Учебное пособие по дисциплине «Энергосбережение в промышленных печах» для бакалавров направления 5310100 «Энергетика

1-6. РОЛЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО НАГРЕВА.
Большая часть материалов и продуктов проходит тепловую обработку в пламенных печах. Так, подавляющее количество стали получается в мартеновских печах и в конверторах с кислородным и парокислородным дутьем. Сталь, выплавляемая в указанных агрегатах, широко ис­пользуется в народном хозяйстве, в том числе в машиностроении. Но некоторое количество вырабатываемой стали, а именно высококачественная высоколегированная сталь, получается в электрических печах, главным образом в дуговых. Эта область металлургии называется электрометаллургией. Она непрерывно развивается, так как народному хозяйству требуются высококачественные стали. История металлургии— это борьба за качество и чистоту металлов и их сплавов. Современное электронное машиностроение развивается с использованием особо чистых металлов и сплавав. Даже незначительное количество растворенных в металле газообразных примесей может при нагреве деталей испортить вакуум в электровакуумных приборах. Современной технике необходи­мы металлы и сплавы, выдерживающие большие нагрузки при высоких температурах (лопатки газовых турбин, детали ракетных двигателей и т. д.). Для этой цели применяются ниобий, молибден, тантал, вольфрам и их сплавы. Но даже ничтожно малые примеси газов (азота, кислоро­да, водорода), а также твердые примеси (углерода и др.) резко снижа­ют механические свойства этих металлов, увеличивают их хрупкость и ухудшают качество сварки. Получение перечисленных металлов про­изводится в электрических печах, позволяющих развить высокие темпе­ратуры (3500—5000 °С и выше).
Высококачественные чистые металлы и сплавы получают в установ­ках электрического нагрева с вакуумом или с защитной атмосферой. При электрическом нагреве возможно вести процессы в широком диа­пазоне давлений, вплоть до 10^-5—10^-7 мм рт. ст., а также широко ис­пользовать защитные атмосферы.
Наиболее часто для получения металлов и сплавов повышенного ка­чества используется плавка в вакууме. За счет быстрого развития ва­куумной техники стало возможным в условиях глубокого разрежения получить слитки весом до 30 т.
Выплавка, горячая деформация и термообработка в вакууме или в защитной атмосфере резко улучшают физико-механические свойства многих материалов. Так, например, установлено, что трансформатор­ная сталь, выплавленная в вакууме, дает потери мощности 0,43— 0,5 вт/кг, в то время как для такой же стали, выплавленной в атмос­фере, равны 0,7— 0,85 вт/кг. Применение в подшипниках стали, полученной при вакуумном плавлении, увеличивает срок их службы в 4—5 раз.
Электрический нагрев позволяет регулировать температуру в ра­бочей камере с точностью до ±1—6 °С. Точность соблюдения темпера­турных режимов имеет решающее значение в процессе получения полу­проводников, позволяет повысить их надежность и долговечность, зна­чительно снизить потери от брака. Высокая точность поддержания тем­пературных режимов необходима для получения качественных моно­кристаллов, особо ответственных изделий из оптического стекла и в ря­де других случаев.


Способы электрического нагрева. Техника достижения высоких температур в электротермических установках.
Наиболее важное значение в промышленности в настоящее время име­ют следующие виды электрического нагрева: косвенный в печах сопро­тивления, прямой или контактный, дуговой, индукционный, электронно­лучевой, плазменный.
Косвенный нагрев в печах сопротивления. При косвенном нагреве превращение электрической энергии в тепло осущест­вляется с помощью специальных нагревательных элементов, имеющих высокие внутренние сопротивления и жаростойкость. От нагретого до высокой температуры нагревательного элемента тепло передается нагреваемому изделию излучением, конвекцией и теплопроводностью. Огнеупорная кладка печи, также разогретая нагревателями до высоких температур, отдает лучеиспусканием часть тепла на нагрев изделия (рис. 1-17,б).