Podział pieców do obróbki cieplnej ze względu na typ nagrzewania

Podział piecówNie każdy ma świadomość, że piece pełnią znaczną rolę w dobie dzisiejszego przemysłu i bez nich nie bylibyśmy w stanie produkować wielu rzeczy i być w tym miejscu zaawansowania technologicznego, w którym aktualnie jesteśmy. Dlatego uważam, że podział pieców jest początkiem ogólnego opisu tych urządzeń.

Bez nich myśl technologiczna była by tylko myślą i w praktyce wiele wynalazków nie mogłoby byś skonstruowanych. Wiele z procesów cieplnych przeprowadzonych jest również w naszych domach codziennie. Przykład choćby piekarnika, który jest elektrycznym piecem komorowym z dość zaawansowanym kontrolerem lub mikrofali, która to nagrzewa produkt przy użyciu fali elektromagnetycznej zwanej potocznie mikrofalą. Można tak długo, ale obróbka cieplna lub termiczna (cieplna dotyczy bardziej zadań przemysłowych a termiczna domowych) w domu nie kończy się na tym, bo przecież każdy gotuje wodę na herbatę (elektrycznie, indukcyjnie bądź nad gazem) lub suszy włosy, prostuje je jak również po prostu prasuje ubrania.

Aktualny wpis – podział pieców – pomoże scharakteryzować urządzenia grzewcze pod względem rodzaju nagrzewania i komory lub konstrukcji urządzenia. taki podział jest czysto subiektywny i nie musi oddawać wszystkich rozwiązań. Powstał raczej na bazie mojego doświadczenia w branży i poprzez przerobionych wielu projektów grzewczych z naprawdę wieloma dostawcami i projektantami specjalizującymi się w tej branży często dłużej niż żyje na tym świecie…

Istnieje kilka metod nagrzewania stosowanych w piecach. Postaram się również pokrótce każdy opisać. Podział pieców możemy sklasyfikować.

  • Piece oporowe (np piec komorowy)
    Najpopularniejsze i w praktyce szeroko stosowane w różnych branżach i procesach. Działają na zasadzie nagrzewania się drutu oporowego. Przez drut puszczamy prąd, dobieramy drut o odpowiedniem oporze i przekroju i energia elektryczna zamieniana jest przy tym na energię cieplną. Odpowiednio wywninięty drut tworzy spiralę by zwiększyć powierzchnie oddawania ciepła. W komorach stosojemy wiele grzałek o różnych kształtach i z róznego materiału np grzałki Kanthal® (MoSi2), Grzałki APM (FeCrAl), molibdenowe, grafitowe, platynowe, wolframowe i inne w zależności od specyfiki pieca. Do tego moga być wewnątrz komory lub na zewnątrz (piece cold wall i hot wall).
  • Piece indukcyjne
    Kolejna grupa pieców wykorzystuje zjawisko indukcji czyli podłączenia prądu elektrycznego do wywiniętego w kształt cewki drutu np. z miedzi i często chłodzonego wewnątrz wodą. Prąd płynący przez cewke wytwarza pole magnetyczne. Przewodzący materiał w środku jest tą metoda bardzo szybko nagrzewany do bardzo wysokich temperatur nawet w nich się topi.
Przykład zasilania z generatora cewki indukcyjnej, która nagrzewa stalowy pręt

Przykład zasilania z generatora cewki indukcyjnej, która nagrzewa stalowy pręt

Teoria nagrzewania indukcyjnego

Teoria nagrzewania indukcyjnego

PODZIAŁ PIECÓW

  • Piece gazowe
    Kolejny przykład przekazania energii do komory jest realizowany przez zastosowanie palników gazowych. Te zamontowane w komorze pieca spalają gaz ziemny lub LPG i powstały płomień wytwarza żądaną temperaturę. Tego typu nagrzewanie stosuję się przy konwencjonalnej obróbce cieplnej gdzie procesy trwają nie przerwanie oraz w miejscach gdzie cena gazu jest optymalna w stosunku do elektryki. Piece gazowe są droższe w wykonaniu i zakupie, głównie przez zastosowanie w nich instalacji gazowej oraz przez mus zaprojektowania i zbudowania instalacji gazowej w zakładzie (nie każdy ją posiada i nie każdy ma dostęp do gazu). Dają natomiast możliwości tańszego procesu (w wybranych rejonach politycznych) i przy pracy ciągłej przez cały rok oraz atmosfery aktywnej w piecu np. podczas obróbki cieplnej.
Przykład komory pieca tunelowego ogrzewanego palnikami gazowymi

Przykład komory pieca tunelowego ogrzewanego palnikami gazowymi

Schemat palnika gazowego

Schemat palnika gazowego

  • Piece mikrofalowe
    Nagrzewane mikrofalami piece są ostatnimi czasy najbardziej badanymi i testowanymi urządzeniami z jakimi mamy do czynienia. Do ich działania stosuje się magnetrony mikrofalowe (zw. również generatorami mikrofal), które wytwarzają fale elektromagnetyczną. Fala ta, o konkretnej długości i częstotliwości (z reguły średniej 2,45 Ghz lub wysokiej 5,8 GHz czy też niskiej 0,915 GHz) powoduje ruch dipoli np. wody, które zaczynają bardzo szybko sie grzać co powoduje, że każdy materiał zawierający wodę się nagrzewa. Ale nie tylko wodę, są również inne materiały, które bardzo dobrze kooperują z mikrofalą (absorbują ją) i się nagrzewają ale są również takie, które są całkowicie dla niej przezroczyste lub całkowicie ją odbijają. Teoria ta jest już dość znana ale praktyka jest jeszcze wciąż odkrywana i wciąż nowe materiały i procesy znajdują w piecach mikrofalowych swoje zastosowanie. Do ciekawszych zastosowań dla pieców mikrofalowych są np. wstępne podgotowywanie ryżu w woreczkach, pieczenie chleba bez skórki (do produkcji bułki tartej), suszenie owoców, warzyw i przypraw, dezynfekcja przypraw i korków do wina, wstępne podgrzewanie gumy i kauczuku oraz suszenie tarcz i kół ściernych. Największym atutem tego typu urządzeń  jest to, że nagrzewa się w nich tylko materiał a nie przy tym komora w całej objętości oraz to, że profil nagrzewania materiału jest od wewnątrz do zewnątrz.
  • Piece nagrzewane metodą infrared
    Stosunkowo mało popularna grupa urządzeń, które zamiast grzałek mają zamontowane lampy infrared, które wydzielają ciepło przez światło podczerwone. w ten sposób można ogrzewacz np farmy drobiu czy terraria.
  • Piece na paliwa stałe i ciekłe (węglowe, bio lub olejowe)
    Ta grupa pieców stosowana jest podobnie jak piece gazowe ale do zainstalowanych palników używany jest inny rodzaj paliwa. Tak nagrzewamy np. duże suszarnie lub wielkie piece rurowe gdzie potrzebna jest niezbyt wysoka temperatura i wymagany jest znaczna
  • Inne (hybrydowe, połączenie powyższych metod, łukowe, SPS, DCS itp. itd.)
    Piece hybrydowe są najczęściej połączeniem znanych powyżej metod. Stosuje sie np piece mikrofalowe z dodatkowym wdmuchem gorącego powietrza do komory.