Перейти к содержанию
Sleepwalker451

Печь для науглероживания стали, управление температурой

Рекомендуемые сообщения

И снова здравствуйте.

Есть такая тема

На фирме есть печь для науглероживания стали, небольшая - около 30 кВт, два плеча по 7 двойных двухметровых спиралей, размеры внутренние где-то 90х70х180 см. Процесс простой - котелок с углем и заготовками оклеивается, заряжается в печь и сидит там 14-18 часов при температуре 900-950 градусов. Плюс иногда используем печь для закалки специфических деталей, тогда температура выставляется на 950-1000, редко 1050 градусов. 

 

Сейчас это всё дело управляется просто - термопара 600мм, термостат, и просто вкл/выкл.. режим для нихрома при таких температурах, сами понимаете, не очень полезный, поэтому спирали дохнут, мягко говоря, регулярно - недели не проходит, чтоб что-то где-то не отгорело. Чаще всего в месте соединения спирали и стальной шпильки резьбовой, т.к. там возникают наибольшие температурные деформации. Частично мы это дело исправили путем использования специальных прутов и изменения метода соединения - сначала опрессовка, потом обварка хвостика спирали в "окне" прутка, но все равно регулярно что-то да мрет.

 

В общем, у меня зародилась идея, впихнуть туда частотник на управление. Задумка - чтобы ограничивать мощность на спиралях и тем самым - иметь плавную регулировку температуры самих спиралей, и, соответственно, и печи, плюс режим "поддержания" температуры, который поможет избежать температурных деформаций и по идее должен увеличить срок службы нагревательных элементов. Ну и как бонус, меньшие броски напряжения, т.к. нагрузка будет не 0-30квт-0, а стабильно, например, 25 кВт в цикле прогрева и потом 5-7 кВт в цикле поддержания температуры. 

 

В общем, есть ли какие-то готовые решения в таком духе (желательно импортные), и уложится ли это в бюджет 1500-1800 у.е. на саму покупку (настроить, подозреваю, смогу сам, опыт установки и настройки частотников на шлифовальные и сверлильные станки уже есть)

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение

Частотник непричём. Нужен регулятор ПИД с обратной связью от термопары.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Дата: (изменено)
13 минут назад, antabu сказал:

Нужен регулятор ПИД с обратной связью от термопары.

Так это уже есть. Самое примитивное. Если с термопары сигнал меньше заданного значения, включается питание, если больше - выключается. А мне нужна мягкая регулировка мощности нагревательных элементов, т.е. некий ограничитель тока (ну или напряжения, как угодно), который позволит регулировать мощность печи в достаточно широком (от ~5 до ~30 кВт) диапазоне без физического вмешательства в общий контур - т.е. отключение  части спиралей не подходит, например. 

 

Мне тут напрашивается на ум или тиристорный регулятор, или схема по типу сварочного инвертора, т.е., внезапно, все сводится к ШИМ... но делать с нуля я такое не возьмусь, уж больно ток да напряжение высоки, чтоб в такие игрушки играть, там цена одной ошибки в схеме или при сборке - сотни баксов. Проще уж готовое изделие, блок управления + силовое.

Изменено пользователем Sleepwalker451

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение

Это я и  имел ввиду. Слишком много воды утекло с того времени, когда я использовал подобные регуляторы. Но на форуме темы были, ищите.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Дата: (изменено)
59 минут назад, Sergynik сказал:

Или что-то аналогичное

О, это уже интересно! Я думал о тиристорах, но насколько надёжна конструкция? По опыту ТПЕ на коксовых машинах я бы сказал "боже упаси".. там недели не проходило, чтоб какой-то блок не вылетел. Правда, там и условия более жёсткие, но и у нас не сахар вроде - подразумевается непрерывная работа блока в течении 12-18 часов как минимум 4 дня в неделю плюс ещё циклы закалки - там по 2-3 часа ещё можно добавить раза три в неделю. Чтоб не получилось, что деньги заплатим, а потом все это счастье каждые полгода дохнуть от перегруза станет. 

 

Понятно, что будем брать с достаточным запасом по мощности, но все же. К транзисторным как-то больше доверия, когда управление насосами на транзисторы перевели с тиристоров, то все обслуживание сводилось к ежемесячному проживанию от пыли да профилактическим проверкам температуры, а до этого тоже тиристоры частенько летели.. то ли тиристоры такие, то ли схема не очень удачная, то ли компоновка.. 

 

 

Изменено пользователем Sleepwalker451

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
21 час назад, Sleepwalker451 сказал:

14-18 часов при температуре 900-950 градусов.

 

21 час назад, Sleepwalker451 сказал:

режим для нихрома при таких температурах, сами понимаете, не очень полезный, поэтому спирали дохнут, мягко говоря, регулярно

Температура предельная для нихрома, Поэтому никакие пид-регуляторы вас не спасут. Кого вы хотите обмануть? Скупой платит дважды. Обманите сами себя - потратите деньги на пид-регуляторы, но нихром по-прежнему будет регулярно отгорать.

Во всём виновата как всегда внутренняя жаба. Замените нагреватель на фехраль/кантал и чем раньше вы это сделаете, тем больше денег сэкономите.

 

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение

Может автотрансформатор использовать? ОН может регулировать напряжение в широких пределах.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Дата: (изменено)
3 часа назад, White_Swan сказал:

Температура предельная для нихрома

Емнип, то для того же 20х80н предельная рабочая порядка 1100, что как бы на 10-15% выше. Проволоку заказываем в бухтах, о точном химсоставе понятия не имею, но производитель обещает рабочие температуры до 1200 градусов, так что вполне возможно, что там как бы уже фехраль/кантал.. 

 

Да и горят спирали в 99 случаев из 100 именно на стыке нихрома со стальным прутком. После того, как изменили способ соединения (с чистой сварки на обжим гидравлическим пресом с последующей обваркой хвостовика проволоки в теле прутка через "окно") гореть стало заметно реже, но все же горит, потому что температурные коэффициенты разные, и регулярные циклы нагрев/охлаждение просто разрушают шов. В режиме поддержания температуры с помощью регулятора мощности ситуация должна выправиться, да и цель стоит не только в этом, а убрать большие броски мощности в сети, т.к. стоит задача, чтобы работала одновременно и небольшая печь для отпуска изделий - она потребляет около 10-12 кВт, и на нее тоже хотим поставить подобную систему. Тем самым отойдем от пиковых нагрузок до 40-45кВт и придем к максимальной нагрузке в районе 30-35 кВт и постоянной длительной нагрузке порядка 10-15 кВт, что как бы хорошо для всех. Вот и хочется одним выстрелом двух зайцев.

3 часа назад, ximmic сказал:

автотрансформатор

Эмм.. на 30кВт трехфазки? Мне кажется, это будет стоить мягко говоря, космических денег. Да и громоздко, хотелось бы шкаф убрать, а то и развернуться трудно, когда с габаритными деталями работаешь.. 

Изменено пользователем Sleepwalker451

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
13 минут назад, Sleepwalker451 сказал:

Да и горят спирали в 99 случаев из 100 именно на стыке нихрома со стальным прутком. После того, как изменили способ соединения (с чистой сварки на обжим гидравлическим пресом с последующей обваркой хвостовика проволоки в теле прутка через "окно") гореть стало заметно реже, но все же горит, потому что температурные коэффициенты разные, и регулярные циклы нагрев/охлаждение просто разрушают шов.

Это совершенно неправильный способ соединения проволочного нагревателя с электросетью. Такое соединение делается снаружи теплоизоляции печи (полностью вне горячей зоны), причем никакой сварки там быть не должно, а только болтовое соединение к массивной медной клемме.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
34 минуты назад, Sleepwalker451 сказал:

Емнип, то для того же 20х80н предельная рабочая порядка 1100, что как бы на 10-15% выше.

максимальная рабочая 950

1100 - предельная

34 минуты назад, Sleepwalker451 сказал:

Проволоку заказываем в бухтах, о точном химсоставе понятия не имею, но производитель обещает рабочие температуры до 1200 градусов, так что вполне возможно, что там как бы уже фехраль/кантал.. 

вот видите

вы даже сами толком не знаете, что покупаете

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
20 минут назад, Авас Петяев сказал:

Такое соединение делается снаружи теплоизоляции печи (полностью вне горячей зоны), причем никакой сварки там быть не должно, а только болтовое соединение к массивной медной клемме.

Да я тоже над этим думал, но загвоздка в изоляции этого всего от корпуса.. переделка неслабая нужна такая, медные шины, изолированные между собой, болты, керамические изоляторы.. плюс греться же будет и снаружи некисло, чего хотелось бы избежать - от печи и так жар идёт хороший, несмотря на теплоизоляцию, а тут ещё сзади калорифер добавится киловатта эдак на два..

 

Оригинальные спирали были соединены точно таким же образом - опрессовка в жаропрочном прутке и обварка, и они служили достаточно долго - полгода, а то и больше. Потом начали делать спирали сами, чисто сваркой, но получалось от раза к разу - какая-то месяц держится, а какая-то на третий день отгорает. В итоге изменили материал прутков на другой (марку стали не скажу, ей богу, не помню), стали применять опрессовку и сварку в чистом аргоне, спирали живут от двух недель до пары месяцев, рекордсменка держится уже почти четыре, но из-за их количества (4 на потолке, 12 на стенках, итого 16, а значит, 32 точки отказа) все равно каждую неделю что-то случается..

 

10 минут назад, White_Swan сказал:

вот видите

вы даже сами толком не знаете, что покупаете

Закупка проволоки - не моя головная боль. Этим занимаюсь не я, а шеф, где и что он берет - его дело. Мое дело - чинить, обслуживать, модернизировать, толкать рацухи и т.д. обсуждался вопрос частотников или иных регуляторов мощности в двух аспектах - продлить жизнь спиралям и снизить пиковые нагрузки, плюс как бонус получить более широкий диапазон поддержания температурных режимов, возможно, даже цикличные автоматизированные режимы в перспективе, нагрев-охлаждение-нагрев, возможность плавного разогрева и плавного же охлаждения и т.д., что для металлообработки важно.

 

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
45 минут назад, Sleepwalker451 сказал:

вполне возможно, что там как бы уже фехраль/кантал.. 

Это, кстати, легко проверить, чего там - фехраль/кантал или нихром. Потому что фехраль/кантал после нагревания выше 600 и остывания до комнатной температуры становится хрупким, а нихром остается пластичным.

 

27 минут назад, Авас Петяев сказал:

способ соединения проволочного нагревателя с электросетью. Такое соединение делается снаружи теплоизоляции печи

Ага! И не только для подключения к сети, но и для соединения групп нагревателей между собой.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
2 минуты назад, Лука сказал:

ания выше 600 и остывания до комнатной температуры становится хрупким, а нихром остается пластичным.

Тогда скорее фехраль/кантал. Потому что отработавшие спирали становятся достаточно хрупкими. Чуть-чуть гнутся, но стоит приложить небольшое усилие, как она просто рассыпается на несколько кусков, сегментами. Достаточно даже уронить с уровня стола на пол, чтобы что-то откололось. 

 

4 минуты назад, Лука сказал:

только для подключения к сети, но и для соединения групп нагревателей между собой.

Я ещё проработаю этот вариант завтра вживую, благо, завтра как раз печь не будет использоваться и можно спокойно все обмерить, прикинуть и посчитать, но регулятор мощности всё-таки нужен будет. 

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение

Кхе. Уже проработал. Самый большой недостаток, что все эти соединения будут прогреваться до температуры проволоки, нет? Если у нас там на проволоке 1000-1100 градусов, допустим, то на подложке будет 1000. Какой болт и какая медная пластина это выдержат? Они же расплавятся или по крайней мере сильно деформируются, теряется прижимная сила и все, не складывается арифметика. Или надо давать такие габариты и такой запас прочности, что печка золотой получится - килограмм 15 только чистой меди заложить на всё, чтоб она успевала спмоохлаждаться.. 

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
22 минуты назад, Sleepwalker451 сказал:

Закупка проволоки - не моя головная боль. Этим занимаюсь не я, а шеф, где и что он берет - его дело. Мое дело - чинить, обслуживать, модернизировать, толкать рацухи и т.д.

Замечательно. Шеф закупает неизвестно какую проволоку, а вы пытаетесь ремонтировать неизвестно что. Печь-то эту уникальную кто делал?

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Дата: (изменено)
25 минут назад, Sleepwalker451 сказал:

Кхе. Уже проработал. Самый большой недостаток, что все эти соединения будут прогреваться до температуры проволоки, нет? Если у нас там на проволоке 1000-1100 градусов, допустим, то на подложке будет 1000. Какой болт и какая медная пластина это выдержат? Они же расплавятся или по крайней мере сильно деформируются, теряется прижимная сила и все, не складывается арифметика. Или надо давать такие габариты и такой запас прочности, что печка золотой получится - килограмм 15 только чистой меди заложить на всё, чтоб она успевала спмоохлаждаться.. 

Температура проволоки вне печи будет не выше 200°C, а температура медной клеммы не поднимется и до 150°C, причем безо всякого охлаждения. Не заморачивайтесь размышлениями и беспокойством, а просто поверьте (или проверьте), что практически все печи подключаются именно так.

https://ten24.com.ua/catalog/raskhodnye-materialy/termostoykie-klemmnye-bloki/

https://polymernagrev.ru/catalog/raskhodnye-materialy/keramicheskie-klemmniki/

https://yavitrina.ru/klemmniki-keramicheskie

Изменено пользователем Авас Петяев

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Дата: (изменено)
26 минут назад, Авас Петяев сказал:

что практически все печи подключаются именно так

Ну вот наши две на стальных шпильках и сварном соединении этих шпилек со спиралью, фабричные такие и печи, и спирали, это не моя или чья-то ещё "придумка на коленке". Их и новые можно купить, просто уж больно дорого выходит, даже не смотря на срок службы - условно на цену одной готовой спирали можно полтора десятка самодельных накрутить..

 

Других печей особо не наблюдал, по крайней мере с такими рабочими температурами, увы. Сухожаровые шкафы видел с подобными колодками, но там температура чуть ли не на порядок меньше, градусов 150-180.. поэтому и внушало мне некоторые опасения такое решение. 

Вообще, конечно, эксперимента ради одну спираль так могу прокинуть завтра, там как раз одну поменять бы неплохо было. Колодку на такой случай заменю - у меня огрызок медной шины валяется, 4х30, вот в ней пару отверстий под болтик м10 и сжать. От корпуса шамотом изолирую, как временное решение сойдёт. Посмотрим, что из этого получится.

 

39 минут назад, White_Swan сказал:

Шеф закупает неизвестно какую проволоку

Каким-то коренным образом меняет факт необходимости регулятора мощности химический состав проволоки? Или фехраль радикально лучше сваривается со стальным прутом, чем нихром? 

 

Я уже выше объяснил - рабочая температура заявлена до 1200, у нас регулярно используется на температурах 850-960 градусов, что существенно ниже и вписывается в допустимые рабочие температуры даже для нихрома, которые вы же и привели

1 час назад, White_Swan сказал:

максимальная рабочая 950

1100 - предельная

Редкая, я бы сказал, разовая, эксплуатация на более высоких температурах никак не коррелирует с интенсивностью отгорания спиралей - после последнего прогрева больше месяца назад, на 1030 градусов, не отгорела ни одна, зато буквально на прошлой неделе во время рядового цикла науглероживания при 880 сгорели сразу две в разных плечах, причем практически одновременно, с разницей в полчаса-час максимум. 

 

Более того, уже выяснили благодаря подсказке

1 час назад, Лука сказал:

Потому что фехраль/кантал после нагревания выше 600 и остывания до комнатной температуры становится хрупким, а нихром остается пластичным.

, что там явно не нихром, потому что после прогрева спираль легко крошится и ломается даже от минимальных воздействий, но вы все равно упорно цепляетесь за своё..

Завод ее делал. Завод. И с завода шла такой конструкции, оригинальное фабричное решение, продуманное конструкторами. Заявленная рабочая температура печи - 1050 градусов.

39 минут назад, White_Swan сказал:

Печь-то эту уникальную кто делал?

Изменено пользователем Sleepwalker451

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
1 час назад, Sleepwalker451 сказал:

Завод ее делал. Завод. И с завода шла такой конструкции, оригинальное фабричное решение, продуманное конструкторами. Заявленная рабочая температура печи - 1050 градусов.

Если это заводская печь, то у неё должно быть официальное название и документация, в которой, в частности, указан материал нагревателя.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
1 час назад, Sleepwalker451 сказал:

эксперимента ради одну спираль так могу прокинуть завтра, там как раз одну поменять бы неплохо было

Если нужно подключить пока еще пластичный (ни разу не нагретый) фехралевый нагреватель к уже поработавшему и охрупченному, то можно этот поработавший согнуть/распрямить, прогревая участок проволоки под деформацию горелкой выше 600. Это когда при дневном освещении становится заметным калильное свечение. За 600°С поработавший фехраль вполне пластичен и можно его понемножку (участок за участком) распрямить и вывести за пределы термоизоляции. И так же под пламенем горелки свернуть петлю под болтовое соединение.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Дата: (изменено)
3 часа назад, Sleepwalker451 сказал:

что все эти соединения будут прогреваться до температуры проволоки, нет?

А это зависит от конструкции печи . Старые советские печи отжига

СНО 8.16 (чугун там отжигают самоналитый )с самосвитыми на токарном станке

спиралями из нихрома и самосделанным регулятором температуры 

на ТРМ-501 , термопаре ТХА , соответствующем термокомпенсационном

проводе и на советских контакторах работают годами . Мощность

электрического потребления - за 80 кВт. При температуре 968-972 по 

Цельсию .(Гистерезис в параметрах). 

Про устойчивость нихрома при 1050 ничего не скажу - не термист и не 

материаловед . ТХА в хороших корпусах до 1100 позиционировались . 

Видимо надо хороших поставщиков искать . 

 

 

Изменено пользователем sermor

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
16 часов назад, Sleepwalker451 сказал:

Эмм.. на 30кВт трехфазки? Мне кажется, это будет стоить мягко говоря, космических денег. Да и громоздко, хотелось бы шкаф убрать, а то и развернуться трудно, когда с габаритными деталями работаешь.. 

В ваш бюджет укладывается, но ящик конечно здоровый.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение

Кхм. Так, нашел тиристорный регулятор мощности на 50А, в бюджет вписывается, 600 баксов за это щщщастье. 

 

Теперь другой вопрос. Посмотрел схему питания на печи детально. Получается порнография. Раньше было три плеча (стенка+потолок, стенка+потолок, пол), подключаемых в звезду или треугольник. Потом, ещё при царе горохе, пол был выкинут ввиду неиспользования и проблем с нижней плитой (искривило ее неслабо), да и часто КЗ случалось. В общем, осталось два плеча, питаемые от разных фаз и приходящие на одну общую (т.е. АВ и ВС с общей точкой в В).

Это, конечно, та ещё порнография, и я подозреваю, что немало нервов с перебоями питания делает именно эта схема, но иначе не при таких раскладах не переложить. 

 

Как я вижу сейчас схему подключения с тиристорным регулятором. 

Оставляю 12 спиралей, разделяю их на три равных плеча, подключаю в "звезду" и подвожу питание от регулятора. Теперь вопрос - сейчас сопротивление спирали составляет порядка 2 Ом, целое плечо имеет сопротивление 13.5...14.6 Ом. После пересборки получится, что каждое плечо уже будет с сопротивлением порядка 8 Ом. 

 

Тиристорный регулятор, насколько помню, отсекает часть синусоиды не по амплитуде, а по длине импульса. Т.е. амплитудное напряжение должно сохраниться, меняется только длина импульса. Получается, что уменьшив сопротивление и оставив неизменным напряжение, я увеличу ток через спирали, и соответственно, это может спровоцировать их быстрое сгорание? 

Или всё-таки ток на чисто активной нагрузке будет прямо зависеть от напряжения, и если выставить режим 60/40, т.е. отсекание 60% импульса, я получу снижение амплитудного напряжения и, соответственно, снижение мощности? Но тогда, получается, что фактическая мощность нагрузки будет 40% от номинальной.. 

 

В общем, я запутался, кто-то может разжевать этот момент?

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
23 минуты назад, Sleepwalker451 сказал:

Оставляю 12 спиралей, разделяю их на три равных плеча, подключаю в "звезду" и подвожу питание от регулятора. Теперь вопрос - сейчас сопротивление спирали составляет порядка 2 Ом, целое плечо имеет сопротивление 13.5...14.6 Ом. После пересборки получится, что каждое плечо уже будет с сопротивлением порядка 8 Ом

Нельзя просто так выбрасывать "лишние" спирали и уменьшать сопротивление плеча почти вдвое. Если Вы это проделаете, то значительно увеличите токовую нагрузку на оставшиеся 12 спиралей, которые станут перегорать еще быстрее.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
41 минуту назад, Авас Петяев сказал:

Если Вы это проделаете, то значительно увеличите токовую нагрузку на оставшиеся 12 спиралей, которые станут перегорать еще быстрее

Дык вот и возникает вопрос, что такая сборка возможна только под тиристорный регулятор мощности. Но будет ли при этом регулироваться максимальный ток в цепи с активной нагрузкой? Чтобы ограничивающим ток элементом в таком случае было не сопротивление спиралей (резистивная нагрузка), а время открытия тиристоров (фазно-импульсная регулировка)? Или ничего не получится и надо будет пересобирать спирали под меньшее сечение проволоки, чтобы сохранить пропорциональное сопротивление?

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение

Для публикации сообщений создайте учётную запись или авторизуйтесь

Вы должны быть пользователем, чтобы оставить комментарий

Создать учетную запись

Зарегистрируйте новую учётную запись в нашем сообществе. Это очень просто!

Регистрация нового пользователя

Войти

Уже есть аккаунт? Войти в систему.

Войти
  • Последние посетители   0 пользователей онлайн

    Ни одного зарегистрированного пользователя не просматривает данную страницу


×
×
  • Создать...

Важная информация

Мы разместили cookie-файлы на ваше устройство, чтобы помочь сделать этот сайт лучше. Вы можете изменить свои настройки cookie-файлов, или продолжить без изменения настроек.