Основные параметры и показатели работы электрических печей

Общим для конструкций всех электрических печей явля­ется то, что они состоят из двух основных частей: собственна печи, т.е. рабочей камеры, где происходит технологический процесс, и электрического оборудования, включающего тот или иной преобразователь электроэнергии (трансформатор, высокочастотный генератор), а также пусковые, расиределительные, защитные и сигнальные устройства. Для вакуум­ных печей свойственна еще одна (третья) важная часть кон­струкции: вакуумное оборудование, с помощью которого создается и поддерживается необходимое разрежение в ра­бочей камере.

Помимо этого, современные электрические печи обору­дованы комплексом контрольно-измерительных и регу­лирующих приборов, предназначенных для измерения и регулирования параметров технологического процесса (тем­пературы, давления и т.д.) в рабочей камере. При работе электрической печи имеют место потери энергии, обуслов­ленные как потерями тепла из рабочей камеры, так и поте­рями электрической энергии в системе питания печи, токоподводах и устройствах для генерации тепла. Все эти при­чины приводят к снижению общего КПД электрической печи, который определяют по формуле

h_общ = h_элh_т, (109)

где h_эл и h_т — электрический и тепловой к.п.д.

Электрический к.п.д. может быть выражен так:

h_эл =(Q_с – Q_эл)/Q_с, (110)

где Q_с — количество электрической энергии, полученное установкой из сети за данный промежуток времени;

Q_эл — электрические потери за тот же промежуток вре­мени (в токо-подводах, трансформаторе и т.п.).

Тепловой к.п.д.:

h_т = Q_пол/(Q_с – Q_эл + Q_экз) = (Q_с – Q_эл + Q_экз – Q_т)/(Q_с – Q_эл + Q_экз) (111)

где Q_пол — количество полезно расходуемого в печи тепла на проведение технологического процесса за определенный период времени;

Q_экз — количество тепла, освобождающегося при про­текании в печи экзотермических реакций за тот же период времени;

Q_т — тепловые потери печи за тот же период времени.

Величиной Q_экз в электрических нагревательных печах можно пренебречь. Тогда общий к.п.д. установки

h_общ = h_элh_т = Q_пол/Q_с. (112)

Таким образом, чем меньше потери тепла из рабочей ка­меры и электрические потери при данной мощности печи, тем выше ее к. п.д.

Работа любой электрической печи и степень совершен­ства ее конструкции характеризуются, помимо к.п.д., про­изводительностью и удельным расходом электроэнергии, т.е. расходом энергии на единицу обрабатываемого металла. Эти характеристики связаны с мощностью печи, ее геомет­рическими размерами, полезной емкостью рабочей камеры и другими параметрами. Производительность и размеры ра­бочей камеры связаны между собой через время осущест­вления технологического процесса, т.е. время нагрева или расплавления металла. Очевидно, что чем больше подводи­мая к печи мощность, тем меньше время нагрева и, следо­вательно, выше производительность при данной массе сад­ки (емкости печи).

Производительность печи при данной мощности возра­стает при сокращении неизбежных периодов простоя (за­грузка и выгрузка изделий) и технологической выдержки. Установлено, что влияние подводимой к печи мощности ска­зывается на ее производительности наиболее существенно в период нагрева, так как в моменты простоя и технологиче­ской выдержки энергии расходуется только на покрытие тепловых потерь из печной камеры.

Следовательно, для уменьшения удельного расхода элек­троэнергии необходимо стремиться к увеличению электри­ческого и теплового к.п.д., т.е. к уменьшению потерь теп­ла в период нагрева и выдержки. Общий технико-экономи­ческий анализ показывает, что при конструировании электрических печей необходимо стремиться так сократить тепловые потери, чтобы соблюдалось условие h_т ³ 0,8.

Известно, что тепловые потери пропорциональны теплоотдающей поверхности кожуха печи, поэтому с увеличени­ем размеров рабочей камеры, когда соотношение между теплоотдающей наружной поверхностью и массой садки уменьшается, снижается и удельный расход электроэнергии. Однако при определении размеров электрической печи сле­дует учитывать ее мощность, так как при взаимно проти­воположном изменении этих двух показателей можно получить одну и ту же производительность. Поэтому в каждом случае необходимо выполнение технико-экономического анализа с целью определения мощности и емкости, которые обеспечивают заданную производительность печи и которым соответствуют наименьшие суммарные расходы на единицу продукции.