Vysokoteplotní zpracování materiálů je jednou z klíčových operací v mnoha průmyslových odvětvích, kde je tepelná expozice zahrnuta do seznamu základních technologických procesů. Podmínky pro organizaci tohoto postupu mohou být různé, což způsobuje rozdíly ve vlastnostech použitého zařízení. Obecně segment jednotek, díky kterému se provádí intenzivní tepelné zpracování, tvoří vysokoteplotní pece pro průmyslové využití.
Klasifikace zařízení podle principu výroby tepla
Dnes neexistuje univerzální způsob výroby tepelné energie, který by byl stejně vhodný pro různé provozní podmínky. Je však možné vyčlenit úzkou skupinu následujících typů nejoblíbenějších pecí používaných pro vysokoteplotnítopení:
- Palivo. Tradiční způsob výroby tepla, které vzniká z chemické energie spalováním pevných, plynných a kapalných paliv.
- Elektrický. Široký segment jednotek, které jsou pohodlné a bezpečné. V kategorii vysokoteplotních elektrických pecí vynikají i modernější indukční a elektrické obloukové modely. Společnou nevýhodou takového zařízení jsou vysoké náklady na elektrickou energii, která se spotřebuje ve velkých objemech.
- Autogenní. Pece tohoto typu pracují v důsledku reakcí spalování a oxidace prvků obsažených ve zpracovávaných kusech. Například při foukání tekutého železa kyslíkem dochází k oxidaci uhlíku za přirozeného uvolňování tepla. Je zřejmé, že použití autogenních pecí je ekonomicky výhodné, protože nejsou potřeba prakticky žádné další palivové články, ale ne všechna výrobní zařízení běžně umožňují technologické procesy s oxidací a spalováním. Zpravidla to platí pro oblasti metalurgického zpracování kovů a slitin.
Komorové pece
Jedná se o jednu z nejběžnějších konstrukcí vysokoteplotních jednotek navrženou tak, aby poskytovala tepelný efekt s rychlým ohřevem na požadovanou úroveň. Pro zachování rovnoměrného rozložení tepelné energie při výrobě se navíc používají speciální plynná a oxidační média. Maximální režim vytápění přivysokoteplotní komorové pece dosahují 1800 °C, mluvíme-li o standardních průmyslových modelech pro hutní výrobu. Elektřina obvykle funguje jako zdroj energie – výkonový potenciál se pohybuje v průměru od 0,5 do 3,5 kW.
Trubkové pece
Různé vysokoteplotní modely zařízení pecí s možností směrového přívodu tepelných toků. Konstrukce počítá s ohřevem a samostatnými bloky, jejichž rotační mechanika umožňuje pracovat v různých úhlech v závislosti na aktuálních požadavcích. Některé modely trubkových vysokoteplotních pecí jsou vybaveny křemenným reaktorem s plynotěsnými hlavami. Toto konstrukční řešení zajišťuje efekt dvojího spalování plynů, což zároveň vytváří podmínky pro minimalizaci počátečních zdrojů paliva. Jako zářiče tepla se obvykle používají sekční tepelně-izolační moduly, které zajišťují ohřev až na 1200 °C.
Vlastnosti muflových pecí
Pro efektivní provoz v agresivním prostředí, ke kterému často dochází při průmyslovém zpracování surovin, se používají různé typy muflových pecí. Lze je použít s přímým dopadem na strukturu plynů, prachu, páry, vody a dalších odpadních látek. Izolační úlohy jsou řešeny speciálními tepelně odolnými materiály. Pro vysokoteplotní pece pracující v teplotním rozsahu od 1150 °C do 1300 °C se používají zejména keramické prvky, kterénejen chrání topeniště před negativními vnějšími vlivy, ale také přispívají k rovnoměrnému rozložení tepla zvenčí. Konstrukce může také obsahovat speciální ložiskové trubky, kterými je teplo cíleně vyzařováno podél určitých obrysů a po krátkou dobu.
Tavicí pece
Zpravidla se jedná o jednotky s malou ohřívací komorou určené k obsluze kompaktních obrobků. Cílové materiály pro zpracování v takových pecích zahrnují neželezné kovy, které vyžadují speciální podmínky tepelné expozice. Existují i speciální řady modelů pro provádění operací v laboratoři, opatřené licím žlabem s možností přesného dávkování taveniny. Průměrné výhřevné hodnoty u tohoto typu vysokoteplotních pecí se pohybují od 1000 °C do 1500 °C s možností jemné regulace. K této odrůdě patří také některé modifikace palebných jednotek.
Klíčové vlastnosti kamen
Dokonce i v rámci stejného typu vysokoteplotní průmyslové pece se provozní parametry mohou značně lišit. Průměrné ukazatele, se kterými velké výrobní podniky nejčastěji pracují, lze znázornit takto:
- Výkon jednotky – od 0,2 do 5-7 kW.
- Rozsah teplot – od 300 do 2400 °C a více.
- Objem pracovní komory vysokoteplotních pecí je od 2,5 do 20 dm3.
- Konstrukční hmotnost – od 2 do 100 kg.
- Napětí – běžně používanétřífázové sítě na 380 V.
Organizace pracovního postupu
Instalace zařízení se provádí stacionárně, někdy vyžaduje předběžný základ ve formě tepelně odolného cementového potěru. Do pece je přivedeno potřebné komunikační a technologické zařízení pro zásobování polotovarů. Některé komponenty inženýrského softwaru jsou součástí základního balíčku. Například chladicí systém je často realizován pomocí ventilátoru. Vysokoteplotní vodou chlazené pece jsou vybaveny oběhovým čerpadlem vhodného výkonu, které je integrováno do místní vodárenské infrastruktury. Řízení dnes téměř ve všech průmyslových topných jednotkách zajišťují programátory se snímači a regulátory provozních parametrů. Termostaty lze integrovat do centrálních řídicích systémů podniku, což umožňuje komplexně sledovat výkon zařízení v celkovém kontextu výrobního procesu s přihlédnutím k charakteristikám paralelních technologických operací.
Závěr
Hlavním rozsahem tohoto zařízení je metalurgie a také některá odvětví chemického a potravinářského průmyslu. Ale i v rámci těchto průmyslových odvětví jsou procesy tepelného působení heterogenní. Se stále složitějšími technologiemi zpracování se mění i přístup k organizaci operací tepelného zpracování. Také požadavky na konstrukčníprovádění vysokoteplotních pecí. Materiály pro taková zařízení dnes představují nejen nástrojové oceli, ale také žáruvzdorná keramika, díky níž jsou konstrukce snadnější a praktičtější na údržbu. Mění se i přístupy k řízení pecí. Zavedení stejné automatizace s programovatelnými moduly zvyšuje efektivitu řízení pracovního toku a zároveň zvyšuje provozní životnost zařízení a snižuje náklady na energii díky vyváženému řízení.
