Pulbritööstuses levinud tööstuslike ahjude klassifikatsioon ja inventuur

Tööstuslikud ahjud viitavad soojusseadmetele, mis kasutavad kütuse põletamisel või tööstuslikus tootmises elektrienergia muundamisel tekkivat soojust materjalide või toorikute sulatamiseks, sulatamiseks, küpsetamiseks (kaltsineerimiseks), kuumutamiseks, retoreerimiseks, gaasistamiseks jne. Tööstuslikke ahjusid on palju erineva kasutusega. Metallurgias, keemiatööstuses, värviliste metallide, ehitusmaterjalide, masinate, kergetööstuse, kõrgkeraamika ja muudes tööstusharudes kasutatakse erinevatel tööstuslikel eesmärkidel erinevaid tööstuslikke ahjusid. Tavaliselt on konkreetsel ahjul rohkem kui üks omadus. Seetõttu on samal ahjul erinevad klassifitseerimispunktid ning mitu klassifitseerimis- ja nimetamismeetodit. Näiteks pidevpaagutusahi on nii paagutusahi kui ka pidevahi.

Tööstuslikes ahjudes on tavalised soojusallikad tahked kütused, vedelkütused, gaaskütused ja elektrienergia muundamine. Need soojusallikad jagunevad moodustamise ajal tavaliselt kahte kategooriasse: need, mis eksisteerivad leegi kujul, ja need, mis eksisteerivad mitte-leegi kujul. Seetõttu võib soojusallika põhjal ahjud jagada kahte tüüpi: leekahjud ja elektriahjud.

1. Leekahjud

Ahju, mis kasutab soojusallikana kütuse põlemise leeki, nimetatakse leekahjuks. Ahju sees olev leek võib küttematerjaliga otseselt kokku puutuda, kusjuures temperatuur on tavaliselt alla 2000 kraadi. Põlemise ajal kiirgab ahju sein soojust ja peegeldab osaliselt projitseeritud soojust, mängides soojusvahetuses üliolulist rolli. Kuid mõnikord tuleb materjali (tooriku) oksüdeerumise vältimiseks leek materjalist eraldada, kusjuures leegi soojus kandub vaheseina kaudu kaudselt materjalile. Leekahjusid saab kasutada nii materjalide soojendamiseks kui ka sulatamiseks.

Kõrge -temperatuuriga allavooluahi on teatud tüüpi leekahi, mis koosneb kolmest osast: ahju korpusest (ümmargune või ristkülikukujuline), põletusseadmetest ja ventilatsiooniseadmetest. Töötamisel lisatakse kütust põlemiskambri restile, õhk juhitakse tuhaauku, läbib resti ja põleb koos söekihiga. Leek ja põlemissaadused väljutatakse tuletõkkeseina ja ahju seinte moodustatud düüsidest ahju ülaossa, peegelduvad seejärel allapoole ja juhitakse läbi imiavade, harulõõride ja pealõõri lõõri. Kui leek voolab üle toodete, kandub selle soojus konvektsiooni ja kiirguse kaudu toodetele.

Leekahjudele on iseloomulik kiire sulamine ja suur võimsus, kuid need kannatavad ka madala soojusliku kasuteguri ja heitgaaside keskkonnasaaste tõttu.

Seetõttu peaks leekahjude kasutamine tagama:

(1) kütuse täielik põlemine kindlaksmääratud soojuskoormuse tingimustes;

(2) stabiilne põlemisprotsess, mis suudab ahju pidevalt soojusega varustada;

Praegu kasutatakse leekahjusid tavaliselt traditsioonilises keraamikas, tööstuskeraamikas, klaastoodetes, tulekindlates materjalides, uute materjalide paagutamisel ja metallide kuumtöötlemisel.

2. Elektriahjud

Elektriahjud muudavad elektrienergia üldiselt elektriliste kütteelementide abil soojusenergiaks. Voolu genereerimise meetodi alusel võib need jagada veel viide kategooriasse: takistusahjud, induktsioonahjud, elektrikaareahjud, elektronkiireahjud ja ioonahjud. Kuna kütust ei põle, pole vaja ka ventilatsiooniseadmeid, nagu õhuvarustus- ja väljatõmbesüsteemid. Nende struktuur on lihtne, nad hõivavad väikese ala ja suitsugaasid ega tuhk ei mõjuta ahju sees olevaid tooteid. Elektriahjud võivad saavutada ka temperatuuri üle 2000 kraadi, mida on leekahjudega raske saavutada. Temperatuuri ja atmosfääri on ka lihtsam täpselt kontrollida ja jälgida, mille tulemuseks on kvaliteetsed põletustooted. Neid kasutatakse sageli kvaliteetsete erimaterjalide (nt liitium-ioonakude tehisgrafiidianoodi materjalide) tootmiseks ja töötlemiseks.

Temperatuuri ühtlase jaotuse tagamiseks kogu ahju{0}}ristlõikes on ristlõike suurus tavaliselt piiratud. Seetõttu ei sobi elektriahjud suurte paksuseinaliste-toodete põletamiseks ning nende võimsus on suhteliselt väike. Lisaks on elektriahjude elektriabiseadmed keerukamad ja elektrikütteelementide tarbimine on suurem, mis toob kaasa suuremad seadmed ja tegevuskulud.

Tööstuslikud ahjud on olulised soojusseadmed sellistes tööstusharudes nagu metallurgia, kemikaalid, ehitusmaterjalid, keraamika, klaas, elektroonika ja toiduainetööstus. Tööstusprotsesside järgi liigitatuna võib need liigitada paagutamisahjudeks, eraldusahjudeks, kaltsineerimisahjudeks, kuivatusahjudeks, grafitiseerimisahjudeks ja vulkaniseerimisahjudeks. Täiustatud keraamikatööstuses kasutatakse tootmisprotsessis tavaliselt soojusseadmetena side- ja paagutusahjusid.

1. Debinding ahju

Uus keraamika sisaldab vormimise ajal sageli märkimisväärses koguses orgaanilisi sideaineid ja plastifikaatoreid, nagu parafiinvaha kuum{0}}pressimisel ja polüvinüülalkohol rullvormimisel ja lindivalamisel, mille tulemuseks on suur sisemine poorsus. Otsene paagutamine põhjustab keraamilises korpuses suure hulga orgaanilise aine sulamist, lagunemist ja lendumist, mis põhjustab keha deformatsiooni, pragunemist ja nakkumist, mis mõjutab aluspinna saagist ja soojusjuhtivust. Lisaks mõjutab nende orgaaniliste materjalide kõrge süsinikusisaldus, kui hapnikku ei ole piisavalt redutseeriva atmosfääri tekitamiseks, paagutamise kvaliteeti. Seetõttu asetatakse keraamiline korpus enne põletamist tavaliselt lahtistavasse ahju ja küpsetatakse orgaanilise aine eemaldamiseks paagutamiseks kasutatavast madalamal temperatuuril, tagades, et toode vastab kuju, suuruse ja kvaliteedi nõuetele.

2. Paagutamisahi

Lahutavat keraamilist rohelist korpust saab paagutada paagutamisahjus. Paagutamisahjus seovad keraamilise rohelise keha tahked osakesed kõrge temperatuuri tõttu omavahel kokku. Terad kasvavad, poorsus ja terade piirid vähenevad järk-järgult ning massiülekande kaudu kahaneb üldmaht, suureneb tihedus ja lõpuks moodustub suurepäraste mehaaniliste omadustega tihe polükristalliline paagutatud keha.

Paagutamisprotsessi ajal on paagutamistemperatuur ja paagutamisaeg kõige olulisemad keraamika paagutamist mõjutavad tegurid. Need määravad suuresti terade suuruse ja jaotuse keraamikas. Paagutamisatmosfäär ja paagutamisrõhk ahjus võivad mõjutada keraamika sees olevate pooride arvu, mõjutades seega tihenemisastet. Seetõttu tuleks neid parameetreid paagutamisahjus täpselt kontrollida ja jälgida paagutamise ajal, et paagutatud toode ei praguneks ega deformeeruks.

Lisaks ahjudele, mis teostavad eraldi sidumis- ja paagutamisprotsesse, saab sageli kasutada integreeritud ahjusid, millel on eelseadistatud{0}temperatuuriprofiil, et rahuldada mitme protsessi integreeritud tootmise vajadusi.

Toodete valmistamise protsessis töötavad tööstuslikud ahjud peamiselt kahes režiimis: pidev ja katkendlik (või perioodiline).

1. Vahelduvad ahjud
Vahelduvat ahjude omadus on see, et ahjukamber ei ole jagatud temperatuuritsoonideks. Materjalid laaditakse ahju käsitsi partiidena kuumutamiseks või sulatamiseks. Pärast ahju sees kuumutamise või sulatamise lõpetamist laaditakse materjalid partiidena käsitsi maha. Ahju laeng ahju sees ei liigu ja ahju temperatuur muutub aja jooksul. Levinud tüüpide hulka kuuluvad süvenlahjud, kastahjud, kellaahjud ja süstikahjud.

① Kellaahi
Kellahi koosneb üldjuhul kellapurgist, alusest ja tõstekonstruktsioonist. Kütteelement on paigaldatud ahjupurgi siseseinale. Selle eripära on see, et kui toorik on põletatud ja jahutatud teatud temperatuurini, saab kellapurgi kiiresti teisele alusele üle viia, et alustada tooriku põletamist teises ahjus. Seetõttu sobib see väga hästi liikumisel kergesti kahjustuvate komponentide paagutamiseks. Üldiselt on sellel hea tihendusvõime, stabiilne ja ühtlane temperatuur ja atmosfäär ahju sees, madal soojuskadu ja kõrge soojustõhusus.

② Kast-ahi

Nagu nimigi ütleb, meenutab kast-ahi kujult kasti, mille kütteelemendid on jaotatud piki ahjukambri siseseina. Tootmise ajal asetatakse toorikud tugiplaadile ja seejärel põletatakse koos ahjukambri keskel. Pärast ühe partii tooriku põletamist eemaldatakse need ahjust järgmise partii laadimiseks ja põletamiseks. Kastahjud on väga mitmekülgsed ja sobivad erineva kujuga üksikute tükkide ja väikeste partiide kuumtöötlemiseks. Kuid ahju ava ja ukse halva tihendamise tõttu on soojuskadu märkimisväärne, mille tulemuseks on ebaühtlane temperatuurijaotus. Temperatuur ahju ukse lähedal on madalam kui temperatuur ahjukambri keskosas, mistõttu ei saa see tavaliselt täisvõimsusel töötada, mis toob kaasa madala tootmise efektiivsuse. Seda saab lahendada ahju uksele kütteelementide lisamisega või ventilaatori paigaldamisega.

③ Pit Furnace

Enamikul kaevuahjudel on ümmargune struktuur ja toorikud laaditakse spetsiaalsete kraanade või muude tööriistade abil kütmiseks ahju vertikaalselt. Ahju korpus on valmistatud kõrgel temperatuuril-tulekindlast kiust, mis vähendab soojuskadu ja säästab energiat. Selle soojustõhusus ja tihendusvõime on kõrgemad kui kastahjudel, kuid seda pole nii mugav kasutada ja hooldada.

④ Shuttle Ahi

Süstikuahju konstruktsioon meenutab tikutoosi. Töötamise ajal lükatakse põletatavad toorikud ahju ahjuautodega. Pärast tulistamist tõmmatakse need vastupidises suunas välja, et põletatud toorikuid maha laadida. Kuna ahjuvagunid liiguvad ahjus edasi-tagasi nagu süstik, nimetatakse seda süstikuks. Süstekahju ainulaadne struktuur muudab selle hästi-sobivaks väikeste-partiide ja erinevate-sortide tootmiseks, pakkudes tootmismeetodites ja ajakavas suurt paindlikkust. Lisaks saab valmistoodete laadimist, mahalaadimist ja osalist jahutamist teostada väljaspool ahju, parandades töötingimusi ja lühendades ahju tööaega. Kuna aga ahjuautod liiguvad pidevalt ahju sisse ja välja, on soojuse salvestamise ja hajumise kaod märkimisväärsed, mille tulemuseks on kõrged suitsugaaside temperatuurid ja suur soojuskulu. Seda puudust leevendatakse tavaliselt heitsoojuse taaskasutamise seadme lisamisega.

2. Pidevad ahjud

Pidevas ahjus püsib temperatuur ahju erinevates punktides aja jooksul suhteliselt konstantsena. Roheline korpus läbib kontrollitud kiirusega järjestikku ahju eelsoojendus-, kõrge{1}temperatuuri- ja jahutussektsiooni, viies paagutamisprotsessi lõpule. Seda tüüpi paagutamisahjud võimaldavad katkematut pidevat paagutamist, on väga lihtsasti kasutatavad ja kõrge termilise efektiivsusega, mille tulemuseks on suured tootmismahud ja ühtlane tootekvaliteet. Kuid see nõuab märkimisväärseid investeeringuid ja selle soojusrežiimi ei ole lihtne reguleerida, mistõttu kasutatakse seda enamasti suure võimsusega ja suhteliselt piiratud tootevalikuga toodete puhul. Pulbritööstuses levinud pidevahjud hõlmavad tunnel- ja rullahjusid.

① Tunnel-ahi

Tunnelahju konstruktsioon meenutab pikka sirget tunnelit, kus tunneli põhja rajatud rööbastel sõidavad kärud. Põletusseade asub tunnelahju keskel, moodustades kõrge temperatuuriga põletustsooni. Põletusahju esiossa on paigaldatud indutseeritud tõmbeventilaator või korsten, et juhtida kõrge-temperatuuri suitsugaasid põletustsoonist ahju pähe, eelsoojendades põletatavat rohelist korpust, moodustades eelkuumutustsooni. Põletatud toodete jahutamiseks puhutakse ahjusabasse tavaliselt külma õhku, moodustades jahutustsooni. Kuna suuremat osa põletustsoonis kõrge temperatuuriga suitsugaaside{6}}jääksoojust saab ära kasutada, on see energiasäästlikum- kui vahelduvad ahjud. Osa soojust läheb siiski raisku, sest ahju saba juures on vaja jahutada.

② Rull-ahi

Rullahi asetab toote otse või kaudselt tihedalt asetsevatele rullidele. Igat rullikut juhib kett selle otsas oleva ketiratta kaudu, mis põhjustab rullide pidevat pöörlemist. See rullide pöörlemine viib toote ahju peast ahju sabasse. Kuna temperatuuride erinevus eelsoojenduse, põletamise ja jahutamise ajal on äärmiselt väike, on tootmisaeg väga lühike. Lisaks on rullahjudel palju parem õhutihedus kui tunnelahjudel, mille tulemuseks on parem energiatõhusus. Sellel on aga ka puudus: kõrgel{5}}temperatuuri vähendavate toodete põletamiseks on vaja kvaliteetseid{6}rulle. Üldjuhul kasutatakse ränikarbiidist rulle, mis saavad tõhusalt hakkama kõrgetemperatuuriliste keraamiliste toodete põletamisega kuni 1350 kraadini.

③ Tõukurahi

Tõukurahju põhi on sillutatud tugevatest tulekindlatest tellistest täpselt laotud roomikutega. Tõukemehhanism surub keraamilisi toorikuid sisaldavad tulekindlad plaadid ahju, läbides järjestikku eelsoojendustsooni, põletustsooni ja jahutustsooni. Mõnikord võib hõõrdumise vähendamiseks tulekindlate plaatide alla asetada keraamilised pallid. Kuna tõukurahjude põhimõtted ja eelised on sarnased rullahjude omadega, on tõukurahjud piiratud tulekindlate plaatide tõukejõu-kandevõimega ning üldjuhul ei ole need kuigi pikad, ulatudes mõnest meetrist kuni kahekümne meetrini. Neid kasutatakse tavaliselt kõrgtemperatuurse pulbri või spetsiaalse keraamika põletamiseks ja nende päevane toodang ei ole suur.

Tänu tehnoloogilistele edusammudele ja keskkonnakaitsepoliitikate pidevale rakendamisele arenevad tööstuslikud põletusahjud madalaima hinnaga-kahjude{1}}mudeliteni. Neid iseloomustab madal toodang ja kvaliteet, kõrge kütusekulu, kõrge tööjõu intensiivsus, madal põletustemperatuur ja suutmatus kontrollida atmosfääri, kõrgema võimsuse ja kvaliteedi, madalama kütusekulu, kõrgema põletustemperatuuri, kontrollitava atmosfääri ning mehhaniseerimise ja automatiseerimiseni. Lisaks ülalmainitud klassifikatsioonidele saab ahjusid kategoriseerida ka temperatuuride (kõrge{4}}temperatuur, keskmine-temperatuur ja madal-temperatuur) ning töösüsteemide järgi (radiaal-, konvektsioon- ja kihilised töösüsteemid). Tootmisettevõtted saavad valida sobivad tööstuslikud ahjud, lähtudes oma toote spetsiifilistest nõudmistest töötlemistehnoloogia, atmosfääri ja toodangu osas, et parandada tootmise efektiivsust ja toote kvaliteeti.