Уровень соли

Рис. 219. Однофазная электродная соляная ванна типа СВС-1,5.3.4/8,5:

1 — крышка; 2 — электроды; 3 — токопровод; 4 — кожух; 5 — металлический тигель;

6 — футеровка

и принимать меры по охране обслуживающего пер­сонала от вредных выделений путем применения индивидуальной вытяжной вентиляции или бортового отсоса.

Описание конструкции печей типа ЭШП приведено в гл. XIII п.. 2.

Электромагматические печи, печи с жидкометаллическими теплоносителями и с кипящим слоем не нашли широкого примене­ния в черной металлургии.

4. Печи прямого действия

ОСОБЕННОСТИ ТЕПЛОВОЙ РАБОТЫ

Печи сопротивления прямого действия работают в режиме печей-теплогенераторов с равномерной (при постоянном токе) или неравномерной (при переменном токе) теплогенерацией в зоне технологического процесса (ЗТП), осуществляемой в результате прямого кондукционного нагрева по закону Джоуля-Ленца. Интенсивность теплогенерации характеризуется скоростью преобразования энергии в единице объема q_v (Вт/м³). При этом диф­ференциальное уравнение энергии принимает вид

дТ/дτ = а Т + q_v /(сd), (Х.18)

где d и с — плотность и удельная теплоемкость нагреваемого металла; а — коэффициент температуропроводности.

При равномерной теплогенерации можно обеспечить практи­чески равномерный сквозной нагрев (т. е. Т 0) за время τ_н, с:

(X.19)

где Р_н — электрическая мощность, кВт; Р_т. _п — мощность тепло­вых потерь в окружающее пространство, кВт; т₀ — масса нагре­ваемого металла, кг; с_cp — средняя удельная теплоемкость на­греваемого металла, кДж/(кг К); — разность температур в начале и конце нагрева, К.

Увеличение Р_н при условии Р_н >> Р_т. _п позволяет достигать высоких скоростей нагрева, высокого теплового к, п. д. и низкого удельного расхода электрической анергии. Малые тепловые по­тери позволяют обойтись без ограждения печной камеры, в ре­зультате чего значительно упрощается конструкция печей.

Особенностью тепловой работы установок прямого нагрева является зависимость теплогенерации в объеме нагреваемой заго­товки длиной l с площадью поперечного сечения F, определяемой согласно уравнению (Х.19) электрической мощностью Р_н = 1²R =U²/R = (U²/p) (F/l), от равномерности протекания элек­трического тока по поперечному сечению и характера распределе­ния температурного поля по длине и сечению заготовки, поскольку изменение температуры влияет на удельное электрическое со­противление p, магнитные и теплофизические свойства нагревае­мого металла

При постоянном токе вследствие одинаковой плотности тока по сечению проводника возможна равномерная теплогенерация q_v в объеме нагреваемой заготовки простой формы с одинаковым сечением по всей длине, но степень равномерности температур­ного поля зависит также от теплоотдачи с поверхности в окру­жающую среду и от теплопередачи теплопроводностью вдоль заготовки в подконтактные зоны. Для сохранения заданного зна­чения Р_н нежелательное увеличение сопротивления R из-за роста p по мере повышения температуры нагреваемого металла компен­сируют соответствующим изменением напряжения U, подавае­мого от источника питания.

Распределение температуры вдоль оси нагреваемой заготовки зависит от условий теплогенерации и теплопроводности, конфи­гурации и размеров заготовки, конструкции и расположения токоподводящих контактов, величины переходного контактного сопротивления Rк. Если Rк велико, а теплоотвод от подконтактных зон слабый, то возможен перегрев концов заготовки выше заданной температуры Т_зад (рис. 220, кривая 1). Кривая 2 ха­рактеризует почти равномерный нагрев заготовки по длине L, который может быть осуществлен при выборе оптимальной кон­струкции контактов и рациональном режиме нагрева, а кривая 3 - реаль­ное температурное поле, достигаемое при нагреве стальных заготовок диа­метром 20—80 мм и длиной более 200—250 мм. При нагреве коротких заготовок со сравнительно большими поперечными сечениями (диаметром 50—80 мм) не удастся добиться рас­пределения по кривой 3(см. рис. 220, кривые 4 и 5) и приходится Т_зад обес­печивать за счет повышения интен­сивности теглогенерации. Кривые, приведенные на рис. 220, показы­вают, что при прочих одинаковых условиях l_к тем больше, чем меньше скорость нагрева, т. е. чем меньше q_v , чем больше теплопроводность на­греваемого металла и чем сильнее теплоотвод в подконтактной зоне.

Нагрев переменным током характеризуется неравномерной теплогенерацней, обусловленной неодинаковой плотностью тона по сечению проводника, которая усиливается с увеличением сечения проводника. При нагреве ферромагнитных металлов (железа, нике­ля, кобальта и сплавов на их основе), для которых относительная магнитная проницаемость µ_r > (100—1000), эта неравномерность усиливается, в результате чего температура в глубине сечения растет сначала медленнее, чем на поверхности, и возни­кает значительный перепад темпера­туры ΔT между центральной зоной сечения и поверхностью (рис. 221). Лишь после перехода точки Кюри, когда металл теряет магнитные свой­ства (µ_r = 1), теплогенерация ста­новится практически равномерной (при диаметре заготовки не более 100—120мм) и к концу нагрева внут­ренняя температура превышает поверхностную T_пов, которая снижается по мере увеличения тепловых потерь с поверхности: конвекцией пропорционально T_пов , излучением пропорцио­нально T⁴_пов.

Рис. 220. Распределение тем­пературы вдоль оси заготовки длиной L при прямом нагреве по методу сопротивления

Рис. 221. Изменение перепада темпе­ратур ΔТ по сечению стальной заго­товки диаметром 70 мм во времени при различной длительности нагрева (цифры у кривых)

Приемлемая для последующей пластической деформации сталь­ных заготовок диаметром 20— 100 мм степень равномерности рас­пределения температуры по длине (см. рис. 220, кривая 3) и по поперечному сечению достигается за время τ_н, с:

τ_н , (Х.20)

где D_м — диаметр нагреваемой заготовки, м.

Это соотношение получено для условий нагрева стали до 1400 — 1500 К, причем примерно половину времени τ_н при при­меняемых в настоящее время электрических режимах занимает нагрев до 100—1100 К.