8. Электрические нагревательные и термические печи

Применение электрической энергии для нагрева металла дает следующие преимущества:

1) концентрация большой энергии в малых объемах, следовательно, возможность получить высокие температуры, которые невозможно достичь при других способах теплогенерации, а также большие скорости нагрева, компактность электрических печей;

2) благоприятные условия для автоматизации теплового и технологического процессов, при этом возможность регулирования величины и распределения температуры в рабочем пространстве печи позволяет осуществлять более равномерный нагрев изделий, избирательный нагрев в случае поверхностной закалки;

3) возможность работы либо без атмосферы, либо применять контролируемые (инертные или защит­ные) атмосферы для защиты нагреваемых материалов и изделий от вредных воздействий воздуха. Отсутствие дымовых газов дает возможность повысить к. и. т., а также поддерживать чистоту рабочего пространства электрических печей;

4) транс­портабельность и простоту подачи электрической энергии.

Недостатки электрических печей в сравнении с топливными следующие:

1) более высокая стоимость энергии (стоимость 1 Дж электроэнергии, подведенной к печи выше стоимости 1 Дж энергии, полученной при сжигании топлива в рабочем пространстве печи);

2) более высокая стоимость оборудования электрических печей в изготовлении, комплектации, эксплуатации;

3) обладают меньшей надежностью, долговечностью и ремонтопригодностью;

4) работа электрической печи связана с работой энергосистемы.

Электронагрев целесообразно применять:

1. когда он позволяет получить продукцию более высокого качества;

2) когда технологический процесс нельзя осуществить без электронагрева;

3. когда он позволяет улучшить условия труда, повышает безопасность;

4. когда при получении одной и той же продукции достигается снижение ее себестоимости или уменьшение капитальных затрат.

8.1. Методы генерации тепла за счет электрической энергии

В практике нагрева металла самое широкое распространение получили методы генерации тепла за счет электроэнергии в основе, которых лежат два принципа:

1. принцип теплогенерации в рабочем теле при приложении к нему разности потенциалов;

2) принцип теплогенерации в рабочем теле при введении его в переменное электромагнитное поле.

Первый принцип ле­жит в основе работы нагревательных и термических печей сопротивления прямого и косвенного действия. На втором принципе основана работа индукционных нагревательных и термических печей.

Теплогенерация в рабочем теле при приложении к нему разности потенциалов

Для того чтобы была возможность реализовать этот принцип необходимо, чтобы в ра­бочем теле присутствовали свободные заряды (ионы и электроны), т. е. рабочее тело должно обладать элект­ропроводимостью. При таком условии, приложение разности потенциа­лов вызовет направленное движение свободных зарядов (электрический ток). При его протекании по провод­нику, который имеет сопротивление, выделяется тепло. В соответствии с законом Джоуля-Ленца, количество выделяющегося в проводни­ке тепла:

Дж,

где U – приложенная разность потенциалов, В; I – сила тока, А; t – время, с; R – сопротивление рабочего тела, Ом.

Получение тепла, при прохождении электрического тока через твердый проводник, широко используется в печах сопротивления прямого (контактного) и косвенного нагревов.

В печах прямого нагрева нагреваемое изделие является одновременно и рабочим телом, которое включают в электрическую цепь, поэтому тепло выделяется прямо в этом изделии. В печах кос­венного нагрева рабочим телом является специальный нагре­вательный элемент, который изготавливают из специальных материалов. Передача тепла от нагревательных элементов к поверхности металла осуществляется косвенно излучением и конвекцией.