Электротехнологические установки

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Забайкальский государственный университет»

(ФГБОУ ВПО «ЗабГУ»)

Энергетический Факультет

Кафедра ЭиЭТ

Электротехнологические установки

Вовк-Курилех Е.С.

Чита, 2014

Введение

Электротехнологическими установками (ЭТУ) называются установки, в которых электрическая энергия преобразуется в другие виды энергии с одновременным выполнением технологического процесса. По характеру действия на обрабатываемое вещество все ЭТУ условно делятся на электротермические, электрохимические, электромеханические и электрокинетические. Электротермические установки - это установки, в которых электрическая энергия служит для нагрева материалов и изделий. В электротермических установках преобразование электрической энергии в тепловую производится следующими способами: - нагрев сопротивлением; - индукционный нагрев; - диэлектрический нагрев; - дуговой нагрев; - электронно- и ионно-лучевой нагрев; - плазменный нагрев; - лазерный нагрев. В электрохимических и электрофизических установках используется электрохимическое действие тока. К ним относятся: электролизные; электрохимические; электроэрозионные; электрохимико-механические установки. В электромеханических установках действие электрического тока приводит к каким-то механическим усилиям. К ним относятся: магнитоимпульсные; электромагнитные; электрогидравлические; ультразвуковые. Электрокинетические установки - установки, в которых используется электронноионная технология, включающая в себя: электризацию вещества, формирование движения в электрическом поле и др. Развитие получили следующие виды установок. Электрогазоочистка - выделение из газового (воздушного) потока твердых тел или жидких частиц. Электросепарация - разделение многокомпонентных систем на составные части. Электроокраска - нанесение твердых или жидких покрытий на изделия и др.

Электротехнологические процессы широко применяются в промышленности. Оборудование для этих процессов весьма разнообразно по принципу действия, мощности, характеристикам потребления электроэнергии.

К электротехнологическому оборудованию относятся: электрические печи и электронагревательные установки, электросварочные установки всех видов, установки для размерной электрофизической и электрохимической обработки металлов. Соответственно в понятие «электротехнология» включены следующие технологические процессы и методы обработки материалов: электротехнологический нагрев установка топливный

· электротермические процессы, в которых используется превращение электрической энергии в тепловую для нагрева материалов и изделий в целях изменения их свойств или формы, а также для их плавления и испарения; - электросварочные процессы, в которых получаемая из электрической энергии тепловая энергия используется для нагрева тел в целях осуществления неразъемного соединения с обеспечением непосредственной сплошности в месте сварки;

· электрохимические методы обработки и получения материалов, при которых с помощью электрической энергии осуществляется разложение химических соединений и их разделение путем перемещения заряженных частиц (ионов) в жидкой среде под действием электрического поля (электролиз, гальванотехника, анодная электрохимическая обработка);

· электрофизические методы обработки, при которых для воздействия на материалы используется превращение электрической энергии как в механическую, так и в тепловую (электроэрозионная, ультразвуковая, магнитоимпульсная, электровзрывная);

· аэрозольная технология, при которой энергия электрического поля используется для сообщения электрического заряда взвешенным в газовом потоке мелким частицам вещества с целью перемещения их под действием поля в нужном направлении.

Термин «промышленные электротехнологические установки и оборудование» включает агрегаты, в которых осуществляются электротехнологические процессы, а также вспомогательные электротехнические аппараты и приборы (источники питания, устройства защиты, управления и др.).

Электронагрев широко применяется на промышленных предприятиях при производстве фасонного литья из металлов и сплавов, нагрева заготовок перед обработкой давлением, термической обработки деталей и узлов электрических машин, сушки изоляционных материалов и т. д.

Электротермической установкой называют комплекс, состоящий из электротермического оборудования (электрической печи или электротермического устройства в которых электрическая энергия преобразуется в тепловую), и электрического, механического и другого оборудования, обеспечивающего осуществление рабочего процесса в установке.

Электрический нагрев дает следующие преимущества по сравнению с топливным:

1. Очень простое и точное осуществление заданного температурного режима.

2. Возможность концентрации высоких мощностей в малом объеме.

3. Получение высоких температур (3000 °C и выше против 2000 ° при топливном нагреве).

4. Возможность получения высокой равномерности теплового поля.

5. Отсутствие воздействия газов на обрабатываемое изделие.

6. Возможность вести обработку в благоприятной среде (инертный газ или вакуум).

7. Малый угар легирующих присадок.

8. Высокое качество получаемых металлов.

9. Легкость механизации и автоматизации электротермических установок.

10. Возможность использования поточных линий.

11. Лучшие условия труда обслуживающего персонала.

Недостатки электрического нагрева: более сложная конструкция, высокая стоимость установки и получаемой тепловой энергии.

Электротермическое оборудование весьма разнообразно по принципу действия, конструкции и назначению. В наиболее общей форме все электрические печи и электротермические устройства можно разделить по назначению на плавильные печи для выплавки или перегрева расплавленных металлов и сплавов и термические (нагревательные) печи и устройства для термообработки, изделий из металла, нагрева материалов под пластическую деформацию, сушки изделий и т. д.

По способу преобразования электрической энергии в тепловую различают, в частности, печи и устройства сопротивления, дуговые печи, индукционные печи и устройства.

Печь нагрева сопротивлением

Классификация электротермических установок

1. По способу превращения электроэнергии в тепло.

1) Установки с нагреваемым током активным сопротивлением.

2) Индукционные установки.

3) Дуговые установки.

4) Установки диэлектрического нагрева.

2. По месту выделения тепловой энергии.

1) Прямого нагрева (тепло выделяется непосредственно в изделиях)

2) Косвенного нагрева (тепло выделяется в нагревателе либо в межэлектродном промежутке электрической дуги.

3. По конструктивным признакам.

4. По назначению.

В электропечах и электротермических устройствах сопротивления используется выделение тепла электрическим током при прохождении его через твердые и жидкие тела. Электропечи этого вида преимущественно выполняются как печи косвенного нагрева.

Превращение электроэнергии в тепло в них происходит в твердых нагревательных элементах, от которых тепло путем излучения, конвекции и теплопроводности передается нагреваемому телу, либо в жидком теплоносителе - расплав ленной соли, в которую погружается нагреваемое тело, и тепло передается ему путем конвекции и теплопроводности. Печи сопротивления -- самый распространенный и многообразный вид электропечей.

Электрические печи сопротивления

Электрические печи сопротивления (ЭПС) применяются в машиностроении, металлургии, легкой и химической промышленности, строительстве, коммунальном и сельском хозяйстве и др. По назначению ЭПС подразделяются: - на нагревательные, которые служат для обработки материалов (нагрева, термической, химико-термической и вакуумной обработки, а также обжига, сушки, спекания различных металлических и керамических материалов); - плавильные, предназначенные для плавки металлов.

Достоинства печей: - возможность получения в печной камере любых температур до 3000 °С; - достаточно равномерный нагрев изделия путем соответствующего расположения нагревателей по стенкам печной камеры или приме- нением принудительной циркуляции печной атмосферы; - легкость автоматического управления мощностью, а следователь- но, и температурным режимом печи; - удобство механизации и автоматизации печей; - компактность.

Электроустановки индукционного нагрева

Индукционный нагрев (ИН) применяется для:

- плавки металлов и неметаллов;

- поверхностной закалки;

- нагрева изделий для пластической деформации;

- сварки и пайки;

- зонной очистки металлов и полупроводников;

- получения монокристаллов из тугоплавких оксидов;

- получения плазмы.

При индукционном нагреве в нагреваемых телах под действием электромагнитной энергии возникают вихревые токи, которые нагревают тело по закону Джоуля - Ленца. Индукционный нагрев применяется в установках прямого и косвенного действия. Индуктор создает переменный магнитный поток и работает как первичная обмотка силового транс- форматора. Нагреваемое тело помещается внутри индуктора таким образом, чтобы между индуктором и телом оставался зазор. Нагреваемое тело выполняет роль вторичной обмотки трансформатора с одним к.з. витком. ЭДС, возникающая в нагреваемом теле, пропорциональна магнитному потоку и обеспечивает возникновение тока в теле, который вызывает нагрев. Е = 4,44Фwf, где Е - ЭДС, возникающая в нагреваемом теле; Ф - магнитный поток, создаваемый индуктором, Вб; w - число витков индуктора; f - частота питающей сети, Гц. Мощность, выделяемая в нагреваемом теле, пропорциональна квадрату тока и сопротивлению нагреваемого тела: P = I2 R, где I - вихревой ток, возникающий в теле, А; R - активное сопротивление нагреваемого тела, Ом.

Достоинствами электроустановок индукционного нагрева являются:

- высокая скорость нагрева, пропорциональная вводимой мощности;

- хорошие санитарно-гигиенические условия труда;

- возможность регулирования зоны действия вихревых токов в про- странстве (ширина и глубина прогрева);

- простота автоматизации технологического процесса;

- неограниченный уровень достигаемых температур, достаточных для нагрева металлов, плавления металлов и неметаллов, перегрева, расплава, испарения материалов и получения плазмы.

Недостатки:

- требуются более сложные источники питания;

- повышенный удельный расход ЭЭ на технологические операции.

К особенностям индукционного нагрева можно отнести возможность регулирования пространственного расположения зоны протекания вихревых токов. Эффективность передачи энергии от индуктора к нагреваемому телу зависит от величины зазора между ними и повышается при его уменьшении. Глубина нагрева тела увеличивается с ростом его удельного сопротивления и снижается с увеличением частоты тока. Ток индукторов составляет от сотен до нескольких тысяч А при средней плотности тока 20 А/мм 2 . Потери мощности в индукторах могут достигать 20-30 % от полезной мощности.

Индукционные электротехнологические установки разделяются на плавильные, нагревательные и закалочные. Печи могут работать на про- мышленной частоте 50 Гц, средней частоте 0,5-10 кГц и высокой частоте: сотни-тысячи кГц. 3.2. Индукционные плавильные печи Индукционные плавильные печи применяются для плавки черных и цветных металлов: алюминия, чугуна, меди, стали. В настоящее время в чугунно-литейном производстве применяются: 76 % вагранок, 23 % индукционных плавильных печей и 1 % электродуговых печей. Наблюдается устойчивая тенденция к увеличению объемов использования индукционных плавильных печей. Индукционные плавильные печи применяются для производства фасонного литья из черных и цветных металлов. По конструкции плавильные печи разделяются: на индукционные канальные печи (ИКП) и индукционные тигельные печи (ИТП). Канальные печи имеют сердечник, тигельные выполняются с сердечником или без него. Для рабочего процесса печей характерно: электродинамическое и тепловое движение жидкого металла в ванне или тигле, что способствует по- лучению однородного по составу металла и равномерному прогреву по 26всему объему; малый угар металла (в несколько раз меньше, чем в дуговых печах). Рабочие температуры печей: - 750 °С - для выплавки алюминия; - 1200 °С - для выплавки меди; - 200-1400 °С - для выплавки чугуна; - 1600 °С - для выплавки стали. Индукционные канальные печи применяются для плавки цветных металлов, высококачественных сплавов и чугуна. Печи работают только на промышленной частоте.

Преимущества ИКП:

1. Высокий КПД печей.

2. Высокая надежность печи при использовании новейших футеровок, высокая наработка на отказ ванны печи - не менее 3-х лет.

3. В печи происходит интенсивное перемешивание металла без разрыва оксидной пленки, что обеспечивает: одинаковый химический состав по всему объему печи; одинаковую температуру по всему объему печи; возможность подшихтовки легирующими элементами.

4. Высокая точность поддержания температуры расплава за счет использования встроенного блока контроля температуры расплава, что обеспечивает уменьшение литейного брака, угара из-за отсутствия перегрева металла, увеличение срока службы футеровки.

5. Низкие энергозатраты на расплавление металла.

6. Низкий расход охлаждающей воды по сравнению с тигельной печью.

7. Снижение выбросов вредных веществ в атмосферу.

8. Не требуется фундамента печи и крепления ее к полу при монтаже; не требуется высокая квалификация обслуживающего персонала. Классификация печей: - по числу фаз: одно-, двух- и трехфазные; - по конструктивному выполнению канала: с открытым или закрытым каналом. На практике в основном применяют печи с закрытым каналом; - по числу каналов на фазу: одно-, двух- и трехканальные; - по расположению каналов: с вертикальным; горизонтальным; наклонным; - по форме канала: с круглым; прямоугольным; треугольным.

Размещено на Allbest.ru