Расчет нагревателей печей сопротивления

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное

образовательное учреждение высшего образования

«Уфимский государственный авиационный технический университет»

Кафедра «Сварочных, литейных и аддитивных технологий»

Практическая работа №3

Расчет нагревателей печей сопротивления

Уфа 2022 г.  

Цель работы

Знать (на уровне узнавания) методику расчета и устройство шахтной электрической печи сопротивления.

Уметь (на уровне первоначального опыта) выполнять расчет нагревательной плавильной печи.

Электрические печи сопротивления находят широкое применение в литейных цехах. Они делятся на два класса: нагревательные и плавильные.

Нагревательные печи используются в литейном производстве для термообработки отливок, прокалки форм перед заливкой металла,сушки форм, стержней, исходных формовочных материалов.

В основе работы печей сопротивления лежит принцип теплогенерации в рабочем теле при приложении к нему разности потенциалов, который требует обязательного наличия в рабочем теле свободных зарядов (ионов и электронов), т. е. его электропроводности.

Приложенная разность потенциалов вызывает направленное движение свободных зарядов, т.е. возникает электрический ток и при его протекании по проводнику, имеющему сопротивление, выделается тепло.

Согласно закону Джоуля-Ленца:

Q=UJt=I2Rt (Дж),

где U – приложенная разность потенциалов, В; J – сила тока, А; R –сопротивление, Ом; t – время, с.

В литейных цехах применяются печи косвенного действия, где в качестве рабочего тела используются нагревательные элементы, выполненные из специальных материалов, в которых происходит превращение электрической энергии в тепловую, передаваемую в дальнейшем нагреваемым изделием излучением при рабочей температуре выше 600–700 ºС и конвекцией в печах с принудительной циркуляцией атмосферы. Работа нагревателей происходит в тяжелых температурных условиях. Поэтому к ним предъявляются следующие требования:

1) высокая жаростойкость, неокисляемость под действиемкислорода воздуха в условиях высоких температур;

2) достаточная жаропрочность, чтобы нагреватели не деформировались и не разрушались под собственным весом в течение длительного времени при высоких температурах;

3) большое удельное сопротивление. Чем меньше удельное сопротивление материала, тем должна быть больше длина и меньше поперечное сечение нагревателя. Такой нагреватель конструктивно неудобен;

4) малый температурный коэффициент сопротивления. Чем коэффициент больше, тем больше разница в электрическом сопротивлении горячего и холодного нагревателя и в мощности, забираемой от сети. Пока нагреватели не нагреются, печь берет из сети повышенную мощность;

5) постоянство размеров;

6) удовлетворительная обрабатываемость с возможным получением ленты, проволоки, спирали, свариваемость.

 Нагреватели выполняются в виде проволоки, ленты и стержней,

иногда литыми и штампованными. В современных электропечах сопротивления обычно используют следующие типы нагревательных элементов: проволочные зигзагообразные, проволочные спиральные, ленточные зигзагообразные.

Для изготовления нагревательных элементов применяются металлические и неметаллические материалы.

Нихромы – двойные сплавы никеля (75–78 %) с хромом хорошо работают до температур 1100–1150ºС.

Железохромоалюминиевые сплавы, модифицированные цезием и барием, могут работать до 1200–1300ºС, но они очень хрупкие и непрочные.

Силитовые и глобаровые нагреватели представляют собой карборундовые стержни, отличающиеся друг от друга конструктивным исполнением с сечением 8–30 мм и длиной активной части до 560–1200 мм.

Они выдерживают температуру до 1400–1450 ºС. Стержни хрупкие, требуют осторожного обращения.

Применяются для работы в окислительной среде.

Нагреватели из дисцилицида молибдена работают в окислительной атмосфере при температурах до 1700 ºС. Ввиду малого сопротивления они изготавливаются тонкими по сечению и устанавливаются в печи вертикально.