Електричні плавильні і термічні

УСТАНОВКИ

 

За способом перетворення електричної енергії в теплову електроплавильні і термічні установки умовно розділяють на чотири групи: нагрівання опором, електродугові, індукційного та діелектричного нагрівання. В кожну групу входять установки різного принципу дії, улаштування і призначення.

Закони теплопередачі

Основні параметри електроплавильних і електротермічних

установок (потужність, коефіцієнт корисної дії, питома витрата електроенергії) визначають на підставі розрахунку теплоти, необхідної для технологічного нагрівання об'єкта, та розрахунку п о т о к і в т е п л о о б м і н у м і ж д ж е ре л о м те п л о ї е н е рг і ї т а навколишнього середовища. Теплообмін визначають згідно зі законами теплопередачі. Процес теплообміну є складним, тому в інженерних розрахунках створюють математичну модель на макрорівні, в якому вводять елементи активних та ємнісних опорів. Активні опори враховують теплопровідність, конвекцію та теплове випромінювання, а ємнісний опір - теплову ємність об'єкту.

Теплопровідність ‒ це здатність передачі теплоти всередині твердого тіла або нерухомої рідини чи газу від областей з вищою

температурою до областей з нижчою температурою. Тепло передається тепловими потоками. Тепловий потік (Вт) через одношарову плоску стіну для усталеного режиму визначають за

 

 

формулою Фур'є:

де Q 1і Q 2‒ температури поверхонь стінки, К0;

l ‒ товщина стіни, м;

S ‒ площа поверхні стіни, м2;

l ‒ коефіцієнт теплопровідності, який залежить від типу

речовини та температури, Вт/(м·К0).

Дня більшості матеріалів, які використовують у будуванні

печей

l = l 0·(1 - b Q сер),

1) у процесі подачі високої напруги на розрядний проміжок

у рідині протягом деякого часу напруга на ньому є постійною або незначно зменшується. Потім залежно від параметрів контуру і початкової напруги вона доволі рідко падає.

Для високих напруг на електродах механізм утворення каналу розряду обумовлений появою лідерів. Вони утворюють потоки електричних лавин, які зриваються з від'ємного і прямують до додатного електрода. У початковій стадії пробою утворюються декілька лідерних каналів, які потім зливаються в

де

l 0‒ коефіцієнт теплопровідності для273·К0;

b ‒ температурний коефіцієнт,

Q сер= 0.5(Q 1+ Q 2) ‒ середня температура стінки, К0.

Для розрахунку теплових втрат через стінку електропечі

один загальний канал. Тривалість проміжку часу визначають

властивості рідини, напруги, форми і розмірів електродів;

2) стадія яскравого спалаху починається після пробою між електродного проміжку. Під час її проходження виділяється

необхідно враховувати теплообмін між зовнішньою поверхнею

стінки і робочим простором печі.

Конвекційний теплообмін ‒ передавання тепла в рідинах і

газах за рахунок переміщення окремих частинок об'єму речовини, яка має масу та запас теплової енергії.

Тепловий потік конвекційного теплообміну визначають на

велика частина запасеної в нагромаджувачі енергії. Ця стадія характерна невеликим часом протікання і значним світловим випромінюванням. Після пробою опір між електродного проміжку падає на декілька порядків, струм при цьому різко зростає.

Густина струму в каналі досягає значних величин (до 106А/

підставі закону Ньютона:

 

т ( 1   2)    S, Вт

l

см 2і вище). Густина енергії в каналі теж дуже велика, що

приводить до розігрівання навколишнього середовища, її дисоціації та іонізації. В результаті цього в каналі утворюється

плазма з температурою порядку 15-20 тис К;

3) із зменшенням струму в розрядному контурі за достатньої потужності джерела електричної енергії іскровий

де

a k ‒ коефіцієнт тепловіддачі конвекцією, Вт/м2·К0);

Q с‒ температура стінки;

Q н‒ температура навколишнього середовища;

S ‒ поверхня конвекційного теплообміну, м2.

В умовах природної конвекції для плоских вертикальних стін

розряд може перейти в стадію дугового. При цьому зменшується густина струму в каналі і температура плазми в ньому. В каналі проходить утворення пари за рахунок перетворення встигаючої плазми в пару і випаровування деякої частини рідини. Канал розряду перетворюється у парогазову

коефіцієнт тепловіддачі залежить від температури навколишнього

середовища:

камеру. Після досягнення максимального розміру сфера починає с т иск ув а т ис ь Т ак их ц и клі в ро зш и ре ння -с т и с к ува н н я



 

 



для діапазону температур DQ = Q с÷ Q н= 288·K0÷ 358·K0

a k =3.45·(Q с- Q н)0.13;

для DQ = 358·K0÷ 423·K0

 

a k =2.05·(Q с- Q н)0.25.

Теплове випромінювання ‒ передача теплової енергії у

 

 

(гідравлічних хвиль) може бути декілька.