Тема 1.4 Основи теорії електричного нагріву

План

1. Типи електропечей .

2. Нагріваючи елементи опору.

3. Електрична дуга.

4. Електронно-променевий нагрів.

1. Типи електропечей.

В ливарному виробництві використовують велику кількість різних електропечей, які підрозділяються на:

1) плавильні ;

2) Нагрівальні (для термообробки );

3) Сушарки.

Електропечі класифікують по способу перетворення електричної енергії в теплову і способу підводу тепла до матеріалу , що нагрівається . В електропечах нагрів виконується по методу опору, електричною дугою, індукційним методом і електронним променем.

Позначення плавильних печей складається із букв і цифр.

Позначення плавильних печей складається в основному із трьох букв , декількох цифр і допоміжних букв.

Перша буква означає спосіб нагріву:

Д- дуговий; І- індукційний; О-опору; Е - електронний.

Друга буква визначає метал, для правки якого назначається піч :

С – сталь; Ч - чавун; А – алюміній ; М- мідь і її сплави і т.д.

Третя буква означає основний конструктивний признак печі: для дугових печей П - поворотне склепіння, Б - барабанна, для індукційних печей Т - тигельна , К – канальна для печей опору К – камерна і т.д. Цифри після букв в плавильних печах означають вмістимість печі в тоннах.

Н а п р и к л а д: ДСП-12 – дугова сталеплавильна з поворотним

склипінням місткістю 12 т.

ДМБ-0,5 – дугова, мідеплавильна, барабанна,

місткістю 0,5 т.

ІСТ- 0,4 – індукційна, сталеплавильна тигельна,

місткістю 0.4 т.

ОАК –1 - піч опору для плавк алюмінієвихсплавів,

камерна, місткістю 1т.

2. Нагрівальні елементи опору.

Нагрівальні елементи опору бувають металеві і керамічні. Частіше використовують металічні елементи, які застосовують частіше всього в термічних печах, в плавильних печах, для плавки легкоплавких сплавів на основі Аl , Мg і ін.

Металічні нагрівальні елементи виготовляють із спеціальних сплавів, що мають великий електричний опір і великий термін служби при високих температурах.

Сила струму, що протікає по провіднику , (а)

Потужність Р = U ∙ I ( вт)

При протіканні по провіднику електричного струму проходить перетворення електричної енергії в теплову. Регулюючи напругу і опір провідника можна добитися виділення необхідної кількості теплової енергії.

Напругу регулюють трансформаторами. На термічних печах напруга може мінятися від 5 до 380 В. Для цієї цілі використовують пічні трансформатори, які розраховані на передачу великої кількості електричної енергії.

Опір провідника (нагрівача) змінюють, змінюючи його довженну чи переріз.

Електричний опір провідника можна розрахувати по формулі

r

де r - питомий електроопір матеріалу провідника, Ом· м.

ℓ - довжина провідника, м.

S – площа поперечного перерізу провідника , м² .

В залежності від температури в робочому просторі печі застосовують відповідні матеріали нагрівачів: до 1100⁰С – в основному нагрівачі із хромонікелівих сплавів, для температур 1100⁰С : 1300 ⁰С – керамічні нагрівачів.

Більшість термічних печей мають нагрівач із ніхрому – сплав Nі і Сч, які виготовляються у вигляді проволоки або стрічки. Нагрівачі із проволоки виготовляються у вигляді спіралі або зигзага.

Нагрівачі, виготовленні литвом використовують тоді, коли важко підібрати нагрівачі із прокату . Такі нагрівачі використовують при температурі пічного простору 950-1050⁰С .

Для підігріву води, масла і т.п. застосовують трубчаті електронагрівачі (ТЕН ). ТЕН складається із трубки із жароміцні або вуглецеві сталі, в середині якої розміщена спіраль із ніхромової проволоки. Спіраль розміщення по осі трубки, а простір між спіраллю і стінкою трубки заповнений порошком із оксиду магнію який має добрі електроізоляційні властивості і високу теплопровідність. Довжина трубки може бути до 1м. По кінцям трубки установлюють ізолятори з розміщеними в них виводами, до яких прикріплена спіраль. Трубку в зборі можна легко згинати і придавати їй любу форму.

Електрична дуга

В дугових електричних печах перетворення електричної енергії в теплову відбувається в електричному розряді в газовому середовищі або вакуумі. В такому розряді в невеликих об’ємах знаходяться великі потужності і отримують дуже високі температури.

Дугові печі застосовують для плавки металів і сплавів. Електрична дуга є інтенсивним високотемпературним джерелом випромінювання. Для дугових сталеплавильних печей температура дуги знаходиться в інтервалі 4900 : 5800⁰С. В дугових печах використовують графітові електроди діаметром 100 : 710 мм і довжиною 1000 : 1800мм. Електроди, по мірі їх згорання, нарощують з допомогою спеціальних графітових ніпелів з різьбою. Електричний струм в дузі протікає за рахунок електронів, що рухаються. При проходженні електронів газ, що знаходиться в дуговому просторі, іонізується. Дуговий електричний розряд підтримується за рахунок емісії електронів із катоду, яка різко зростає при збільшенні температури. Електрони, що викидаються катодом, прискорюються під дією прикладеної напруги, направляються до аноду і віддають йому свою кінетичну енергію. Це визиває його нагрів і руйнування. Таким чином між електродами і металом виникає дуга, яка складається із суміші нейтральних газових частинок електронів, іонів і атомів, парів електродів і металу.

Промислові дугові печі працюють на перемінному струмі, тому на протязі кожного періоду в результаті зміни напряму струму поверхня торця електроду і поверхня металу поперемінно становляться то катодом то анодом. Дуга горить не по всьому торцю електроду, а в його частині – електродному п’ятні. П’ятно є на ванні металу, на якому горить дуга. Площа п’ятна на ванні в 1,5 : 2 рази більша, чим у електродного п’ятна . Розміри п’ятен на електроді і на ванні тим, більші , чим більша потужність печі.