Основные законы теплопередачи.

Печи сопротивления прямого действия.

ПЕЧЬ СОПРОТИВЛЕНИЯ — электрическая печь, принцип действия которой основан на тепловом действии (по закону Джоуля-Ленца) электрического тока в проводнике. Таким проводником является нагреваемое тело (печь сопротивления прямого действия) или нагреватель, передающий генерируемую теплоту нагреваемому телу в результате теплообмена (печь сопротивления косвенного действия).

Наибольшее распространение прямой нагрев получил в штамповально – ковочном производстве при ковке, высадке, закалке изделий формы прутков, стержней и т.д. В установках и печах прямого нагрева ток проходит непосредственно по нагревательному изделию. Активное сопротивление у большинства заготовок мало, поэтому для прямого нагрева применяется ток в сотни и тысячи ампер при напряжениях на заготовке от единиц до десятков вольт.

5. Тепловой и электрический расчет печей сопротивления косвенного действия. Для определения мощности печи, потерь хх, кпд и удельного расхода эл.энергии необходимо знать температурный график тепловой обработки материала. В общем случае время цикла обработки: tц= tн+tв+tохл+tвз tн – время нагрева до заданной температуры, tв – время выдержки при заданной температуре, tохл – время охлаждения, tвз – выгрузка и загрузка нового изделия. За время цикла в печи выделяется количество теплоты: Qц=Qпол+Qвсп+ΔQ Qпол – необходимое для нагрева изделия, Qвсп – необходимое для нагрева вспомогательных приспособлений, загруженных в печь вместе с изделием, ΔQ – потери тепла. ΔQ=Кп(Δqнtн+Δqвtв+Δqохлtохл+Qизл) Кп – коэффициент неучтенных тепловых потерь, Δqн и Δqв – потери тепла за 1 ч через стенки печи в период нагрева и обработки, Qизл – излучение через открытый проем печи.   Мощность садочной печи: P=Qн/t, Qн= Qпол+ Qвсп+ Δqнtн+Δqохлtохл+Qизл   Для печи непрерывного действия мощность: P=Pпол+Рвсп+КпΔq+Δqизл Δq – сумма всех потерь через стенки печи, Δqизл – потери за 1 ч излучением через проемы печи.   Удельный расход энергии: для садочной печи при массе G загрузки: а=Qц/G. При расчете нагревателей к нему подводится Р=SF, где S - удельная поверхностная мощность нагревателя, F – площадь нагревателя.   6. Методы измерения температур. Значение температуры определяется по изменению физических свойств тел, зависящих от температуры и сравнительно просто поддающихся измерению. На основе: 1.изменения объемного или линейного размеров (дилатометрические). 2.электрического сопротивления (электротермометры). 3.термоэдс (термоэлектрические). 4.излучения (пирометры). 5.спектрального состава. В ЭТПУ чаще всего применяются термоэлектрические термометры, термометры сопротивления и термометры излучения. Электротермометры сопротивления: датчик и измерительный прибор, определяющий R датчика. Элементы сопротивления – платина, медь, никель. «+» - высокая точность, возможность дистанционного измерения, сравнительная простота и надежность эксплуатации. «-» - относительно большие размеры датчика, ограниченность верхнего диапазона температуры (до 650С) Термоэлектрические термометры: в цепи, составленной из нескольких металлических проводников различного материала при неодинаковой температуре точек их соединения (спаев)возникает термоэдс, значение которой ависит от температуры. Пирометры излучения основаны на зависимости между лучеиспускательной (интегральной и спектральной) способностью нагретого тела и его температурой. Радиационные пирометры – измеряют количество тепла, излучаемого нагретым телом. Оптический пирометр – измеряет яркость тела в видимой области спектра. Спектральные методы используются для измерения температуры электрических дуг и других видов электрических разрядов в виде плазмы, высокотемпературных газовых потоков.

Принцип действия ЭЛУ.

Самые дорогостоящие установки из всех.

Используются: вольфрам, титан, ниобий, цирконий (при температуре более 400˚С окисляются).

Рабочий орган ЭЛУ – электронно-лучевая пушка.

Для плавки металлов, для напыления тонких пленок методом испарения в вакууме.

Электронно-лучевые установки рабо­тают на принципе преобразования в тепло энергии пучка ускоренных в электричес­ком поле электронов при взаимо­действии пучка с поверхностью нагревае­мого материала.

Создание и уско­рение пучков электронов эффективно толь­ко в условиях высокого вакуума, поэтому ЭЛУ оснащают высокопроизводительными вакуумными агрегатами и тщательно гер­метизируют.

 

23. Назначение ЭЛУ. Электронно-лучевые плавильные печи и установки (ЭЛУ) применяют для: oплавки тугоплавких и химически активных металлов, oсварки электронным лучом тугоплавких металлов, oвыращивания монокрис­таллов, oметаллизации и напыления, oспекания, oзонной очистки и термо­обработки тугоплавких металлов, oразмерной обработки твердых и тугоплавких металлов и др.     24. Конструкции ЭЛУ.   Аксиального типа: 1 – вакуумная камера, 2 – катод (нагреваемый и имитирующий электроны), 3 – кольцевой анод, 4 – поток электронов, 5 – фокусирующие электромагниты, 6 – управляющие электромагниты, 7 – переплавляемый металл, 8 – кристаллизатор, 9 – жидкометаллическая ванна на поверхности слитка 10.     Поток электронов, созданный катодом, бомбардирует слиток 10, этим обеспечивая расплавление заготовки, металл которой стекает в кристаллизатор 8, и поддержание металла на поверхности слитка в жидком состоянии. Электронный луч позволяет создать концентрацию мощности на поверхности жидкого металла ванны до 1 МВт.    

Продолжение 49.

 

Разделение сыпучих продуктов на компоненты

 

1 – пластины конденсатора

2 – бункер с сыпучими продуктами

3 – наклонный лоток

4 – продукты размола

5 – бункер для приема размола

50. Установки электрофоретического нанесения покрытий. Установки для окраски металлических поверхностей Изделия располагаются в камере на конвейерной ленте. На конвейер подается определенный потенциал. Под действием поля частички краски передаются на металлические изделия, ложась ровным слоем.   Установки электрофоретического нанесения покрытия   1 – ванна 2 – заготовка из алюминиевой фольги 3 – слой керамического диэлектрика (керамика, осевшая на поверхности заготовки) 4 – раствор   Электрофорез – перемещение заряженных частиц в жидкости под действием электрического поля. В раствор вводят вещество, которое диссоциирует на ионы. Ионы определенного знака оседают на поверхности керамических частиц. Под действием электрического поля перемещаются к соответствующему электроду. Сущность метода окраски распылением в электростатическом поле высокого напряжения (до 140 кВ) состоит в том, что между окрашиваемым изделием и коронирующим электродом создается постоянное электрическое поле, в которое вводится распыленный лакокрасочный материал. На коронирующий электрод подается отрицательный по­тенциал, а изделие заряжается положительно, так как в этом случае ионизация воздуха проходит более интенсивно и при меньшем напряжении. Окрашивание в электрическом поле имеет следующие преимущества: а) значительная экономия лакокрасочных материалов (до 40-50% по сравнению с обычной окраской воздушным распылителем), суще­ственное уменьшение туманообразования при распылении краски; б) возможность нанесения слоя краски любой практически необ­ходимой толщины; в) равномерное покрытие; г) высокая производительность покраски; д)  полная автоматизация процесса окрашивания, улучшающая санитарно-гигиенические условия труда.   51. Установки электроосмотической сушки и влагозащиты изоляции электродвигателей. Электроосмос – это перемещение большого количества влаги по капиллярам под действием электрического поля. На границе раздела 2-х фаз образуется двойной электростатический слой. Электроосмос применяется для осушения котлованов, стен, для повышения сопротивления изоляции.

 

Основные законы теплопередачи.

Теплопередача – переход тока из одной части пространства в другую, от одного тела к другому, или внутри тела от одной его части к другой.

Теплопроводность – обусловлена тепловым движением и энергетическим воздействием микрочастиц. Это передача теплоты внутри твердого тела или жидкости (газа) от областей с более высокой температурой к области с более низкой температурой.

Теплообмен определяется законами теплопередачи. Процесс теплообмена является сложным, поэтому в инженерных расчетах его подразделяют на более простые составляющие: теплопроводность; конвекция; излучение. Теплопроводность – передача теплоты внутри твердого тела или неподвижной жидкости (газа) от областей с более высокой температурой к областям с более низкой температурой. Тепловой поток через однослойную плоскую стенку определяется:

где Т₁,Т₂ – температуры поверхностей стенки, К;

 - коэффициент теплопроводности, Вт/м·К;

F – площадь;

l – толщина стенки.

 

Конвекция – теплопередача в жидкостях и газах, при которой перемещаются отдельные частицы или отдельные элементы объема вещества, переносящие присущий им запас электрической энергии. Если передача теплоты конвекцией обусловлена лишь разностью плотностей вещества  вследствие различных температур, то такая конвекция называется естественной или свободной. Принудительное перемещение вещества называется вынужденной конвекцией. Аналитическое решение задач, связанных с конвективным теплообменом, представляет значительные трудности, поскольку этот процесс описывается сложной системой дифференциальных уравнений

Излучение – передача теплоты в невидимой (инфракрасной) и видимой части спектра.

2. Материалы, применяемые в электропечестроении: огнеупорные, теплоизолирующие, материалы для нагревательных элементов. Из огнеупорных материалов изготавливают внутренние части стен и детали рабочих камер печей. Огнеупорные (1580-1770 С), высокоогнеупорные (1770-2000 С) и высшей огнеупорности (выше 2000 С). Требования: Достаточная механическая прочность, достаточная термостойкость – способность материала выдерживать не разрушаясь резкие колебания температуры, сопротивляемость химическим воздействиям при нормальных и высоких температурах, малая теплопроводность и теплоемкость, малая электрическая проводимость и достаточная электрическая прочность при низких и высоких температурах. Теплоизолирующие материалы – предназначены для уменьшения тепловых потерь электропечи, предъявляются след требования: малая теплопроводность, малая удельная теплоемкость, определенная огнеупорность, определенная механическая прочность, дешевизна и доступность. Кирпичи, плитки, маты, картон, вата, войлок т.д. Материалы для нагревательных элементов. Требования: 1.достаточная жаростойкость. 2.жаропрочность – механическая прочность при высоких температурах, необходимая, для того чтобы нагреватели могли поддерживать самообогрев. 3.большое удельное электрическое сопротивление. 4.малый температурный коэффициент сопротивления. 5.постоянство электрических свойств. 6.обрабатываемость. Основные материалы – сплавы на основе железа, никеля, хрома, алюминия. В первую очередь хромоникелевые, железохромоалюминиевые сплавы.   3. Классификация печей сопротивления косвенного действия: периодического действия и непрерывного действия. По роду работы: Периодического действия – нагреваемое тело не меняет своего положения в течение всего времени пребывания в печи. Печь работает циклично. Цикл включает загрузку, тепловую обработку в печи по заданному температурному режиму и выгрузку. В печах непрерывного действия нагреваемые изделия в процессе нагрева или охлаждения перемещаются от места загрузки к месту выгрузки. Один из основных параметров печей – рабочая температура: до 600-700 С низкотемпературная, от 600-700 до 1250 среднетемпературная.  Верхняя граница определяется возможностью применения металлов нагревателей, способных работать в окислительной среде. По виду среды в рабочем пространстве: печи с окислительной (воздушной) атмосферой, с контролируемой атмосферой и вакуумные. По назначению: плавильные и нагревательные.