. Резистор R19 набран из нескольких последовательно включенных для того, чтобы не перегревался.

Переменный резистор R12 – RK-1111N.

Кнопочный переключатель S1 – КМ1-I. Пакетный выключатель S2 – ПВ 3-16 (исполнение 1) или подобный из серии ПВ или ПП под нужное количество полюсов.

Симистор VS1 – ТС132-40-10 или другой из серий ТС122…142, подходящий по току и напряжению. Элементы R20, R21, R22 и C10 распаяны навесным монтажом на выводах симистора. Радиатор взят из старого компьютерного блока питания.

В качестве стрелочного электроизмерительного прибора Р1 подойдёт любой подходящего размера и с чувствительностью до 1 мА.

Проводники, идущие от термопары к блоку управления сделаны максимально короткими и выполнены в виде симметричной четырёхпроводной линии (как описано ).

Силовой вводной кабель имеет сечение жил около 1,5 кв.мм.

Наладка и настройка

Отлаживать схему лучше поэтапно. Т.е. запаять элементы выпрямителя со стабилизаторами напряжения – проверить напряжения. Спаять электронную часть, подключить термопару – проверить пороги срабатывания реле (на этом этапе понадобится или какой-то нагревательный элемент, подключенный к внешнему дополнительному блоку питания (рис.11 ), или хотя бы свеча или зажигалка). Затем распаять всю силовую часть и, подключив нагрузку (например, электрическую лампочку (рис.12 и рис.13 )) убедиться, что блок управления поддерживает выставленную температуру, включая и выключая лампочку.

Настройка может понадобиться только в усилительной части – здесь главное, чтобы напряжение на выходе ОР1.1 при максимальном нагреве термопары не превышало уровня 2,5 В. Поэтому если выходное напряжение велико – то его следует понизить изменением коэффициента усиления каскада (уменьшив сопротивление резисторов R3 и R4). Если же используется термопара с малым выходным значением ЭДС и напряжение на выходе ОР1.1 получается небольшим – то в этом случае нужно увеличить коэффициент усиления каскада.

Номинал подстроечного резистора R7 зависит от чувствительности применяемого прибора Р1.

Можно собрать вариант блока управления без индикации напряжения и, соответственно, без режима предварительной установки нужного температурного порога – т.е. удалить из схемы S1, Р1 и R7 и тогда для выбора температуры следует сделать риску на ручке резистора R12 и на корпусе блока нарисовать шкалу с температурными отметками.

Провести калибровку шкалы несложно – на нижних пределах это можно сделать с помощью термофена паяльника (но нужно как можно больше прогревать термопару, чтобы её длинные и относительно холодные выводы не остужали место термоспая). А более высокие температуры можно определить по плавлению разных металлов в камере печи (рис.14 ) – процесс это относительно долгий, так как требуется изменять установки малым шагом и давать печи достаточное время для прогрева.

Фото, показанное на рис. 15 , сделано при первых включениях в мастерской. Температурная калибровка ещё не была сделана, поэтому шкала прибор чистая – в дальнейшем на ней появится множество разноцветных меток, нанесённых маркером прямо на стекло.

Через некоторое время владелец печи позвонил и пожаловался на то, что перестал загораться красный светодиод. При проверке оказалось, что он вышел из строя. Скорее всего, это произошло из-за того, что при последнем включении проверялись возможности печи и камера, со слов владельца, нагревалась до белого цвета. Светодиод заменили, блок управления переносить не стали – во-первых, может быть, дело было и не в перегреве блока управления, а во-вторых, больше таких экстремальных режимов не будет, так как нужды в таких температурах нет.

Андрей Гольцов, r9o-11, г. Искитим, лето 2017

Список радиоэлементов

Обозначение	Тип	Номинал	Количество	Примечание	Магазин	Мой блокнот
OP1	Операционный усилитель	LMV722	1	возможна замена на LM358		В блокнот
VR1	Линейный регулятор	LM78L05	1			В блокнот
VR2	ИС источника опорного напряжения	TL431	1			В блокнот
VT1	Биполярный транзистор	КТ315В	1			В блокнот
HL1	Светодиод	АЛ307ВМ	1			В блокнот
HL2	Светодиод	АЛ307АМ	1			В блокнот
VD1...VD5	Выпрямительный диод	1N4003	5			В блокнот
VS1	Тиристор & Симистор	ТС132-40-12	1			В блокнот
R1, R2, R5, R6, R9, R17	Резистор	1 кОм	6	smd 0805		В блокнот
R3, R4	Резистор	100 кОм	4	см. текст		В блокнот
R8, R10, R11	Резистор	15 кОм	3	smd 0805		В блокнот
R13	Резистор	51 Ом	1	smd 0805		В блокнот
R14	Резистор	1.5 МОм	1	smd или МЛТ-0,125		В блокнот
R15, R16	Резистор	1.2 кОм	2	МЛТ-0,125		В блокнот
R18	Резистор	510 Ом	1	smd 0805		В блокнот
R19	Резистор	160 Ом	1	smd 0805, см. текст		В блокнот
R20	Резистор	300 Ом	1	МЛТ-2		В блокнот
R21	Резистор

Газовые нагревательные печи отличаются от нефтяных только способом подачи в печь топлива. В качестве топлива в данном случае применяют газ, подаваемый в печь инжекционными горелками.

К газовым нагревательным печам относятся камерные с неподвижным подом и выдвижным подом, с вращающейся ретортой, муфельные непрерывного действия и т. д.

Каркас печи сварен из листовой стали и выложен шамотным и доломитовым кирпичом. Для уменьшения потерь тепла между футеровкой и каркасом проложен листовой асбест. Печь снабжена инжекционными горелками, которые работают на природном газе.

Регулирование температуры автоматическое, осуществляемое мембранным клапаном Клапан управляется при помощи импульса, поступающего от термопары через пирометрический прибор с пневматической приставкой. Давление воздуха на пирометрическом приборе устанавливают редуктором.

1 - каркас печи, 2 - листовой асбест, 3 - огнеупорный кирпич, 4 - откидной рабочий стол, 5 - заслонка, 6 - инжекционные горелки, 7 - мембранный клапан, 8- под, 9 - дымоход; в - вид сторца: 10,11 - чугунные плиты, 12 - цепь, 13 - ролики, 14 - штанга, 15 - шток цилиндр 16 - пневмосистема.

а Камерные газовые печи с шаровым подом. В термических отделениях инструментальных и штампово-механических цехов для термической обработки измерительного и режущего инструмента из углеродистых и легированных сталей, а также ковочных и листоштамповочных штампов и приспособлений применяют газовые печи с шаровым подом.

Печь работает на природном газе, сгорающем в рабочей камере, расход газа 35- 40 м 3 /час. Площадь рабочего пода 1150X1900 мм 2 , высота рабочего окна 520 мм . На под печи уложены четыре желобковые направляющие 4, в которых находятся шары 5, изготовленные из жароупорной стали. Шары и рельсы в рабочей камере печи значительно облегчают продвижение поддонов с деталями при загрузке и разгрузке печи. На загрузочном столе 2 поддоны устанавливают на шары и вручную при помощи стального крючка направляют в рабочую камеру печи.

Печь снабжена инжекционными горелками 7. Детали в печи нагреваются за счет теплового излучения стенок и свода печи. Затлонка 1 поднимается и опускается пневматическим подъемником через ролик 3. Температура в печи контролируется и регулируется автоматически при помощи мембранного клапана. Термопару устанавливают в специальное отверстие 6, расположенное в кладке печи (сверху). Производительность печи при закалке и нормализации около 250 кг/час.

Камерные газовые печи с выдвижным подом. Общий вид отжигательной печи с выдвижным подом показан на рисунке.

Выдвижной под печи изготовлен в виде тележки на колесах, футерованной изоляционным и огнеупорным шамотным кирпичом. Такое устройство пода позволяет загружать и выгружать детали вне рабочего пространства печи при помощи мостового крана. Отжигательные печи с выдвижным подом применяют для отжига крупногабаритных и тяжелых станин, стального литья, проката, искусственного старения чугунных отливок и высокого отпуска.

Печь предназначена для отжига стального литья, бунтовой проволоки и искусственного старения чугунных станин металлорежущих станков.

Под печи выполнен в виде выдвижной тележки 7 . Печь с наружной части 2 выложена строительным кирпичом, а с внутренней 3 - шамотом. Свод 11 печи изготовлен из специальных подвесных шамотных кирпичей.

Под печи передвигается на колесах 10 по рельсам 9, проложенным на полу цеха. Передвижение осуществляется при помощи стального троса, соединенного с электродвигателем.

Печь обогревается природным газом, поступающим через 16 инжекцианных горелок 6, которые расположены по обеим стенкам печи. Нижний ряд горелок находится на уровне пода, поэтому продукты горения поступают ниже пода. Верхний ряд горелок расположен таким образом, чтобы продукты горения могли поступать под свод печи. Расход городского газа 11 м 3 /час на одну горелку.

Из рабочей камеры дымовые газы отводятся через каналы 8, расположенные на уровне пола, по дымоходной трубе 1. Печь снабжена мощным вентилятором 4, который обеспечивает равномерную циркуляцию атмосферы печи в ее пространстве. Измерение температуры производится термопарами через отверстия 5 и 12.

Печи с выдвижным подом могут иметь не только мазутное и газовое отопление, но и электрическое.

Техническая характеристика газовой камерной печи с выдвижным подом

Максимальная температура, ° С 650-850
Площадь выдвижного пода, м 2 27,6
Высота от уровня пода до свода, м 4,5
Вес садки металла, т............. 30

Механизированные печи с вращающейся ретортой. Такие печи (рисунок ниже)

применяются для газовой цементации и закалки небольших деталей несложной формы и не требующих большой глубины цементованного слоя.

Печь представляет собой футерованный металлический цилиндр 3, установленный на цапфы в горизонтальном положении. Внутри цилиндра находится жароупорная литая реторта 4, являющаяся рабочей камерой печи. Реторта вращается на опорных роликах 8 при помощи червячной и цепной передач 7 от электрического двигателя 6 мощностью 0,85 квт. Опорные ролики укреплены на торцовых плитах печи металлического каркаса.

В процессе цементации реторта, нагруженная деталями, непрерывно вращается, благодаря чему детали обтекаются науглероживающим газом или газовой смесью. Для того чтобы при вращении реторты детали не скапливались в одном месте,

загрузочной стороны реторта герметично закрывается крышкой 2 с футерованным внутри реторты имеются небольшие продольные ребра. С экраном. Цементующий газ подается в печь через трубку 5, расположенную в задней стенке реторты. Отработанный газ выводится по трубке 1 через крышку реторты, где поджигается.

Печь обогревается городским газом при помощи и нжекционных горелок. В качестве карбюризатора для цементации применяют природный газ. Расход газа-карбюризатора - 3,0- 3,5 м 3 /час; газа, необходимого для нагрева, - 60 м 3 /час.

Для ускорения науглероживания деталей и предохранения их от забоин во время вращения печи в реторту засыпают 1,5- 2,0 кг мелких кусков древесного угля. Производительность печи при глубине цементованного слоя 0,6-0,8 мм - 50 кг/час. Скорость цементации в среднем не превышает 0,15-0,20 мм/час, Цементируемые детали закаливают только после их подстуживания до температуры 830-840°С.

При выгрузке цементируемых деталей печь при помощи маховика легко наклоняется и детали высыпаются в закалочный бак, на дне которого (находится железная сетчатая корзина. При отсутствии на заводах цементующих газов или газовых смесей детали в ретортных печах цементируют при помощи твердого карбюризатора. Недостатками печей с вращающейся ретортой являются неравномерная цементация и возможное образование на деталях небольших забоин.

Техническая характеристика механизированной печи с вращающейся ретортой

Максимальная температура, °С............ 930

Размеры рабочего пространства реторты, мм:

диаметр.............................................. 360

длина............................................ 1324

Муфельные газовые печи непрерывного действия. В поточно-массовом производстве, когда необходимо получить большое количество деталей с одинаковой глубиной цементованного слоя, применяют муфельные газовые печи непрерывного действия

с периодической загрузкой деталей на поддоны

Поддоны с деталями передвигаются по рельсам при помощи механического толкателя 1, укрепленного на загрузочном конце печи, который снабжен закалочным баком с механизированным столом для непосредственной закалки с предварительным подстуживанием деталей после цементации. С входной стороны печи установлена загрузочная камера 2, изготовленная из листовой стали без футеровки. Внутри камеры находятся две газовые горелки 3, при горении которых поглощается кислород воздуха и уменьшается сила вспышки газов, выходящих из цементационной рабочей камеры 6 при открывании заслонки 4 муфеля.

Камера 6 представляет собой муфель 5, собранный из литых секций с фланцами, которые укрепляются болтами и свариваются газонепроницаемым швом. Секции муфеля и болты крепления изготовляются из жароупорной стали Х18Н25С2. Размеры муфеля следующие: длина 7-8 м, ширина 0,82 м , высота 0,43 м . В муфеле одновременно помещается 24 поддона; практически эксплуатируется только 22 поддана. Это делается для того, чтобы у разгрузочного конца печи всегда имелось свободное место.

На каждый поддон загружаются детали весом от 100 до 120 кг . Количество загружаемых деталей и порядок их укладки зависят от формы деталей и их веса.

Разгрузочная камера 9 (камера подстуживания) имеет две самостоятельные горелки и заслонку 11. От цементационной камеры она отделяется герметической заслонкой 10 с гидравлическим затвором. Наличие такой камеры позволяет подстуживать детали с температуры цементации (930°С) до температуры закалки (820-840°С).

Как только поддан с деталями достигнет закалочной камеры, его вытаскивают из камеры при помощи железных крючков 12,. устанавливают на механизированный стол, после чего вместе со столом погружают в закалочный бак с маслом. Стол с деталями опускают пневматическим подъемником. Муфельная печь обычно отапливается городским природным газом при помощи 28 горелок, расположенных в шахматном порядке в два ряда с обеих сторон муфеля. Печь может работать и на мазуте.

Температура внутри цементационной камеры контролируется термопарами 7, установленными в трех зонах. Температура в тих зонах поддерживается равной 920-940°С. Четвертая зона является камерой подстуживания. Науглероживающий газ вводится в муфель по трем отверстиям (вводам) 8, расположенным сверху, и одному - снизу муфеля.

Из муфеля отходящие газы направляются в гидравлический затвор с тем, чтобы в муфель не мог попасть наружный воздух, окисляющий цементируемые детали. Затем отходящие газы выводятся наружу и у входа из трубки поджигаются. Расход газа карбюризатора 5-6 м 3 /час, а газа, необходимого для отопления, 60-70 м 3 /час. Производительность цементационной печи при глубине цементованного слоя 1,0-1,2 мм 200-250 кг/час, продолжительность процесса при этом составляет 7-8 час.

Одним из основных недостатков муфельных печей является наличие в них дорогостоящих жароупорных литых муфелей, эксплуатационная стойкость которых невысока - не более 10- 12 месяцев. При повышении температуры цементации до 1000 °С стойкость муфеля становится еще ниже. Значительные трудности вызывает также смена муфеля при ремонте печи. Для удаления старого, прогоревшего муфеля и замены его новым приходится почти полностью разбирать кладку печи. Эти недостатки полностью устраняются при использовании современных безмуфельных агрегатов.

Безмуфельные цементационные агрегаты. Такие агрегаты применяют для газовой цементации и нитроцементации автомобильных и тракторных зубчатых колес, валов, червяков руля, деталей металлорежущих станков и сельскохозяйственных машин. Безмуфельные агрегаты могут быть однорядными и двухрядными.

Однорядный безмуфельный агрегат показан на рисунке ниже.

В таком агрегате все процессы - нитроцементация, т. е. насыщение поверхности стальных деталей углеродом и азотом; закалка; промывка и отпуск - полностью автоматизированы.

Агрегат представляет собой плотно сваренный каркас, внутри которого расположена цементационная безмуфелыная печь 5, загрузочная камера 2, закалочная камера с механизированным баком для изотермической закалки, моечная машина 9, отпускная печь 10 и система рольгангов 11. Цементационная печь зафутерована динасовым огнеупорным кирпичом. Для предохранения кладки печи от науглероживания рабочая камера печи выложена доменным кирпичом. Нагрев цементационной печи производится при помощи радиационных нагревательных труб 17, изготовленных из жароупорной хромоникелевой стали, вертикально расположенных в рабочей камере. Это позволяет получать наибольшее количество тепла при сжигании в них природного газа и вынимать их для смены в случае прогара. В верхней и нижней частях трубы имеется песчаный затвор 16. Горелки 18 помещаются в нижней части трубы, причем так, что продукты горения в трубе движутся вверх благодаря тяге самой трубы. При выходе из трубы продукты сгорания (газы) попадают в короб 15. Из этого короба они отсасываются вентилятором, расположенным на своде печи. Такой вентилятор способствует перемешиванию в печи науглероживающей атмосферы

Кладка печи, герметизация стального каркаса и песчаные затворы у труб обеспечивают постоянное давление в печи - 20 мм вод. ст. Уплотнение со стороны загрузки достигается непрерывным гидравлическим прижимом стенок загрузочной тележки через асбестовую прокладку к раме загрузочной камеры, а со стороны выгрузки - масляным затвором на выходе хобота в масляный закалочный бак. Температура в печи на длине 2 /з камеры для цементации должна быть 930± 10°С, для нитроцементации - 850-860° С. У разгрузочного конца печи она понижается до 800-820° С. Перед выгрузкой печь охлаждают, чтобы довести концентрацию углерода до нормы и получить наименьшее количество аустенита в цементованном слое после непосредственной закалки в горячем масле.

Карбюризатором служит газовая смесь, состоящая из эндотермического газа, аммиака и природного газа.

Нитроцементация производится на жароупорных поддонах 13, причем в печи одновременно находится 17 поддонов. Агрегат работает следующим образом. Платформа загрузки подает поддон с деталями на загрузочный стол 12. Стол, двигаясь вверх, направляет поддон с деталями в разгрузочную камеру. После этого поднимаются передняя и задняя заслонки 4. С разгрузочной стороны в печь подается толкатель-лопата и одновременно с этим поднимается стол в закалочном баке. Толкатель 1 двигает поддон с «сырыми» деталями, а толкатель-лопата с поддоном цементованных деталей отходит назад и ставит их на стол масляного бака. Затем заслонки опускаются и стол с деталями погружается в масляный бак с закалочным маслом, имеющим температуру 170°С, где и происходит их изотермическая закалка. Далее закаленные детали подаются в бак с холодным маслом и из него в моечную камеру, а платформа загрузки возвращается в исходное положение. После этого заслонки моечной машины и отпускной печи поднимаются, поддон с отпущенными деталями идет на рольганг, а на его место устанавливается поддон с промытыми деталями. Затем заслонки моечной машины и отпускной печи опускаются, начинается новый цикл цементации.

Для автоматического управления технологическим процессом агрегат оборудован двумя системами последовательного действия гидравлических механизмов и регулирования температуры. Система последовательного действия гидравлических механизмов состоит из электрических часов со звонком для выдерживания интервала времени, толкателя поддонов с деталями, конечных выключателей и реле, гарантирующих заданную последовательность работы механизмов. После звукового сигнала, полученного от контактных часов, механизмы работают без вмешательства термиста. Поддоны с деталями загружают через каждые 12-15 мин.

Производительность безмуфельных агрегатов при нитроцементации автомобильных зубчатых колес составляет 350 кг/час.

Изобретение относится к области технологии пеносиликатных материалов. Технический результат изобретения заключается в создании способа получения гранулята для производства пеностеклокристалических материалов без осуществления процесса варки стекла. Подготавливают фракцию высококремнеземистого сырья с содержанием SiO 2 более 60 мас.% путем прогрева при температуре 200-450°С. Затем добавляют кальцинированную соду в количестве 12-16 мас.%, полученную смесь уплотняют в форме из жаропрочной стали. Форму помещают в печь непрерывного действия и термообрабатывают с выдержкой при максимальной температуре 10-20 минут, и полученный спек измельчают. 1 табл.

Изобретение относится к области технологии пеносиликатных материалов, получаемых вспениванием при температуре выше 800°С - пеностекло, керамзит, петрозиты, в том числе пеноцеолиты, и может быть использовано для изготовления теплоизоляционных материалов с плотностью 150-350 кг/м 3 . Перед вспениванием исходной смеси получают гранулят или гранулы, которые в отдельных случаях измельчают до порошка с удельной поверхностью 6000-7000 м 2 /г.

Известен способ получения гранулята для вспенивания путем формования пластичных масс на шнековых или валковых прессах с последующей сушкой при температуре 100-120°С, при этом вспенивание материала протекает при температурах 1180-1200°С. Недостатком этого способа является ограниченная применимость - только для глиносодержащих шихт при получении гранулированного пористого материала (Онацкий С.П. Производство керамзита. - М.: Стройиздат, 1987). Получение исходной для вспенивания шихты, например, из стеклобоя, данным способом невозможно.

Известен способ получения стеклогранулята путем смешивания компонентов шихты необходимого состава и варки стекломассы при температурах выше 1400°С, охлаждением стекломассы с последующим дроблением и измельчением до удельной поверхности 6000-7000 м 2 /г (Китайгородский И.И., Кешишян Т.Н. Пеностекло. - М., 1958; Демидович В.К. Пеностекло. - Минск, 1975). Недостатком данного способа является необходимость организации процесса при высоких температурах с большим энергопотреблением.

Наиболее близким к предлагаемому решению по технической сущности является способ получения гранулята, включающий подготовку фракции высококремнеземистого сырья, добавление кальцинированной соды, смешивание порошков и обжиг в печах непрерывного действия при температуре 750-850°С (Иваненко В.Н. Строительные материалы и изделия из кремнистых пород. - Киев: Будiвельник, 1978, стр.22-25). Недостатком этого способа является ограниченная применимость - получают термолиты, применяемые в качестве пористых заполнителей для бетонов, которые изготавливают только из кремнистых опаловых пород (диатомит, трепел, опока).

Задачей изобретения является подготовка гранулята на основе термообработки смеси компонентов: а) сырьевых материалов с SiO 2 более 60 мас.%, например цеолитовые туфы, маршаллиты, диатомиты, трепелы и т.п. и б) технологических добавок, обеспечивающих процессы силикатообразования без осуществления варки стекла.

Поставленная задача достигается следующим образом:

1. Кремнеземистую породу, содержащую SiO 2 более 60 мас.%, дробят, измельчают, просеивают (фракция менее 0,3 мм);

2. Порошок кремнеземистой породы активируют путем прогрева при температуре 200-450°С для удаления т.н. «молекулярной воды»;

3. Для приготовления сырьевой смеси добавляют кальцинированную соду в количестве 12-16 мас.%;

4. Полученную смесь уплотняют в форме из жаропрочной стали и термообрабатывают в печах непрерывного действия при температуре 750-850°С с выдержкой при максимальной температуре 10-20 минут;

5. Полученный спек измельчают до фракции менее 0,15 мм и используют для приготовления шихты с газообразователем и другими добавками для производства пеностекла и пеностеклокристаллических материалов известными технологическими процессами.

Предлагаемый способ получения гранулята иллюстрируется примером:

1. В качестве кремнеземистого сырья был применен цеолитизированный туф Сахаптинского месторождения (Красноярский край) следующего химического состава, мас.%: SiO 2 - 66,1; Al 2 О 3 - 12,51; Fe 2 О 3 - 2,36; CaO - 2,27; MgO - 1,66; Na 2 O - 1,04; K 2 O - 3,24; TiO 2 - 0,34; потери при прокаливании - 10,28.

2. Подготовленная проба - измельченная, просеянная с фракцией менее 0,3 мм активируется путем прогрева в сушильном шкафу при температуре 400°С в течение 10 минут.

3. Расчет количества кальцинированной соды проводится из предпосылок максимального образования Na 2 SiO 3 при твердофазовом взаимодействии SiO 2 и Na 2 СО 3 - т.о. на 100 г активированной пробы добавляется 18,62 г кальцинированной соды.

4. Для спекания используют формы из жаропрочной стали. Внутренняя поверхность формы обмазывается каолиновой суспензией для предотвращения прилипания опека к металлу.

5. Подготовленная порошкообразная смесь уплотняется в форме, помещается в муфельную печь и нагревается до температуры 800°С и выдерживается 15 минут.

6. Полученный спек с содержанием стеклофазы 65-85% охлаждается, измельчается и является полуфабрикатом для приготовления шихты для производства пеностекла.

Полученный по данному способу гранулят апробирован в технологическом процессе производства пеностекла:

Гранулят измельчался до фракции менее 0,15 мм;

В полученную порошкообразную шихту вводился газообразователь - кокс, антрацит, жидкие углеводороды в количестве 1% по весу;

Шихта уплотнялась в формах и термически обрабатывалась в муфельной печи при температуре 820°С с выдержкой 15 минут. После выдержки формы удалялись из печи для охлаждения и стабилизации ячеистой структуры.

Получен пеностеклокристаллический материал с характеристиками, приведенными в таблице.

Таким образом, авторами предлагается способ получения гранулята для производства пеностеклокристаллического материала, позволяющий использовать природной сырье вместо дефицитного стеклобоя. Технологический процесс не требует высоких температур, что делает производство экономически эффективным.

Основные характеристики способа и свойств пеностеклокристаллического материала
Вид гранулята	Режим обработки, параметр					Свойства пеностеклокристаллита
	Температура обработки, °С	Размер частиц гранулята для подготовки шихты	Температура получения пеностекла и пеностеклокристаллита, °С	Температура выдержки, мин	Количество стекло-фазы, масс.%	Плотность кг/м 3	Прочность на сжатие, МПа
Стеклогранулят (расплав смеси цеолит + сода)	1480-1500	6000 см 2 /г	820	15	100	300	08,-1,5
Твердофазовое спекание смеси цеолит + сода	750	0,15 мм	820	15	65	350	3-4
То же	800	0,15 мм	820	15	70	300	2,5-3,5
То же	850	0,15 мм	820	15	80	300	2,5-3,5
Стеклобой	1500	6000 см 2 /г	750-850	15	100	150-200	0,8-2,0

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Способ получения гранулята для производства пеностекла и пеностеклокристаллических материалов, включающий подготовку фракции высококремнеземистого сырья с содержанием SiO 2 более 60 мас.%, добавление кальцинированной соды, смешивание порошков и обжиг в печах непрерывного действия при температуре 750-850°С, отличающийся тем, что полученную фракцию высококремнеземистого сырья активируют путем прогрева при температуре 200-450°С, затем добавляют кальцинированную соду в количестве 12-16 мас.%, полученную смесь уплотняют в форме из жаропрочной стали, помещают форму в печь непрерывного действия, термообрабатывают с выдержкой при максимальной температуре 10-20 мин и полученный спек измельчают.