Nowoczesne suszarki i piece do zastosowań przemysłowych są wyposażone w rozwiązania zwiększające wydajność energetyczną, co umożliwia precyzyjniejszy nadzór nad procesem i dokładne sterowanie temperaturą w trakcie jego realizacji.
Suszarki
Pozwalają na odpowiednie suszenie materiałów w zależności od realizowanego procesu technologicznego. Np. w wibracyjnych suszarkach kontaktowych podczas suszenia energia cieplna dostarczana jest w kontakcie materiału z suszarką – wymiana ciepła następuje więc w sposób pośredni. W suszarkach tego typu materiał oraz nośnik ciepła oddzielają się od siebie. Medium ciepła może być specjalny olej, para wodna i gorąca woda. Z kolei w wibracyjnych suszarkach fluidalnych energia cieplna doprowadzana jest w efekcie konwekcji, czyli w sposób bezpośredni – produkt ma więc kontakt z medium wymiany ciepła. Ciepło zazwyczaj doprowadzane jest w efekcie kontrolowanego podgrzania powietrza. Można rozdzielić medium do poszczególnych stref schładzania i suszenia.
W takich procesach, jak suszenie, podgrzewanie, utrwalanie, polimeryzacja, wulkanizacja czy usuwanie organicznych plastyfikatorów z mas ceramicznych, zastosowanie znajdują suszarnie komorowe. W urządzeniach tego typu przewiduje się temperaturę od 100 do 600°C. Wnętrze komory roboczej, zależnie od temperatury i warunków pracy, bazuje na stali konstrukcyjnej, która jest zabezpieczona antykorozyjnie. Jako materiał wykonania stosuje się również stal nierdzewną. W suszarniach tego typu ważny jest układ wymuszonego obiegu powietrza. Rodzaj wsadu wpływa na cyrkulację powietrza – wertykalną lub horyzontalną.
Wymiary, temperaturę pracy, a także wyposażenie dobiera się na podstawie indywidualnych wymagań procesu technologicznego. Lekka izolacja z włókien mineralnych zabezpiecza przed przenikaniem wilgoci. Drzwi uszczelniane są sznurem szklanym lub wysokotemperaturową uszczelką silikonową. Otwierają się ręcznie na bok (jedno- lub dwuskrzydłowe) lub od góry. Istotnym elementem suszarki jest wydajna nagrzewnica powietrza o budowie modułowej, z grzałkami o mocy dostosowanej do realizowanego procesu. Konstrukcja grzałek może być otwarta lub hermetyczna. Wymuszony obieg powietrza ma kierunek pionowy lub poziomy, z możliwością regulowania stopnia recyrkulacji. Za sterowanie ogrzewaniem odpowiada mikroprocesorowy regulator temperatury PID z wyświetlaczem LED. Do pomiaru temperatury służy termopara pomiarowa typu „J” lub „K” w klasie 1. Elementy grzejne zasilane są poprzez przekaźniki półprzewodnikowe SSR.
Suszarnia komorowa może być wyposażona w stelaże wewnętrzne, półki, szuflady, wózki, torowiska, szyny, podjazdy, przepustnice regulacyjne stopnia recyrkulacji powietrza, elektronicznie regulowaną przepustnicę powietrza oraz zaawansowane programowalne regulatory temperatury lub sterowanie PLC. Oprócz tego można zastosować zestaw do rejestracji i wizualizacji procesów na komputerze PC, zewnętrzny rejestrator temperatury (analogowy lub cyfrowy) oraz sterownik mocy do płynnej regulacji mocy grzejnej. Suszarnia może być wyposażona w termopary z cyfrowymi wskaźnikami temperatury oraz sygnalizator optyczny i akustyczny zakończenia cyklu. Sterownik czasowy również steruje pracą elementów wykonawczych.
Jako przykład oferty rynkowej w tym zakresie można podać rozwiązania firmy Rösler. Jej suszarki bazują na medium osuszającym „Supervelat”, które stanowi specjalnie spreparowane ziarno kukurydzy o wyglądzie i konsystencji pokruszonego korka. W efekcie wibracji podgrzewanego zbiornika roboczego elementy przemieszczają się, „zanurzone” w medium, które odbiera wilgoć z ich powierzchni. Kontakt z medium, obok suszenia, powoduje dodatkowy efekt polerski. Suszarka kołowa może pracować w trybie ciągłym lub cyklicznie. W celu wydłużenia drogi elementów, a zatem również czasu suszenia, zbiornik roboczy ma wyprofilowany kształt podwójnej spirali.
Z kolei suszarka AHD31 to urządzenie kondensacyjne bezpyłowe. W suszarkach tego typu nie przewiduje się wentylatora w obwodzie chłodzącym. Urządzenie utrzymuje wymagany punkt rosy (3°C). Miedziany wymiennik ciepła łączy funkcje wymiennika powietrze-powietrze i powietrze-medium chłodzące. W obwodzie chłodzącym zastosowano kondensatory o dużej mocy, niezawodne sprężarki i ekologiczny środek chłodzący R134a. Praca urządzenia jest w pełni zautomatyzowana. Odprowadzanie kondensatu odbywa się automatycznie.
Piece
W zakładach przemysłowych stosowane są m.in. piece do wypalania ceramiki i obróbki cieplnej szkła, mikrofalowe komorowe, taśmowe, do obróbki cieplnej, laboratoryjne, specjalne oraz indukcyjne do topienia i odlewania precyzyjnego.
Piece indukcyjne przeznaczone do topienia i odlewania precyzyjnego bazują na zjawisku indukcji elektrycznej, gdzie energia elektryczna jest zamieniana na cieplną. W ten sposób nagrzewane są metale przewodzące. Urządzenia tego typu znajdują zastosowanie w procesach związanych z kuciem, lutowaniem miękkim i lutowaniem twardym w temperaturach do 1100°C, a także w procesach obejmujących topnienie lewitacyjne, topnienie stali i metali kolorowych w temperaturach (do 1500°C), ponadto przy podgrzewaniu przed kuciem (do 1250°C), wyżarzaniem zmiękczającym i normalizującym po kształtowaniu na zimno, w temperaturach (750950°C) oraz hartowaniem powierzchniowym przedmiotów ze stali i żeliwa w temperaturach (850930°C).
Typowy piec do odlewania precyzyjnego umożliwia odśrodkowe odlewanie precyzyjne elementów z tytanu, stopów tytanu oraz metali szlachetnych (platyna, złoto, srebro). Piece do precyzyjnego odlewania wykorzystuje się m.in. przy produkcji implantów, w przemyśle jubilerskim, przy produkcji turbin do silników samochodowych, a także w procesie wytwarzania łopatek silników odrzutowych i kompresorów. Najprostszy piec indukcyjny bazuje na generatorze prądu zasilającego i układzie cewki elektrycznej o odpowiedniej średnicy.
Przykładem rynkowym jest oferta firmy Wichary Technologies. Znajdują się w niej m.in. piece indukcyjne do hartowania. Jest to grupa urządzeń produkowanych z uwzględnieniem indywidualnych potrzeb użytkowników i dostępnych w różnych formach konstrukcyjnych. Z kolei cały zestaw hartujący składa się z generatora, wzbudnika z cewką, kabiny hartowniczej z podajnikiem CNC ze zraszaniem, systemu chłodzącego w układzie zamkniętym oraz chłodni bądź chillera z pompą obiegu zamkniętego dla zraszacza.
Z kolei firma IZO Zakład Izolacji Ogniotrwałych ma w swojej ofercie piece przemysłowe: komorowe, tunelowe, nisko- i średniotemperaturowe, laboratoryjne oraz specjalistyczne, projektowane na zamówienie. Współpracuje z klientami ze stalowni, przemysłu maszynowego, zakładów ceramiki, wytwórni wyrobów szklanych, przemysłu samochodowego, odlewni metali nieżelaznych, zakładów chemicznych, zakładów gumowych i wyrobów silikonowych, branży koksu i węgla, energetyki, cynkowni termodyfuzyjnych, branży medycznej oraz jednostkami naukowo-badawczymi. Firma oferuje też dostawy i serwis systemów sterowania procesami cieplnymi. Ponadto świadczy usługi w zakresie remontów i modernizacji pieców, serwisu pieców i suszarni przemysłowych, a także doradztwa technicznego.
Dobór pieca
Na etapie wyboru pieca do obróbki cieplnej należy wziąć pod uwagę rodzaj obrabianego materiału oraz parametry technologiczne, takie jak wydajność, proces ciągły/produkcja partiami czy dzienny czas pracy. Istotną rolę odgrywa wybór odpowiedniego rodzaju pieca – komorowy, szybowy, taśmowy, oraz miejsce grzania – boki, ściana tylna, spód drzwi. Dla każdego z nich precyzowane są wymagania względem wymaganego rozkładu temperatury. Chodzi przede wszystkim o takie parametry, jak oczekiwana temperatura maks. po 0,5 godz. pracy, temperatura stała czy temperatura wyjściowa wsadu.
Piec należy przeanalizować pod kątem wymiarów zewnętrznych i wewnętrznych, prędkości przesuwu taśmy z materiałem wsadowym oraz wymagań w zakresie obiegu powietrza. Obejmują one m.in. umiejscowienie wentylatora (w drzwiach, na tylnej ścianie, w suficie, z obiegiem powietrza poziomym, z obiegiem powietrza pionowym) oraz wlot i wylot powietrza (stały komin wylotowy, ręcznie otwierane klapy). Należy wybrać odpowiednie rozwiązanie w zakresie kontroli temperatury. Może to być np. kontroler programowalny z odpowiednią liczbą programów, ramp i przerw w pracy. Ważna jest również dostępna instalacja elektryczna w zakresie mocy, zabezpieczeń i rodzaju sieci. W razie potrzeby należy wykonać nową instalację, której szczegółowe parametry powinien określić projektant.
Źródło zdjęć: IZO Zakład Izolacji Ogniotrwałych
Autor: Damian Żabicki – dziennikarz, redaktor, autor tekstów, specjalizujący się w tematyce technicznej i przemysłowej. Specjalista public relations firm z branży technicznej.
Istnieje wiele sposobów na osiągnięcie znacznych oszczędności związanych ze zużyciem energii przez piece przemysłowe. Więcej na ten temat przeczytają Państwo w artykule „Nowe pomysły wykorzystywane w piecach”.
Tekst pochodzi z nr 4/2016 magazynu „Inżynieria i Utrzymanie Ruchu”. Jeśli Cię zainteresował, ZAREJESTRUJ SIĘ w naszym serwisie, a uzyskasz dostęp do darmowej prenumeraty w formie drukowanej i/lub elektronicznej.
