Электрические печи сопротивления

Описаны основные типы электрических печей сопротивления, описывается их принцип работы, преимущества, недостатки и применение ...

Содержание

Введение…………………………………………………………………….3
1 Принцип работы электрических печей……………….……………….5
1.1 Вводная часть ……………………………………………………….5
1.2 Материалы, применяемые в электропечестроении………………6
2 Классификация электрических печей…………………………………10
2.1 Индукционные печи……………………………………………….10
2.2 Дуговые печи……………………………………………………….11
2.3 Электронно-лучевые установки…………………………………..12
3 Электрические печи сопротивления………………………………….14
Заключение………………………………………………………………..17
Список литературы………………………………………………………18

Введение

Тепловая обработка является одной из основных операций технологического цикла изготовления различных изделий в таких отраслях как машиностроении, производстве строительных и электротехнических материалов, металлургии и приборостроении и т.д. Основным оборудованием, осуществляющим термическую обработку, расплав материала, являются электрические печи.
Во многих отраслях промышленности термической операцией определяется качество готовой продукции, поэтому к печам сопротивления предъявляются серьезные требования по удовлетворению качественных показателей, показателей назначения, конструктивных показателей, а также показателей надежности и безопасности.
Многопрофильность применения электрических печей, а также постоянное ужесточение требований, предъявляемых к данному оборудованию, п ривело к их широкому разнообразию, где каждая разновидность печи предназначена для определенного направления технологии производства той или иной продукции.

Ранее применялись железо-хром-алюминиевые сплавы [2, 3], отличающиеся дешевизной и даже большей жаропрочностью (в силу содержания хрома и алюминия) по сравнению со сплавами никель-хром (в силу дороговизны никеля), однако, существенным недостатком, ограничивающим их применение, являлась хрупкость, что делало трудно возможным изготовление проволоки или ленты из этого материала. Также недостатком железо-хром-алюминиевые сплавов являлась повышенная чувствительность к окислам железа и высокоглиноземных материалов, разрушающими пленку из окислов алюминия и хрома; а также увеличение размеров в процессе эксплуатации, которое могло составлять (30-40) %.Из неметаллических нагревателей наибольшее распространение получили силит и глобар [2, 3], представляющие собой карборундовые стержни. Преимущества карборунда является его высокая термостойкость (1400-1450) °С, однако удельное сопротивление меняется в больший интервалах (от 4·10-4 до 4·10-3) Ом·м, что позволяет его применять лишь при больших размерах (от 8 до 30 мм в диаметре с длиной до 560 мм).Силитовые и глобаровые стержни при нагреве обладают высокой хрупкостью и малопрочностью, что и требует определенных условий эксплуатации. Обладают высокой чувствительностью к быстрому нагреву, ввиду чего печь следует постепенно нагревать. Среди неметаллических также можно выделить карборундовые нагреватели, сопротивление которых в холодном состоянии в 4-5 раз больше минимального, а при эксплуатации увеличивается в несколько раз. Недостатком является крайняя чувствительность к окружающей среде.Также можно выделить нагреватели из дисилицида молибдена [2, 3], обладающего высокой термостойкостью (до 1800 °С), однако ввиду высокой стоимости применяется крайне редко.В последние годы в высокотемпературных печах нашли применение жаростойкие металлы, такие как: вольфрам, ниобий, молибден, тантал [2, 3]. Перечисленные металлы интенсивно окисляются в кислородной среде, поэтому их применяют лишь в высоковакуумных печах или в печах с защитной водородной атмосферой.1.2.2 Огнеупорные материалыК огнеупорным материалам для электропечей предъявляют следующие требования:- достаточная огнеупорность и механическая прочность;- стойкость к термоударам;- сопротивляемость химическим воздействиям при высоких температурах;- достаточно малая теплопроводность и теплоемкость.Среди огнеупорных материалов можно выделить следующие: шамотные, многошамотные, динасовые, магнезитовые и нагревостойкие хромомагнезитовые изделия, основой которых являются три огнеупорных окисла – кремнезем, глинозем и оксид магния (периклаз) [4]. Некоторые свойства перечисленный материалов приведены в таблицу 1.1 и рисунке 1.1.Таблица 1.1 – Стойкость огнеупорных материалов к термоударамНаименование материалаЧисло водяных теплосмен до 20 % потери массыШамотные изделия10-25Многошамотные изделия50-100Динасовые изделия1-2Магнезитовые изделия2-3Нагревостойкие хромомагнезитовые изделияБолее 301.2.3 Теплоизоляционные материалыКак правило, футеровки печей выполняются составными: внутренняя часть из огнеупора, а наружная часть из теплоизоляционных материалов. 1 – шамотный кирпич класса А; 2 – шамотный кирпич класса Б; 3 – полукислый; 4 – динасовый; 5 – муллитовый; 6 – магнезитовый.Рисунок 1 - Температуры деформации некоторых огнеупорных материаловК теплоизоляционным материалам, применяемым в электропечестроении, предъявляются следующие требования: малая теплопроводность, удельная теплоемкость и достаточная огнеупорность.Наиболее распространенные теплоизоляционные материалы - диатомит и трепел. Целый ряд теплоизоляционных материалов приготавливается на базе асбеста [5], представляющего собой минерал волокнистого строения.Асбест, распушенный до плотности 250-800 кг/м3 (асбестит), используется как теплоизоляционная засыпка, работающая до 600 °С. Недостатком асбеста является его высокая гигроскопичность.Для обмазки горячих поверхностей используются мастичные материалы: - асбозурит (70 % диатомита или трепела и 30% асбеста);- новоасбозурит (70 % диатомита или трепела, 15% шиферных отходов, 15% асбеста).Широкое применение получили в последнее время стеклянная и минеральная ваты, а также стеклянное волокно, применяемые до 650 °С.2 Классификация электрических печейЭлектрические печи по способу преобразования электрической энергии в тепловую можно классифицировать следующим образом:- печи сопротивления;- индукционные печи;- дуговые печи;- электронно-лучевые установки;- лазерные установки.В подробном рассмотрении печей сопротивления остановимся в 3 разделе работы; в данном разделе кратко рассмотрим остальные виды электропечей.2.1 Индукционные печиИндукционные печи (рисунок 2.1) - электрические печи, в которых нагрев происходит за счет нагрева тел в электромагнитном поле, на основе явления вихревых электрических токов, который генерируется магнитной индукцией [6].К достоинствам индукционных печей следует отнести:- быстрое плавление мелких отходов, шихты за счет интенсивной электродинамической циркуляции расплава;- однородность полученного многокомпонентного химического расплава;- высокая удельная мощность, производительность;- возможность полного слива расплавленного металла;- гигиеничность и простота в обслуживании.Недостатки – низкая температура шлаков, наводимых на зеркало расплава с целью его технологической обработки. Также низкая стойкость футеровки и наличие теплосмен. 1 — индуктор; 2 — расплавленный металл; 3 — тигель; 4 — магнитный сердечник; 5 — подовый камень с каналом тепловыделения.Рисунок 2.1 - Общий вид индукционный печей а) тигельная; б) канальная2.