Электротермические установки для поверхностной обработки материалов

ВВЕДЕНИЕ
Целью исследования является рассмотрение электротермических установок для поверхностной обработки материалов. Представленная тема реферата является достаточно актуальной, поскольку электротермические установки часто встречается в жизни современного человека.Для выполнения поставленной цели были сформулированы следующие задачи: Рассмотреть понятие электротермической установки;Изучить принцип и устройство;Разобрать с классификацией электротермических установок.
ГЛАВА 1. ПОНЯТИЕ ЭЛЕКТРОТЕРМИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ 
Электротермические установки – это установки, в которых электрическая энергия служит для нагрева материалов и изделий. В электротермических установках преобразование электрической энергии в тепловую производится следующими способами: нагрев сопротивлением; индукционный нагрев; диэлектрический нагрев; дуговой нагрев; электронно- и ионно-лучевой нагрев; плазменный нагрев; лазерный нагрев.Электронагрев широко применяется на промышленных предприятиях при производстве фасонного литья из металлов и сплавов, нагрева заготовок перед обработкой давлением, термич0еской обработки деталей и узлов электрических машин, сушки изоляционных материалов и т. д. Электротермические установки применяются в промышленности для термообработки металлов под пластическую деформацию, закалку, плавления, нагрева диэлектриков; в сельском хозяйстве для обогрева помещений различного технологического назначения; в быту (бытовые нагревательные приборы). Электротермической установкой называют комплекс, состоящий из электротермического оборудования (электрической печи или электротермического устройства в которых электрическая энергия преобразуется в тепловую), и электрического, механического и другого оборудования, обеспечивающего осуществление рабочего процесса в установке.Электротермические установки применяются в промышленности для термообработки металлов под пластическую деформацию, закалку, плавления, нагрева диэлектриков; в сельском хозяйстве для обогрева помещений различного технологического назначения; в быту (бытовые нагревательные приборы).индукционная тигельная печь широко применяется для плавки как цветных, так и черных металлов. емкость печи может варьироваться от десятков граммов до десятков тонн. [1]
ГЛАВА 2. ПРИНЦИП И УСТРОЙСТВО
Одной из наиболее распространенных групп электротехнологических установок общепромышленного назначения является группа электротермических установок.Электронагрев (электротермия) объединяет разнообразные технологические процессы тепловой обработки с использованием электроэнергии в качестве основного энергоносителя.Применение электрической энергии для нагрева имеет ряд достоинств:существенное снижение загрязнения окружающей среды;получение строго заданных значений температур, в том числе и превосходящих уровни, достигаемые при сжигании любых видов топлива;создание сосредоточенных интенсивных тепловых потоков;достижение заданных полей температур в нагреваемом пространстве;строгий контроль и точное регулирование длительности выделения энергии;гибкость в управлении потоками энергии;возможность нагрева материалов изделий в газовых средах любого химического состава и вакууме;выделение тепловой энергии непосредственно в нагреваемом веществе.Использование электронагрева вместо пламенного в некоторых технологических процессах позволяет получить большую экономию топлива и сократить количество обслуживающего персонала. Внедрение электротермии также обеспечивает экономию материальных и трудовых ресурсов, что в конечном результате приводит к повышению экономической эффективности.Электротермические процессы связаны с преобразованием электрической энергии в тепловую с переносом тепловой энергии внутри тела (твердого, жидкого, газообразного) или из одного объема в другой по законам теплопередачи.Теплопередачей (теплообменом) называется переход тепла из одной части пространства к другой, от одного тела к другому или внутри тела от одной его части к другой. Непременным условием теплообмена является наличие разности температур отдельных тел или участков тел.Различают стационарный и нестационарный теплообмен.Существуют три вида теплообмена, три различных способа передачи тепла.Теплопроводность обусловлена тепловым движением и энергетическим взаимодействием микрочастиц (молекул, атомов, электронов), частицы с большей энергией (более нагретые и, следовательно, более подвижные) отдают часть своей энергии менее нагретым (менее подвижным). Скорость теплопередачи в этом случае зависит от физических свойств вещества, в частности от его плотности. У плотных тел (металл) скорость теплопередачи больше, у пористых (пенопласт) – меньше.Тепловой поток через плоскую стенку при установившемся режиме (определяется по закону Фурье) пропорционален разнице температур поверхности стенки и обратно пропорционален термическому сопротивлению стенки.При передаче теплоты излучением энергия передается в форме электромагнитных волн. Этот вид теплопередачи может иметь место лишь в прозрачной для этих лучей среде.Каждое непрозрачное нагретое тело, находящееся в прозрачной среде, излучает во все стороны лучистую энергию, распространяющуюся со скоростью света. При встрече с другими полностью или частично непрозрачными телами эта лучистая энергия вновь превращается (полностью или частично) в тепло, нагревая эти тела. Следовательно, лучистый теплообмен сопровождается двойным превращением энергии – тепловой энергии в лучистую и затем вновь лучистой в тепловую.Если температуры тел, между которыми осуществляется лучистый теплообмен, различны, то в результате теплообмена между ними тепло будет передаваться от более нагретого тела к менее нагретому, одно из них будет нагреваться, а другое – снижать свою температуру.При излучении нагретого тела в неограниченное пространство (при односторонней теплопередаче) лучистый тепловой поток пропорционален постоянному коэффициенту излучения абсолютно черного тела, степени черноты тела, численно равной его поглощающей способности, и абсолютной температуре нагретого тела.[2]
ГЛАВА 3. КЛАССИФИКАЦИЯ ЭЛЕКТРОТЕРМИЧЕСКИХ УСТАНОВОК
Электротермическое оборудование весьма разнообразно по принципу действия, конструкции и назначению. Все электрические печи и электротермические устройства можно разделить по назначению на плавильные печи для выплавки или перегрева расплавленных металлов и сплавов и термические (нагревательные) печи, устройства для термообработки, изделий из металла, нагрева материалов под пластическую деформацию, сушки изделий и т. д.1. По способу преобразования электрической энергии в тепловую различают, в частности, печи и устройства сопротивления, дуговые печи, индукционные печи.2. По месту нагреванияПрямой нагрев (тепло выделяется непосредственно в изделиях)Косвенный нагрев (тепло выделяется в нагревателе или в межэлектродном промежутке электрической дуги.3. По конструктивным признакам.4. По назначению.В электропечах и электротермических устройствах сопротивления используется выделение тепла электрическим током при прохождении его через твердые и жидкие тела. Электропечи этого вида преимущественно выполняются как печи косвенного нагрева.Превращение электроэнергии в тепло в них происходит в твердых нагревательных элементах, от которых тепло путем излучения, конвекции и теплопроводности передается нагреваемому телу, либо в жидком теплоносителе — расплав ленной соли, в которую погружается нагреваемое тело, и тепло передается ему путем конвекции и теплопроводности. Печи сопротивления — самый распространенный и многообразный вид электропечей.Плавильные печи сопротивления применяют преимущественно при производстве литья из легкоплавких металлов и сплавов.Работа плавильных дуговых электропечей основана на выделении тепла в дуговом разряде. В электрической дуге концентрируется большая мощность и развивается температура свыше 3500°С.В дуговых печах косвенного нагрева дуга горит между электродами, а тепло передается расплавляемому телу в основном излучением. Печи такого рода используют при производстве фасонного литья из цветных металлов, их сплавов и чугуна.В дуговых печах прямого нагрева одним из электродов служит само расплавляемое тело. Эти печи предназначены для выплавки стали, тугоплавких металлов и сплавов. В дуговых печах прямого нагрева, в частности, выплавляют большую часть стали для фасонного литья.В индукционных печах и устройствах тепло в электропроводном нагреваемом теле выделяется токами, индуктированными в нем переменным электромагнитным полем, а значит осуществляется прямой нагрев.Индукционную печь или устройство можно рассматривать как своего рода трансформатор, в котором первичная обмотка (индуктор) подключена к источнику переменного тока, а вторичной обмоткой служит само нагреваемое тело. Индукционные плавильные печи применяют при производстве литья, в том числе фасонного, из стали, чугуна, цветных металлов и сплавов.[3]Один из вариантов электротермических установок – индукционная тигельная печь. Индукционная тигельная печь широко применяется для плавки как цветных, так и черных металлов. Емкость печи может варьироваться от десятков граммов до десятков тонн.Использование электронагрева вместо пламенного в некоторых технологических процессах позволяет получить большую экономию топлива и сократить количество обслуживающего персонала. Внедрение электротермии также обеспечивает экономию материальных и трудовых ресурсов, что в конечном результате приводит к повышению экономической эффективности.При эксплуатации электротермических установок следует руководствоваться технологическими инструкциями и режимными картами, а также Правилами технической эксплуатации электроустановок.При эксплуатации электротермических установок должны предъявляется требования других разделов настоящих Правил и соблюдаться касательно эксплуатации отдельных элементов, поддерживающие работу установок, трансформаторов, электродвигателей, преобразователей, распределительных устройств, конденсаторных установок, устройств релейной защиты и средств автоматики, измерительных приборов и др.Сопротивление изоляции вторичных токопроводов и рабочих токоведущих элементов электропечей и электротермических устройств (электронагревателей сопротивления, индукторов и др.) должно измеряться при каждом включении электротермической установки после ремонта и в других случаях, предусмотренных местными инструкциями.Дуговые электропечи. На дуговой печи опытным путем должны быть сняты рабочие характеристики для всех ступеней вторичного напряжения и ступеней реактивного сопротивления дросселя. При наличии в цехе нескольких электропечей с одинаковыми параметрами характеристики определяются на одной из них.В период загрузки электропечей необходимо следить, чтобы раскаленные концы электродов находились под сводом электропечи.На установках дуговых сталеплавильных печей настройка токовой защиты от перегрузки должна согласовываться с действием автоматического регулятора электрического режима. В процессе эксплуатации короткие замыкания должны ликвидироваться автоматическим регулятором, и только в случаях, когда перемещением электродов не удается быстро устранить короткое замыкание должна работать защита от перегрузки.Настройка автоматического регулятора электрического режима должна обеспечивать оптимальный режим работы дуговой электропечи. Параметры настройки регуляторов должны периодически контролироваться.Объемы и сроки проверок автоматических регуляторов определяются местными инструкциями, составленными с учетом инструкции по эксплуатации завода-изготовителя и местных условий. Полные проверки автоматических регуляторов должны проводиться не реже одного раза в год.Контактные соединения короткой сети токопровода и электродержателей должны подвергаться периодическому осмотру не реже одного раза в шесть месяцев.В целях сокращения потерь электроэнергии в контактах электродов необходимо обеспечивать высокое качество их торцов и ниппельных соединений и плотное свертывание электродов.Контроль качества масла в трансформаторе и масляных выключателях, испытание масла на электрическую прочность, проверка контактов в переключателях, трансформаторах и масляных выключателях производится в сроки, установленные ответственным за электрохозяйство Потребителя, но не реже, чем это предусмотрено настоящими Правилами электроустановок.Все работы по подготовке к плавке на установках электрошлакового переплава производятся только при отключенном трансформаторе. В случаях, если один трансформатор питает попеременно две электрошлаковые установки, должна быть разработана специальная инструкция по безопасной подготовке второй установки, когда включена первая.Дуговые электропечи должны быть оснащены устройствами, не позволяющими ухудшать качество электроэнергии на границе, определенной договором энергоснабжения.Работа дуговых электропечей без фильтрокомпенсирущих устройств не допускается.Работы по перепуску, наращиванию и замене электродов на дуговой сталеплавильной печи, а также по уплотнению электродных отверстий должны проводиться на отключенной электропечи.Перепуск и наращивание набивных самоспекающихся электродов руднотермических печей, приварку тормозной ленты и загрузку электродной массой можно производить без снятия напряжения в электроустановках до 1000 В. Эти работы должны выполняться с изолированных рабочих (перепускных) площадок, имеющих междуфазные разделительные изоляционные перегородки.Плазменно-дуговые и электронно-лучевые установки. Плазменнодуговые и электронно-лучевые установки должен обслуживать персонал, специально подготовленный для работы на данных установках.На основании инструкции по эксплуатации завода-изготовителя должна быть составлена и утверждена единая местная инструкция для электротехнического и электротехнологического персонала по обслуживанию плазменно-дуговых и электронно-лучевых установок, учитывающая специфику местных условий.Плазменно-дуговые и электронно-лучевые установки должны быть оборудованы следующими блокировками:электрической, отключающей масляные выключатели при открывании дверок, ограждений блоков и помещения электрооборудования (замки электрической блокировки);механической блокировкой приводов разъединителей, допускающей открывание дверок камер масляного выключателя, а также разъединителей выпрямителя и блока накала только при отключенном положении разъединителей. [4]Открывать двери блока сигнализации, крышку пульта управления и защитные кожухи электрооборудования при включенной установке не допускается.Ремонтные работы в зоне плазменно-дугового и электронно-лучевого нагревателя установки проводятся только после ее отключения и наложения заземления.Уровень рентгеновского излучения плазменно-дуговых и электроннолучевых установок должен быть не выше значений, допускаемых действующими санитарными нормами. В процессе эксплуатации установок должен периодически проводиться дозиметрический контроль.Электропечи сопротивления. Температура наружной поверхности кожуха электропечи должна быть не выше значений, установленных инструкцией по эксплуатации завода-изготовителя.Индукционные плавильные и нагревательные приборы. Приемка индукционных установок в эксплуатацию производится при выполнении требований Правил технической эксплуатации электроустановок и правил устройства электроустановок, санитарных норм по уровню электромагнитного поля на рабочих местах, проведении испытаний в соответствии с технической документацией завода-изготовителя.Принцип действия индукционных печей основан на токах, возникающих в расплаве с помощью специальных устройств — индукторов. При этом наведенные токи позволяют достигать температуры плавления в металлах, достигается высокая равномерность расплавов за счет перемешивания. Все элементы расплавов подвергаются вихревому воздействию токов, таким образом происходит движение слоев и достигается максимально возможное смешивание различных присадок и металлов.Преимуществами установок являются следующие: выделяющееся непосредственно в металле тепло, высокая равномерность металла по химическому составу и температуре, отсутствие источников загрязнения металла, удобство управления и регулирования процесса плавки, гигиеничность условий труда. Кроме этого, для индукционных установок характерны: более высокая производительность вследствие высоких удельных (на единицу емкости) мощностей нагрева; возможность плавить твердую шихту, не оставляя металл от предыдущей плавки, снижает тепловую инерцию печи и делает плавильные печи этого типа исключительно удобными для периодической работы с перерывами между плавками, в частности для цехов машиностроительных заводов; компактность печи, что позволяет достаточно просто изолировать рабочее пространство от окружающей среды и осуществлять плавку в вакууме или в газовой среде заданного состава. Поэтому в металлургии широко применяют вакуумные индукционные печи. [5]
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В ходе написания реферата были изучены все поставленные в начале работы задачи:Рассмотрено понятие электротермической установки;Изучен принцип и устройство;Разобрана классификация электротермических установок.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. Свенчанский А.Д., Смелянский М. Я. Ч. 2. Дуговые печи. Учебное пособие для вузов, - М.: Энергия, 1970, - 264 с.2. Электрические промышленные печи. Дуговые печи и установки специального нагрева. Учебник для вузов. Свенчанский А. Д., Жердов И. Т., Кручинин А.М. и др. Под ред. Свенчанского А. Д.. Изд. 2-е, перераб. и доп. - М.: Энергоиздат, 1981. - 296 с., ил.3. Короткие сети и электрические параметры дуговых электропечей. Справ. изд. Данцис Я.Б., Кацевич Л.С., Жилов Г.М. и др. М. : Металлургия, 1987. - 320 с.4. Электрические печи сопротивления и дуговые печи. Под редакцией М.Б. Гутмана, М. 1983г. - 360с.5. А.В. Егоров. Расчёт мощности и параметров электрических печей черной металлургии. М. 1990 - 281с.