Реферат на тему Электрооборудование и регулирование параметров печей сопротивления. Регулирование мощностей нагревателей электрических печей. Электрический расчёт печей сопротивления.

Содержание:

Введение 3
1. Электрооборудование и регулирование параметров печей сопротивления 5
2. Регулирование мощностей нагревателей электрических печей 11
3. Электрический расчёт печей сопротивления 15
Заключение 19
Список использованной литературы 20

Введение:

Электрическими печами сопротивления (ЭПС) называется обширный класс электротермических установок, предназначенных для нагрева различных изделий в результате пропускания тока либо через сами изделия (устройства прямого действия) либо через систему проводников (устройства косвенного действия).
ЭПС широко используются в промышленности, лабораторных и научных исследованиях для плавления, сушки, предварительного нагрева, обжига, закалки и других видов термической обработки разнообразных материалов благодаря следующим достоинствам:
• Возможность равномерного нагрева изделий до температур в 2500 °С
• Компактность конструкции и высокая мощность нагрева
• Автоматизация управления, возможность интегрирования в промышленные технологические цепочки
• Простота регулировки рабочих режимов, в том числе при сложных графиках температурного воздействия
• Использование эффективных средств герметизации – вакуум, среда защитных газов, совместимость с режимами специальной атмосферы при химико-термическом воздействии (при азотировании, цементации и т.п.)
Печи сопротивления могут иметь разное технологическое назначение. Существуют печи для изготовления отливок из разных металлов и сплавов, печи для термической обработки цветных и черных металлов, керамики, металлокерамики, стекла и других материалов, печи, предназначенные для сушки литейных форм, лакокрасочных покрытий, эмалей и т.п. Электрические печи сопротивления широко используются во многих отраслях промышленности, благодаря ряду достоинств: возможности равномерного нагрева изделия путем циркуляции печной атмосферы или правильного размещения нагревателей по стенкам камеры, достижения в камере печи любых температур вплоть до 3000 градусов, легкости управления температурным режимом и мощностью печи.
Принцип работы печей сопротивления основан на выделении тепла в проводнике с активным сопротивлением, при прохождении по нему тока. В качестве элемента сопротивления может использоваться как сама нагреваемая деталь, так и специальный проводник. Таким образом, печи сопротивления можно разделить на печи прямого и косвенного нагрева. Для нагрева металла используются печи косвенного нагрева, т.к. сопротивление металлов недостаточно для выделения в нем достаточной мощности.
Электрическая печь сопротивления, представляет собой механизм, в котором тепло выделятся при плавном протекании тока по внутренним проводникам. Что касается принципа распространения тепла, то в данном устройстве он делится на две категории:
• Прямого действия – тепло нагревается лишь в нагреваемом изделии, не затрагивая других элементов системы.
• Косвенного действия – тепло нагревается в различных нагревательных элементах, где является действительно очень эффективным.
Целью данной работы является изучение расчета работы электрических печей сопротивления (ЭПС).

Заключение:

Электрическая печь сопротивления (ЭПС) — это электротермическая установка, в которой тепло выделяется за счет протекания тока по проводник
Основным принципам действия такого типа печей является то, что ток, проходящий по проводнику, установленному в печи, образует в нем тепло. основным преимуществом такого типа печей является то, что посредством подбора сил тока и непосредственного сопротивления можно подобрать такую мощность, которая будет способна расплавить металлические материалы и сплавы.
Самыми распространенными типами электропечей сопротивления являются такие, как печи, в которых элементом сопротивления может быть непосредственно само тело, подвергающееся воздействию тепла. А так же специальные проводники. Однако то оборудование, в котором элементом сопротивления служит тело, не разогреваются до такой мощности, которая позволила бы расплавить металл. При этом если элементами сопротивления выступают проводники, то такие печи способны к разогреву температур, при которых металл начинает плавиться. Первый тип электропечей сопротивления имеет название печь прямого нагрева, второй тип, описанный выше, называется печами косвенного нагрева.
Электрические печи сопротивления получили широкое распространение в различных областях промышленности благодаря своим практически полезным качествам. На данный момент это один из самых популярных вариантов печей, которые используются повсеместно от гончарных мастерских до крупных металлургических заводов.

Фрагмент текста работы:

1. Электрооборудование и регулирование параметров печей сопротивления
Электрическая печь прямого действия предусматривает нагрев размещенного в ней металлического изделия путем пропускания тока непосредственно через него. Это позволяет обеспечить стремительный нагрев детали до необходимых температур за считанные секунды. Однако громоздкость и другие конструктивные сложности, а также трудность с оперативной регулировкой режимов ограничивают применение таких установок .
Большая часть ЭПС выполняется по косвенной схеме, с использованием нагревательных элементов из жаропрочных материалов. Проволочный либо ленточный нагреватель из таких прецизионных сплавов, как нихром или фехраль, характеризуется долгим сроком службы, надежностью, точным соблюдением задаваемых температурных параметров и рядом других достоинств. Промышленностью изготовляется весьма широкий ассортимент печей косвенного воздействия, с обеспечением теплопередачи за счет конвекции, излучения, теплопроводности либо комбинации этих факторов.
Выделяют нагревательные печи сопротивления периодического и непрерывного действия. В печах периодического действия положение нагреваемого тела остается неизменным в течение всего времени обработки в печи. В методических печах (непрерывного действия) возможно создание нескольких температурных зон. Обрабатываемые детали непрерывно перемещаются в соответствии с графиком обработки. Широкий выбор стандартных печей представлен на сайте. Так же возможен подбор оборудования по индивидуальным размерам заказчика.
Общая классификация электрических печей сопротивления строится исходя из следующих признаков:
1) По режиму работы – имеются установки непрерывного и периодического действия.
2) По способу применения – лабораторные, для единичных исследований, и промышленные, для объемной и постоянной термообработки.
3) По атмосфере в рабочей камере – с контролируемой атмосферой, в том числе вакуумные, либо функционирующие в воздушной среде (окислительные).
4) По виду обрабатываемых изделий – установки для термической металлообработки, печи для воздействия на стекло, керамику, фарфор и др.
5) По типу конструкции – шахтные, камерные, колпаковые, плавильные и конвейерные ЭПС. Имеются установки с выдвижным и пульсирующим подом, карусельные, барабанные, толкательные и другие конструкции.
6) По рабочей температуре – наиболее наглядной характеристике электропечей сопротивления:
• Низкотемпературные (нагрев до 400 °C) и среднетемпературные (нагрев до 1000 °C), в качестве нагревательных элементов используются нихром марок Х15Н60, Х20Н80 и др.
• Высокотемпературные (нагрев до 1600 °C) установки на основе фехраля марок Х27Ю5Т, Х23Ю5Т и др.
• Особо высоких температур (нагрев до 1800 °C), в них нагревательные элементы изготовлены из керамических материалов – хромита лантана, дисилицида молибдена, карбида кремния
• Сверхвысоких температур (нагрев до 2500 °C) – работают в вакуумной среде с использованием тугоплавких металлов тантала, вольфрама, молибдена либо композитных углеродосодержащих сплавов в качестве нагревателей.
Мощность современных электропечей сопротивления колеблется от долей киловатта до нескольких мегаватт. Печи мощностью более 20 кВт обычно выполняют трехфазными и подключают к сетям напряжением 120, 380, 660 В непосредственно или через печные трансформаторы. Коэффициент мощности печей сопротивления близок к 1, распределение нагрузки по фазам в трехфазных печах равномерное.
Применяемое в ЭПС электрическое оборудование подразделяется на силовое, аппаратуру управления, измерительную и пирометрическую . К силовому оборудованию относятся трансформаторы, понижающие и регулировочные автотрансформаторы, блоки питания, приводящие в действие механизмы электроприводов, силовая коммутационная и защитная аппаратура, рубильники, контакторы, магнитные пускатели, автоматические выключатели и плавкие предохранители.
Большинство печей выполняют на напряжение питающей сети: они не нуждаются в трансформаторах и автотрансформаторах. Применение понижающих печных трансформаторов позволяет увеличить рабочие токи и применять для изготовления нагревателей проводники большего сечения, что повышает их прочность и надежность,
Все промышленные печи сопротивления работают в режиме автоматического регулирования температуры, что позволяет приводить в действие мощность печи с требуемым температурным режимом, а это, в свою очередь, ведет к. снижению удельного расхода электроэнергии по сравнению с ручным регулированием. Регулирование рабочей температуры в электрических печах сопротивления производится изменением поступающей в печь мощности.

Рисунок 1. Функциональная схема включения печи, изменение температуры и мощности при двухпозиционном регулировании: ЭП — электропечь; В — выключатель; РТ — регулятор температуры; КВ — катушка выключателя, где 1 — температура печи; 2 — температура нагреваемого тела; 3 — средняя потребляемая печью мощность
При двухпозиционном позиционном регулировании (рис. 1) показаны функциональная схема включения печи, изменение температуры и мощности), температура в рабочем пространстве ЭПС контролируется термопарами, термометрами сопротивления, фотоэлементами. Включение печи производится регулятором температуры посредством подачи команды на катушку выключателя КВ. Температура в печи растет до значения, в этот момент терморегулятор отключает печь.
Регулирование подводимой к печи мощности может быть произведено несколькими способами: периодическое отключение и подключение печи к питающей сети (двухпозиционное регулирование); переключение печи со звезды на треугольник, либо с последовательного соединения на параллельное (трехпозиционное регулирование).
Любой нагреватель в электропечах сопротивления должен быть жаростойким, жаропрочным, обладать высоким удельным сопротивлением, постоянством электрических свойств и достаточной обрабатываемостью. Немалое значение имеет бюджетная доступность прецизионных материалов для нагревателей. Такому комплексу требований отвечают сплавы на основе железа, хрома, никеля и алюминия, в первую очередь хромоникелевые и железохромоникелевые соединения.
Хромоникелевые прецизионные сплавы, к примеру, Х20Н80 обладают высокой механической стойкостью, хорошо свариваются, отличаются незначительной намагничиваемостью и долговечны в использовании. Кроме того, на их поверхности образуется тугоплавкая пленка из окисла хрома, которая не растрескивается при многократных циклах нагрев/охлаждение. Ограничение использование хромоникелевых сплавов связано с экономическими причинами – они достаточно дорогостоящие, и температурным диапазоном – рекомендуемый нагрев не более чем до 1000°C . В ряде случаев целесообразно применение фехралей, более дешевых, чем нихром. Подобные железохромоалюминиевые сплавы способны к длительной работе в печах при температурах:
• Х15Ю5 – до 800°С
• Х23Ю5 – до 1200°С
• Х27Ю5Т – до 1300°С
• Х23Ю5Т – до 1400°С
При этом необходимо учитывать, что в сравнении с нихромами фехралевые сплавы имеют ряд эксплуатационных недостатков. Они более хрупкие и менее стойкие к коррозии и магнитному воздействию. При работе термическое удлинение нагревателей из фехраля достигает заметных величин, что должно быть учтено при проектировании камер ЭПС. Футеровку печей с фехралевыми нагревателями следует выполнять из кирпича или обмазки с высоким содержанием глинозема, обычная шамотная футеровка здесь неприменима. Перспективными разработками в области нагревательных элементов для ЭПС являются сплавы вида Х27Н70ЮЗ или Х15Н60ЮЗ – они жаростойки, инертны к окислам железа, сочетают механическую прочность и пластичность.
Нагревательные элементы в большинстве моделей электрических печей сопротивления выполняются из проволоки либо имеют ленточную конструкцию. В промышленных ЭПС в основном используется нихромовая (фехралевая) проволока диаметром 3-7 миллиметров, но также встречаются печи, в которых нагреватели сделаны из проволоки большего диаметра . При формировании спиральных нагревателей из прецизионных проволок они должны быть достаточно жесткими, иметь плотность намотки и соотношение диаметр/шаг с оптимальной теплопередачей. Дело в том, что высокая плотность намотки и большой диаметр способствуют росту мощности только до определенного предела. С дальнейшим ростом густоты укладки возрастает экранирующее влияние одних витков на другие – то есть снижается эффективность использования.
Из современных конструкций проволочных нагревателей значительное распространение получили модели на керамических трубках. Их излучаемая мощность значительно превышает аналоги в полочках и пазах, они универсальны как по внутрикамерному расположению, так и использованию различных марок жаропрочных сплавов.
Ленточные нагреватели для ЭПС производятся в виде зигзагов, их размер зависит от необходимой мощности печи. Крепление лент выполняется на керамических стойках или жаропрочных сплавах . Для обеспечения достаточной прочности излучающих лент и минимального экранирования соседних полос наиболее распространено соотношение толщины ленты к ее ширине в пределах 1:10.