генераторы излучения с аппаратурой управления; отражатели для формирования лучистого потока от излучателей к обрабатываемой поверхности; тепловая изоляция;

пылеулавливающие и вентиляционные устройства;

приборы контроля влажности и качества обработки высушиваемого материала или его поверхности;

устройства использования вторичных тепловых ресурсов процесса сушки;

аппаратура контроля и автоматизации процесса сушки; датчики и приборы аварийного выключения генераторов инфракрасного излучения.

Рассмотрим некоторые элементы сушильной камеры.

Транспортные устройства, перемещающие высушиваемые изделия в камерах, движутся со скоростью не более 0,4 м/с. В отдельных случаях допускается перемещение собственным ходом крупных самодвижущихся высушиваемых изделий - автомашин, троллейбусов и т. п.

Отражатели изготовляют чаще из листового алюминия со специально обработанной поверхностью, обеспечивающей длительное отражение инфракрасных лучей. Форма и размеры отражающих поверхностей определяются типом, числом, размером излучателей, формой и размерами облучаемой поверхности.

Пылеулавливающие устройства необходимы при сушке сыпучих и дробящихся материалов илн кипящих материалов с интенсивным выделением паров и газов, снижающих прозрачности атмосферы в камере. Это пылеосаднтельные устройства, тканевые и электрофильтры, жидкостные или циклонные (центробежные) пылевлагоотделителн.

При контроле влажности высушиваемого материала его обрабатывают химическими реагентами илн электрофизическими методами, определяя при этом изменение коэффициента отражения и коэффициента излучения. Контр,оль можно осуществлять и радиоактивным способом по ослаблению а и Р излучений нли контрольным взвешиванием.

4. ПРИБОРЫ,ДЛЯ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ

В металлургии, машиностроении, химической промышленности и в исследовательской работе для нагрева и термической обработки используют оптические печи - установки, состоящие из источника лучистой энергии с системой отражателей, фокусирующих лучистый поток в малую по объему рабочую зону, в которой под действием потока большой плотности создаются условия высокотемпературного нагрева. Оптические печи оборудованы камерой, куда помещают испытуемый илн обрабатываемый образец. В камере осуществляют нагрев нли термическую обработку материалов при высоких температурах в условиях вакуума илн какой-либо контролируемой среды. Наличие в камере вакуума илн заданной среды позволяет проводить в оптических печах различные технологические процессы, трудно осуществимые любым нз известных способов нагрева.

В качестве источников излучения в оптических печах применяют различные высокотемпературные излучатели, такие как лампы накаливания, графитовые нагревательные элементы, дуговые лампы высокой интенсивности, мощные газоразрядные ксеноновые лампы сверхвысокого давления и плазменные излучатели. Тип используемого источника излучения лежит в.. основе классификации оптических печей, так как от него зависят и другие важнейшие параметры.

Оптические печи в зависимости от типа излучателя и оптической еистемы делят на следующие классы и группы [73] класс А - печи с лампами накаливания (обычно вольфрамовый нагревательный элемент); класс Б - печи с графитовым нагревательным элементом; класс В - печи с дуговой лампой

высокой интенсивности; класс Г - печи с газоразрядными источниками излучения (ксеноновьпаи лампами сверхвысокого давления); класс Д - печи с комбинированньпаи источниками нагрева.

Группы объединяют печи с однотипными оптическими системами:

бипараболоиднаи, состоящая из двух параболоидных отражателей равных или различных диаметров, расположенных рабочими поверхностями навстречу один другому;

моноэллипсоидная - из одного эллипсоидного отражателя, образованного вращением эллипса вокруг главной оси;

биэллипсоидная - из двух-эллипсоидных отражателей равных или различных диаметров при равном эксцентриситете;

сложная (с несколькими отражателями, с изломом оптической оси системы).

Ниже для примера описаны печи из каждого класса данной классификации.

Оптические печи с лампами накаливания применяют для нагрева материалов до температуры 1000-1500° На рис. 4.4 изображена принципиальная схема сферической оптической печи, разработанной Шоу. Она состоит из разъемного стеклянного корпуса 1, выполненного в виде сферы с внутренним золочением. Вследствие идентичности формы сферы и эллипсоида с малым эксцентриситетом оказалось возможным использовать сферический отражатель как эллипсоидный. С одной сгороны от центра колбы на расстоянии 1 см расположена нить источника 3

Рис. 4.4. Сферическая оптическая печь:

/ - разъемный стеклянный корпус (колба); 2 - нагреваемый образец; 5 лампа накаливания; 4- провода электропитания

!{лампы накаливания), а с другой, на том же расстоянии,- центр образца 2. Внещний диаметр колбы печи 17,8 см. Лампа накаливания цилиндрической формы, мощность 650 Вт. Внутри колбы может быть создана любая окружающая среда.

При рабочей температуре нити накаливания 3400° С на образце в зависимости от величины коэффициента поглощения достигается температура 1000-1500° С. Установку применяют для нагрева образцов из окиси алюминия массой 20 г, длиной 3 см и диаметром 2 см до 1000° С при мощности лампы 600 Вт.

Оптические печи с графитовым нагревательным элементом применяют для плавки стали, тарировки высокотемпературных термопар, термической обработки деталей и для теплотехнических целей. Они обеспечивают нагрев материалов до 1700° С.

Оптическая печь с графитовым нагревательным элементом, разработанная в Институте технической теплофизики АН УССР О. А. Геращенко, как и Другие печи этого класса, характеризуется crpoioft направленностью излучения и малой инерционностью при изменении лучистого потока.

Излучателем является графитовый элемент / (рис. 4.5) в виде полусферической чаши диаметром 16 см и толщиной стенки 1,0-1,2 см. Продольные прорези в графите позволяют получить длину нагревателя, равную 2 м при сечении 1 см. Энергия подводится через латунные втулки 3, ввернутые в штуцеры и охлаждаемые водой. Нагревательный элемент помещен в отражатель 2, стенки которого изнутри отполированы и позолочены, а снаружи хромиро-шъпы. Стенки отражателя 2, выполненного в виде полусферы, охлаждаются проточной водой. Выходное окно 4 перекрыто щитом с отверстием в центре. Отражатель и нагревательный элемент укреплены на металлическом или текстолитовом основании.

Печь питается от понижающего трансформатора, обеспечивающего во вторичной обм 1тке силу тока 600 А, который плавно регулируется дросселем насыщения. Стационарный режим излучения устанавливается через 5-7 мин, стабильность потока высокая. В зависимости от диаметра выходного отверстия печи (5-10 см) КПД установки меняется от 25 до 60%. Наружное покрытие графитового нагревательного элемента карбидом кремния позволяет получать в окислительной среде температуру 1700° С и выше.

Оптические печи с дуговой лампой высокой интенсивности используют для выращивания монокристаллов, полупроводниковых материалов, для зонной плавки металлов, изучения физико-химических свойств различных материалов прн высоких температурах и в других случаях высокотемпературного нагрева образцов. Поскольку, спектр излучения дуговой лампы высокой интенсивности близок к спектру излучения Солнца, такие установки используют и как имитаторы Солнца.

Оптические печи с дуговой лампой высокой интенсивности имеют высокую плотность

Рис. 4.5. Оптическая печь с графитовым нагревательным элементом:

/ - графитовый элемент; 2 - водоохлаждаемый отра жател ь: .4 - ввод электропитания; 4 - выходное окно

излучения от 300 до 2000 Втсм в рабочей зоне диаметром от 1,2 до 14,см и обеспечивают нагрев материала до температуры 1750-3250° С [73].

Печи этого класса отличаются большими габаритами из-за значительных размеров лампы и отражателей; значительным затенением части лучистого потока источником излучения, механизмом крепления и подачи углей, водо-охлаждающими деталями лампы; сложностью в поддержании постоянства лучистого потока из-за большой скорости сгорания углей (время рабочего

цикла печи 15-20 мин). Один из вариантов оптической печи с дуговой лампой высокой интенсивности показан на рнс. 4.6.

Оптические печи с газоразрядными источниками излучения используют для создания высокотемпературного локального нагрева (для сварки, пайки, технологических процессов, связанных с местным нагревом, и т. д.). Температура нагрева этого класса печей достигает 1500- 2000°С. Так как источниками излучения служат газоразрядные лампы, спектр излучения которых близок к спектру излучения Солнца, а плотность лучистого потока установки в 3 раза превышает Максимальное значение плотности лучистого потока на уровне Земли, то данные печи используют в качестве имитаторов Солнца.

Принципиальная схема оптической печи с газоразрйдным источником излучения изображена на рис. 4.7. Основные элементы установки: эллипсоидный отражатель 2, .контротражатель 4, источник излучения (ксеноновая лампа типа ДКСР-10 ООО) 5, система питания и по,?1Жига. Уменьшение диаметра в рабочей зоне печи достигается применением кварцевой конденсорной оптики 5 и водоохлаждаемой диафрагмы 6, обеспечивающих диаметр пятна

УУу'77? /У /У У /77777.

г

Рйс. 4.6. Оптическая печь с дуговой лампой высокой интенсивности:

/ - отражатель; 2 - источник излучения; Л - предметный стол; 4 - контрольно-измерительная аппаратура; 5 - блок регулирования лучистого потока; 6 - блок питания источника излучения