Электрические печи

/

/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение среднего профессионального образования

«Выксунский металлургический техникум»

РЕФЕРАТ

По дисциплине: Теплотехника

на тему: «Электрические печи»

Выполнил: студент гр. П-09 Коноплев А.Д.

Преподаватель: Бондарь Е.М.

2011

Оглавление

• Особенности электрического нагрева
• Классификация электрических печей
• Печи с теплогенерацией в газообразном (или парообразном) рабочем теле при приложении к нему разности потенциалов
• Печи с теплогенерацией в твердом (или жидком) электропроводном рабочем теле при приложении к нему разности потенциалов
• Печи с теплогенерацией при ударе ускоренного потока электронов о поверхность нагреваемого тела
• Список литературы

Особенности электрического нагрева

Электрические печи широко применяются в металлургии. Они используются для расплавления металлов и сплавов, восстановления металлов из руд, нагрева различных изделий и заготовок.

Электрические печи позволяют в ряде случаев осуществить процессы, которые невозможно было бы провести в топливных печах, не говоря о многих других существенных достоинствах электрического нагрева. Так, получению качественных сталей в электропечах способствует возможность более точного регулирования температуры в рабочем пространстве, что позволяет обеспечить требуемую технологию плавки и снизить угар дорогих легирующих элементов. Очень важную роль играет здесь также возможность создания малоокислительной или слабовосстановительной атмосферы. Легированные стали некоторых марок вообще можно получать исключительно в электрических печах.

Ферросплавы, широко применяющиеся в современном сталеплавильном производстве, имеют высокую температуру плавления и их производство наиболее эффективно осуществляется в мощных дуговых печах, где концентрируется выделение большого количества тепла в сравнительно малом объеме. Плавка высокореакционных и тугоплавких, металлов (титан, молибден, вольфрам и др.) и сплавов на их основе ведется исключительно в электрических дуговых вакуумных печах или в электронно-лучевых установках в глубоком вакууме.

При использовании электрических печей для нагрева деталей и заготовок существенно облегчается регулирование теплового режима, заметно возрастает точность соблюдения заданной температуры в печи и создаются возможности равномерного подвода тепла к поверхности всех» изделий, находящихся в печной камере. Кроме того, электронагрев позволяет осуществить при необходимости местный нагрев отдельных участков изделия, а также нагрев поверхности (для поверхностной закалки). Рабочая камера электрической печи может быть сравнительно легко герметизирована, что позволяет при необходимости применять нагрев в защитных или специальных атмосферах или в вакууме.

Отсутствие отходящих дымовых газов значительно повышает тепловую эффективность работы электрических печей и упрощает их конструкцию по сравнению с топливными. Чистота и хорошие условия труда в цехах, оборудованных электрическими печами, также являются существенными преимуществами электрического нагрева.

Все эти достоинства предопределяют большую роль и растущее распространение электротермических процессов в производстве и обработке металлов и сплавов.

Однако электронагреву свойственны и определенные недостатки, сдерживающие его применение: стоимость единицы тепла, полученной за счет электроэнергии, значительно выше стоимости единицы тепла, генерируемой в рабочих пространстве топливных печей за счет сжигания топлива, что влечет за собой более высокие эксплуатационные расходы; капитальные затраты на сооружение электрических печей также обычно заметно больше в связи с их сравнительной сложностью и использованием более дорогих материалов, надежность и долговечность электрических печей ниже, а их эксплуатация находится в жесткой зависимости от обеспеченности предприятия электроэнергией и работы энергосистемы.

Таким образом, все отмеченные раньше несомненные достоинства электрических печей не означают, что электрификация термических процессов в черной металлургии является целесообразной абсолютно во всех случаях. Во многих процессах, когда применение электрической энергии не вызывается технологической или теплотехнической необходимостью, технико-экономические показатели оказываются лучшими при использовании топливных печей. Следовательно, использование электротермических установок должно быть технически и экономически обоснованно, а также учтены народнохозяйственные соображения (месторасположение предприятия, сравнительная доступность различных энергетических ресурсов), потребность в металлах или сплавах, получаемых только в электрических печах, качество продукции и т. д.).

Классификация электрических печей

В основу классификации электрических печей положены признаки, оказывающие наибольшее влияние на их конструкцию и работу. К этим признакам в первую очередь относится способ генерации тепла в печи из электроэнергии. Исходя из этого, печи разделяют на следующие группы.

Печи с теплогенерацией в газообразном (или парообразном) рабочем теле при приложении к нему разности потенциалов

К этим установкам относятся все дуговые и плазменные печи. Различают дуговые печи прямого и косвенного действия.

Дуговой разряд в печах прямого действия (с зависимой дугой) протекает между электродами и нагреваемым металлом. Благодаря тому, что электрическая дуга приближается здесь к поверхности металла, эти печи позволяют развить высокую температуру в зоне технологического процесса. Они используются обычно для выплавки металлов и сплавов с высокой температурой плавления (ферросплавы, сталь).

К печам с зависимой дугой относятся и вакуумные дуговые печи (ВДП), широко используемые для рафинирующего переплава жаропрочных сплавов на железной и никелевой основе, шарикоподшипниковых, нержавеющих, инструментальных и высокопрочных конструктивных сталей. Наибольшее распространение для этих целей получили ВДП с так называемым расходуемым электродом, выполненным из подлежащего переплаву материала. Дуга в таких печах горит между концом электрода и поверхностью лунки, находящейся в верхней части кристаллизующегося слитка. По мере плавки весь электрод расходуется и переплавляется в слиток.

В печах косвенного действия (с независимой дугой) разряд протекает между двумя электродами, расположенными на некотором расстоянии от металла. Печи такого типа используются для плавления чугуна и цветных металлов.

Во всех дуговых печах преобладает теплопередача излучением к нагреваемому металлу.

В плазменных печах высокая температура и большая скорость потока плазмы, вытекающего из дугового плазматрона, обеспечивает чрезвычайно интенсивный перенос тепла к металлу путем излучения и конвекции. Эти печи позволяют развить высокую температуру в рабочем пространстве без опасности загрязнения выплавляемого металла газами и материалом электрода (используемых в обычных дуговых печах). Поэтому такие печи начинают получать применение для производства высококачественных сталей, несмотря на их более сложную конструкцию по сравнению с обычными дуговыми печами.

электрический теплогенерация электрон газообразный

Печи с теплогенерацией в твердом (или жидком) электропроводном рабочем теле при приложении к нему разности потенциалов

Эти установки известны как печи сопротивления. Различают печи сопротивления прямого и косвенного действия.

Если проводником служит нагреваемое изделие, то такая печь называется печью сопротивления прямого действия и в ней отсутствует внешний (по отношению к металлу) теплообмен: тепло выделяется внутри нагреваемого тела.

Если проводником, включенным в электрическую цепь, является специальный нагревательный элемент, от которого тепло передается к поверхности нагреваемого тела, то это группа установок представляет собой печи сопротивления косвенного действия. В зависимости от уровня температуры в рабочем пространстве этих печей преобладает передача тепла либо конвекцией, либо излучением.

Печи сопротивления прямого и косвенного действия нашли применение в качестве нагревательных устройств в прокатных и термических цехах.

Плавильными устройствами, основанными на принципе печи сопротивления косвенного действия, являются установки электрошлакового переплава (ЭШП) Переплавляемый металл в виде штанги (расходуемого электрода) опускают в шлаковую ванну, нагреваемую пропускаемым через нее электрическим током, подводимым через этот электрод. Конец электрода оплавляется при нагреве от жидкого шлака; капли металла проходят через химически активный шлаковый расплав, подвергаясь рафинированию; металл' затвердевает в кристаллизаторе, формируя слиток. Эти установки получили широкое распространение для переплава качественных сталей, в том числе шарикоподшипниковых, инструментальных и других.

Пени с теплогенерацией в проводнике, помещенном в переменное электромагнитное поле.

Как отмечалось выше, в этом случае в проводнике индуктируется электрический ток и такие печи получили название индукционных. Они применяются для плавления черных и цветных металлов и сплавов, нагрева с целью термической обработки стальных деталей. Эти печи используются и для нагрева металла перед прокаткой и ковкой.

В зависимости от того, снабжена ли индукционная установка металлическим магнитопроводом (сердечником), различают печи с сердечником и без него. Индукционные печи легко помещаются в вакуумную камеру и это обусловливает широкое применение индукционных вакуумных печей для выплавки качественных сталей.

В любых индукционных печах тепло выделяется внутри самого нагреваемого или расплавляемого металла и поэтому внешний теплообмен в них практически отсутствует.

Печи с теплогенерацией при ударе ускоренного потока электронов о поверхность нагреваемого тела

Выше было показано, что в этих установках электрическая энергия превращается в тепло за счет столкновения ускоренного в вакууме потока электронов с поверхностью металла. Такие установки применяют для вакуумного переплава особо чистых металлов и сплавов, так как в этих печах полностью отсутствуют источники загрязнения металла (электроды или футеровка), свойственные другим электроплавильным устройствам.

В промышленных установках электронно-лучевого нагрева анод обычно выполняется в виде диафрагмы с отверстием. Предусматривается дополнительно управляющий электрод для собирания эмитируемых электронов в узкий пучок, который должен пройти через отверстие небольшого диаметра в диафрагме -- аноде. На управляющий электрод подается некоторый потенциал относительно катода. За анодом располагаются фокусирующая и отклоняющая системы в виде электромагнитных линз, предназначенных соответственно для собирания электронов, прошедших анод, в узкий пучок и направления его в требуемую точку поверхности нагреваемого тела. Такое устройство для получения луча электронов, сообщения им больших скоростей и собирания потока электронов в пучок с выведением его в рабочее пространство, где электрическое поле отсутствует, получило название электронной пушки. Она является основой установок электроннолучевого нагрева.

К другим классификационным признакам относят режим работы электрических печей. Различают печи периодического действия (камерные) и печи непрерывного (методического) действия.

В зависимости от осуществляемого технологического процесса электрические печи могут быть также разделены па плавильные и нагревательные.

Список литературы

В.А. Кривандин, Ю.П. Филимонов ТЕОРИЯ И КОНСТРУКЦИИ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ПЕЧЕЙ, том 1.