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 дейлъия (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 нз 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.
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.
Печи с теплогенерацией в проводнике, помещенном в переменное электро-магнитное 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 печн 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 эмиттируемых 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 на плавильные и нагревательные.
Дата добавления: 2015-11-10; просмотров: 2120;