Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Электротехнологические процессы электроэнергетики. В 2-х частях. Ч.1. Электротермические установки. Учебное пособие.pdf
2
τη−ρ=δπ
ttcfE /)(εtg2
12
, (67)
T
где ρ – плотность;
η
– тепловой к.п.д.
T
– удельная теплоёмкость; τ – время нагрева;
c
2
)tg2/()(
δεπη−ρ= Ettcf
; (68)
E =
12min
E
T
пр
;
0,2...5,1
с
=λ
– соотношение λ с конструктивными параметрами
f
ε
a
установки.
c
f
max
κ
=
2
;
ε
a
a
a
2
. (69)
=κ
λ
Источники питания установок диэлектрического нагрева клас-
сифицируются:
1) по частоте:
6
· 10
высокой (3…100)
сверхвысокой (0,3…220)
Гц;
· 10
8
Гц;
2) по конструкции:
машинные (генераторы);
тиристорные.
Магнитрон (СВЧ-генератор) облучает тело электромагнитной
волной (бегущей или стоячей).
1.7. ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ НАГРЕВ И ОХЛАЖДЕНИЕ
Термоэлектрические эффекты:
1. Эффект Зеебека – явление возникновения ЭДС в замкнутой
электрической цепи, состоящей из последовательно соединённых
разнородных проводников, контакты между которыми находятся
при различных температурах (рис. 17).
41
(
μ
=
τ
=
Рис. 17. Эффект Зеебека
(70)
)
, ;
ЕТТеТТ =−≠
е – коэффициент Зеебека,
В/К.
1212
2. Эффект Пельтье – термоэлектрическое явление переноса
энергии при прохождении электрического тока в месте контакта
(спая) двух разнородных проводников, от одного проводника к
другому (рис. 18).
Рис. 18. Эффект Пельтье
ТеK
где Т– температура спая;
П
K
– коэффициент Пельтье, В/с.
П
Дополнительно к Джоулевому теплота Пельтье
3. Эффект Томсона – это одно из термоэлектрических явлений, заключающееся в том, что в однородном неравномерно нагретом проводнике с постоянным током, дополнительно, будет выделяться или поглощаться дополнительная теплота Томсона (рис. 19).
42
,
.
IKQ
(71)
ПП
Рис. 19. Поглощение теплоты Томпсона
1 – однородный проводник;
2 – металлическая пластина;
– в холодном спае поглощается энергия;
Т
1
Т
– в горячем выделяется.
2
Тепловые насосы (эффект Пельтье):
;
IеТQ =
(72)
1
2
1
П
.
IеТQ =
(73)
2
П
Потребление мощности:
2
()
5,0 QQQQ
==+
– уравнение баланса холодного спая;
П10
Rт
П10 Rт
QQQQ +=+
5,0
– уравнение баланса горячего спая;
тR
гП2
П2 тRг
120г
;5,0– –
QQQQ =
.5,0
QQQQ ++=
; ; –
RIТТеIPQQP +−==
1.8. ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВЫЕ ПЛАВИЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ
Электронно-лучевые плавильные печи и установки (ЭЛУ)
применяют для плавки тугоплавких и химически активных металлов, выращивания монокристаллов, металлизации и напыления,
43
Рис. 20. ВАХ электролучевых плавильных печей
спекания, зонной очистки и термообработки тугоплавких металлов
размерной обработки твёрдых и тугоплавких металлов и др.
Идеализированная вольт-амперная характеристика 1 ЭЛП дана
на рис. 20 штриховой линией. В реальной характеристике отсутствует резкая граница перехода области пространственного заряда в
область насыщения (ход характеристики в этой области и её границы определяются конструкцией элетронно-оптиче
ской системы и
уровнем рабочей температуры катода). Здесь же приведены внешние характеристики источников напряжения 2 и тока 3. Условия
регулирования мощности ЭЛП зависят от характеристики источника питания. При питании от источника напряжения регулирование
мощности за счёт изменения тока накала катода возможно во всём
диапазоне от нуля до номинального з
начения.
44
2. ПРОМЫШЛЕННЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПЕЧИ
2.1. ДУГОВЫЕ ПЕЧИ
Дуговые печи используют в качестве плавильных. Тепловая
энергия в этих печах генерируется в газообразном проводнике при
приложении к нему разности электрических потенциалов. При воздействии разности потенциалов возникает интенсивная термоэлектронная эмиссия. Электроны ускоряются и производят ударную
ионизацию молекул газа. Газ частично ионизируется, его электросопротивление резко падает. Всё это приводит к «загоранию» дуги
в данной зоне.
Пр
и атмосферном давлении температура кратера дуги достигает значений 3000…4000 К, а температура в канале электрической
дуги – 5000…6000 К (рис. 21).
Рис. 21. Примерный график изменения мощности
и вторичного напряжения ДСП
при выплавке основным процессом с полным оксилением
45
Рис. 22. Классификация дуговых печей
В зависимости от источника тока дуговые печи могут быть переменного или постоянного тока (рис. 22). В зависимости от места
образования дуги в рабочем пространстве дуговые печи подразделяются на печи с зависимой (прямого действия) или независимой
(косвенного действия) дугой.
Режим колеблется от эксплуатационного КЗ до обрыва дуг.
Кривые тока и на
пряжения неси
нусоидальны (обвалка шихты в
колодцах).
Число отключений может достигать 10 и более за плавку (поломка электродов, срабатывание защиты).
Коэффициент использования установленной мощности ДСП и
трансформатора зависит от мощности в разные этапы плавки.
ДСП – крупные потребители реактивной мощности cosφ
(от 0,7 до 0,89).
Снижение реактивного сопротивления ведёт к увеличению
эксплуатационных токов КЗ.
я токов, активной и реактивной мощности –
Колебан
0,3…1,7Q
и
, что вызывает колебания напряжения с частотой
ном
2…10 Гц (фликер – мигают лампы освещённости) – вредно для
зрения.
46
Данная нагрузка влияет на другие приёмники плохо (вакуумные
печи, шлаковые, электронно-лучевые, которые находятся на заводе в
других цехах).
Нагрузка ДСП несимметрична по фазам (статическая и динамическая). Статическая – неодинаковость сопротивления короткой
сети. Коэффициент асимметрии из-за этого 30…40%. Динамическая – эксплуатационного КЗ, различные условия зажигания под
электродами.
Режим ДСП характеризуется несинусоидальностью то
ряжения за счёт нелинейности дуги как приёмника электриче-
нап
ков и
ской энергии.
Появление высокочастотных колебаний вредно сказывается на
батареях конденсаторов, на изоляции оборудования (рис. 23 – 26).
Рис. 23. Электрические характеристики ДСП
Рис. 24. Питание ДСП с применением сдвоенного реактора
47
Рис. 25. Питание ДСП от трансформатора
с расщеплёнными обмотками
Рис. 26. Питание ДСП от отдельного трансформатора ГПП
48
Сдвоенный реактор – при прохождении в одной ветви реакто-
≈
≈
≈
≈
ра резкопеременного тока, в другой появляется положительная
ЭДС, уравновешивающая колебания.
2.2. РУДНОТЕРМИЧЕСКИЕ ПЕЧИ
Руднотермические печи (РТП) предназначены для переработки
рудных материалов. Основным направлением в этих производствах
является восстановление оксидов до элементов или карбидов. Причём металлы зачастую получают в виде сплавов. Исходным сырьём
могут быть и сернистые руды, переработанные на сульфиды металлов – штейны. Руднотермические печи также используют для переплавки тугоплавких оксидов в целях получения заданного зернового с
остава продукта (рис. 27).
Как было сказано выше, руднотермические установки можно
разделить на печи с открытой дугой, печи с закрытой дугой и печи
сопротивления.
Доля энергии, поглощаемая шлаком (расплавом) или шихтой, – q. Таким образом работа в чисто дуговом режиме может
быть описана как
.1 ,0
рq Нагрев сопротивлением –
.0 ,1 ≈≈ рq Смешанный тип нагрева
крытой дугой –,1 ,0
рq характеризуются развитым дуговым
.0 ,0 ≠≠ рq
Процессы с от-
разрядом, горящим между электродом и расплавом металла. Доля
энергии, выделяющейся на сопротивление расплавленного металла,
ничтожно мала. Хотя по конструкции эти агрегаты могут значительно отличаться от сталеплавильных печей, по характеру режима
и эксплуатационным особенностям они ближе всего к ДСП. К таким процессам относятся: производство безуглеродистого ферро-
анца,
марг
безуглеродистого феррохрома, марганца, никеля, чугуна.
По смешанному типу нагрева работает большинство руднотермических печей. При этом соотношение между долями q и р
может изменяться в рамках одного процесса в различные периоды
49
плавки. Например, при плавке высокоуглеродистого ферромарганца нормальная работа печи характеризуется большим количеством
шлака и отсутствием сколь-нибудь заметных дуг. Энергия выделяется на сопротивлении шлака. А к концу плавки между электродом
и оставшимся расплавом устанавливается электрическая дуга.
Процессы смешанного типа удобно разделять в зависимости
от количества шлака.
В бесшлаковых технологиях (производство феррос
илиция,
карбида кальция, ферровольфрама, кремния и т.д.) мощность, выделяемая в дуге, преобладает над джоулевым теплом.
В шлаковых процессах – производство силикоалюминия, силикокальция, силикохрома доля дуги достаточно высока. Электроды глубоко погружены в шихту, и часть линий тока замыкается
через жидкую ванну (токи звезды), часть непосредственно между
электродами (токи треугольника). Прои
сходит выделение части
пепла на омическом сопротивлении.
Многошлаковые процессы – производство углеродистого ферромарганца, углеродистого силикомарганца, ферроникеля. Нормальная работа печи характеризуется устойчивой глубокой посадкой электродов в шихту. Практически вся энергия выделяется в
шлаке. Доля дугового разряда в процессе ничтожно мала.
50
Рис. 27. Питание руднотермических печей