Нагрівання електричним опором

Ширше застосування знайшли печі посередньої дії, в яких тепло виділяється під час проходження електричного струму по спеціальних гріючих елементах. Тепло, яке виділяється, передається до матеріалу випромінюванням, теплопровідністю і конвекцією. В таких печах здійснюється нагрівання до температур 1000÷1100°C.

Схема печі опору показана на рис. 2.15. Нагрівання здійснюється під час проходження струму через нагрівальні елементи 2 і 3, що виконані у вигляді дротяної спіралі. Тепло, що виділяється під час проходження електричного струму через нагрівальні елементи, передається стінкам обігрівального апарата 1. Піч футерують зсередини вогнетривкою цеглою 4 і покривають зовні шаром теплової ізоляції. Для періодичного огляду електро-нагрівачів електропіч забезпечується механізмом для опускання 5.

Рис. 2.15. Електропіч опору:

1 – обігрівальний апарат; 2 – бокові секції нагрівальних елементів; 3 – нижня секція нагрівального елемента; 4 – футерування печі; 5 – механізм для опускання футерування.

З метою зменшення втрат тепла в оточуюче середовище апарат покривають тепловою ізоляцією. Гріючі елементи виготовляють з дроту ніхрому (сплав, який містить 20% Cr, 30-80% Ni і 0,5-5% Fe). Діаметр дроту 3-7мм.

Кількість тепла, яку необхідно підвести в процесі нагрівання визначають з теплового балансу (рис 2.16)

Рис.2.16. До теплового балансу процесу нагрівання електричним струмом.

(2.10)

де Q_e - кількість тепла, яка виділяється елементами під час проходження електричного струму, Дж/год; G - кількість продукта, що підлягає нагріванню, кг/год; с - теплоємність продукта, що нагрівається, Дж/(кг·град); t_n i t_к – початкова і кінцева температура матеріалу, ⁰С; Q_втр – втрати тепла в оточуюче середовище, Дж/год.

З рівняння (2.10) визначають Q_е

(2.11)

Потужність електричного пристрою визначають за рівнянням

(2.12)

Електричні дугові печі

Цей спосіб нагрівання електричним струмом (рис. 2.17) базується на використанні теплового ефекту, що викликаний вихровими струмами Фуко, які виникають в шарі стінок стального апарату під дією змінного електричного струму. Апарат 1 з матеріалом, який підлягає нагріванню, є сердечником селеноїда 2. По селеноїду пропускається електричний струм, внаслідок чого виникає змінне магнітне поле, яке індикує в стінках апарату електрорушійну силу. Під дією вторинного струму стінки апарата 1 нагріваються і тепло від стінки передається до апарата, який підлягає нагріванню.

Рис. 2.17. Принципова схема електричної індукційної печі:

1 – апарат з матеріалом; 2 – соленоїд.

Індукційний нагрів забезпечує рівномірний прогрів за температур, що не перевищують 400°С, і дозволяє точно підтримати задану температуру нагрівання. Електронагрівачі відрізняються малою тепловою інерцією і можливістю точного регулювання температури.

Недоліком індукційного нагрівання є його велика вартість. Тому для підвищення економічності нагрівання іноді проводять комбінованим способом.

Високочастотний нагрів

Для нагрівання діелектриків (пластмаса, гума, дерево тощо) використовують струми високої частоти. Матеріал, який підлягає нагріванню розміщують між пластинами конденсатора. Під дією змінного електричного поля молекули діелектрика коливаються з частотою електричного поля. В результаті внутрішнього тертя, яке виникає між молекулами, виділяється тепло. Кількість виділеного тепла пропорційна до квадрату напруги і до частоти струму. Нагрівання здійснюють струмами високої частоти, що дорівнює 0,5·10⁶÷100·10⁶ Гц за напруженості електричного поля 1000-2000 вольт/см. Діелектричне нагрівання має багато переваг: безпосереднє виділення тепла по всій товщині матеріалу, що забезпечує його рівномірний нагрів, висока швидкість нагрівання, можливість нагрівання окремих ділянок матеріалів, легкість регулювання процесу нагрівання тощо.

Дугові печі

В дугових печах застосовують нагрівання електричною дугою до температури 1500-3000⁰С. Електрична дуга виникає в газоподібному середовищі. Ці печі переважно застосовують для плавлення металів, одержання карбіду кальцію і фосфору. Недоліком цього методу є великий температурний перепад і неможливість рівномірного нагрівання.

Охолодження