Определение допустимой плотности тока на электродах

От допустимой поверхностной плотности тока и допустимой напряженности электрического поля между электродами зависят размеры электродов и расстояние между ними.

Так как электропроводимость большинства материалов, подлежащих электродному нагреву, объясняется присутствием в них воды, то максимальная плотность тока на электродах и в соприкасающихся с ними объемах нагреваемого материала ограничивается условиями недопустимости процесса электролиза. Предельная плотность тока j _доп, А/см², не приводящая к электролизу, зависит от конструкции электродных систем и режима работы.

В установках периодического действия при неизменном напряжении на электродах плотность тока не остается постоянной в процессе нагрева. Она возрастает из-за уменьшения удельного электрического сопротивления материала при увеличении температуры. При конечной температуре нагрева плотность тока не должна превышать допустимого значения.

В установках непрерывного действия плотность тока изменяется только в первоначальный период, когда установка выходит на сбалансированный по теплоте режим, т. е. температура выходящего из нагревателя продукта стабилизируется. Во всех зонах межэлектродного промежутка плотность тока определяется удельным сопротивлением материала при постоянном питающем напряжении и неизменных конструктивных параметрах электродной системы.

Напряженность электрического поля в нагреваемом материале, зависящая от подведенного к электродной системе напряжения и расстояния между электродами, во время работы остается неизменной.

Вместе с этим по мере продвижения материала в нагревателе температура его повышается, а удельное сопротивление уменьшается. При входе в нагреватель холодный материал имеет минимальную плотность тока, а на выходе - максимальную, соответствующую конечной температуре нагрева. В качестве расчетной допустимой плотности тока принимают плотность тока на выходе нагревателя.

В электродных системах с плоскопараллельными электродами плотность тока, А/см², во всех сечениях межэлектродного пространства одинакова

 

                                            (3.11)

 

где U - напряжение на электродах, В; ρ - удельное сопротивление материала, Ом∙см; l - расстояние между электродами, см.

Для электродной системы, образованной коаксиальными цилиндрами, плотность тока, А/см², в поперечном сечении межэлектродного пространства зависит от текущего радиуса точки в межэлектродном промежутке r

 

                                    (3.12)

 

Здесь r ₁ и r ₂ - радиусы наружного и внутреннего электродов, см.

Из формулы (3.12) следует, что плотность тока на электродах системы неодинакова. Она минимальна на внешнем электроде и максимальна на внутреннем. В качестве расчетной допустимой плотности тока принимают плотность тока на внутреннем электроде.

Для плоских электродов допустимую плотность тока принимают

 А/см² или рассчитывают по эмпирической формуле,

 

                                               (3.13)

 

где ρ ₂ - удельное сопротивление воды, Ом∙см, соответствующее наибольшему значению температуры и определяемое по выражению (3.3).

Для электродов цилиндрической формы плотность тока на поверхности внутреннего электрода не должна превышать допустимую величину 1,5...2 А/см², причем рекомендуемое значение 1,2 A/см² .