Нагрев в жидких средах.

Электрические котлы применяются в различных отраслях народного хозяйства для подогрева воды (электроводонагреватели) и получения насыщенного технологического пара низкого давления (электропарогенераторы). Жидкость – вода, расплавы солей, щелочей, оксидов могут быть нагреты прямым пропусканием тока через их объем. Установки такого типа служат для кипячения воды, варки стекла, термообработки металлов. Электроводонагреватель прямого действия представляет собой цилиндрический стальной сосуд, на верхней крышке которого расположены стержневые электроды и охватывающие их трубчатые антиэлектроды. Между ними находятся стеклотекстолитовые цилиндры. Мощность, развиваемую котлом, регулируют изменением положения изоляционных цилиндров относительно системы электродов и антиэлектродов. Номинальный режим работы котла рассчитан на нагрев воды с удельным электрическим сопротивлением 3000  . Для получения такого сопротивления в воду добавляется раствор соли, либо дистиллированной воды. Возможна работа котла и на воде с иным удельным сопротивлением, однако во избежание чрезмерного увеличения поверхностной плотности тока на электродах и образования гремучего газа удельное сопротивление должно составлять 1000–5000  . Температура выходящей воды автоматически поддерживается в нужных пределах датчиком.   Электрический парогенератор представляет собой комплект оборудования и аппаратов, в который входит сам парогенератор, питательный бак, насос, соединительные трубопроводы, приборы контроля и управления. Парогенератор имеет электроды цилиндрической формы и нулевой электрод. Мощность регулируется за счет изменения уровня воды между электродами и нулевым электродом. Работа парогенераторов осуществляется в автоматическом режиме. Электродные котлы могут иметь трехфазную и однофазную системы электродов, работающие на низком и высоком напряжении. Котлы низкого напряжения (30 В) мощностью 25-400 кВт с КПД 95-98% имеют малые габаритные размеры, низкую тепловую инерционность. Высоковольтные котлы, рассчитанные на напряжение 3–35 кВ, применяют в бытовых и производственных целях для систем централизованного отопления и горячего водоснабжения.  Стекловаренные печи выполняют в виде ванны, выложенной изнутри огнеупорным материалом. Ванна имеет три зоны – варочное отделение, где происходит расплавление шихты и получение жидкой стекломассы, перетекающей по придонному каналу во второе – выработочное отделение, в котором уточняется рецепт стекла, перетекающего на выдачу с заданной температурой. Во всех отделениях в стекломассе находятся электроды из стали, молибдена, графита, обеспечивающие протекание тока через стекломассу и нагрев ее. Стекловаренные печи имеют мощности от нескольких сотен до нескольких тысяч киловатт и питаются от понижающих трансформаторов со вторичным напряжением 50–200 В. Печи работают круглосуточно, обладают большой тепловой инерцией и являются спокойной электрической нагрузкой. Жидкостные ЭПС для нагрева металла. Для быстрого и рав-номерного нагрева металлических изделий и заготовок применяются электродные ванны, представляющие собой металлический или керамический тигель, наполненный солью или стекломассой, в который опущены металлические или металлокерамические электроды. В холодном состоянии соль почти не электропроводна, но если ее нагреть и расплавить, то между электродами начинает протекать электрический ток и в расплаве, как в активном сопротивлении, выделяется тепловая энергия. Теплофизические свойства расплавленных солей, щелочей, оксидов определяют интенсивный теплооомен между средой и погруженными в нее металлическими предметами, а также высокую однородность температурного поля ванны. Находясь в расплаве, изделия защищены от окисления, эта защита сохраняется и после выемки изделий из расплава, так как тонкая пленка его, остающаяся на изделиях, прочно закрывает их поверхность. ЭПС с жидким нагревателем применяют для нагрева до 1100–1600 К изделий из легированных сталей перед закалкой, ковкой или штамповкой, а также для отжига деталей из стали и чугуна. Электродные ванны подключаются к сети переменного тока через понижающие трансформаторы с вторичным напряжением на электродах 10-35 В. Схема электродной ванны показана на рис. 2.11. Для снижения температуры плавления и обеспечения необходимого уровня электропроводности в качестве рабочей среды применяют соли (хлористые, фтористые или азотнокислые), а также щелочи либо в чистом виде, либо в различных смесях. Для запуска ванны или расплавления застывшего электролита применяют пусковые нагреватели, представляющие собой блок открытых нагревательных элементов, установленных на каркасе и погружаемых в ванну. К достоинствам соляных ванн следует отнести: - высокую скорость нагрева и большую производительность по сравнению с другими нагревательными установками при равных габаритных размерах; - легкость осуществления различных способов термической и термохимической обработки; - защита изделий от окисления в процессе их нагрева. 

Недостатки: - повышенный удельный расход электроэнергии вследствие уве-личенных тепловых потерь с зеркала ванны и необходимости непре-рывной работы установки; - высокий расход расплавообразующего материала; - тяжелые условия труда обслуживающего персонала.

	1 – уровень расплава соли;  2 – электроды;  3 – футеровка
Рис. 2.11. Схемы однофазных электродных ванн с близко расположенными электродами: а, б – однофазные; в – трехфазные

Печи для безокислительного нагрева.

Безокислительный и малоокислительный нагрев металла выполняется за счет использования вакуума, контролируемых атмосфер в печи с неполным сжиганием газа, нагрева в жидких ваннах и в печах с кипящим слоем. Безокислительный нагрев обеспечивает экономию металла за счет уменьшения угара и толщины дефектного слоя, уменьшает объем последующей механической обработки поковок.

Нагрев в вакууме применяется в ограниченных размерах вследствие сложности.

Нагрев в контролируемых атмосферах (гелий, аргон, азот, водород) или в атмосферах, получаемых при переработке природного газа, применяется в основном в термических цехах.

В кузнечном производстве используются печи, работающие с неполным сжиганием газа.

На рис. 20 показана кузнечная печь для безокислительного нагрева стали. Она имеет две камеры 2 и 4, разделенные тонким теплопроводящим сводом из карторзида.

Рис. 20. Кузнечная печь для безокислительного нагрева металла

В камере 2 происходит неполное сжигание газа посредством горелок 1. Коэффициент расхода воздуха (отношение количества затраченного воздуха к теоретически необходимому) составляет 0,5. В этой камере создается восстановительная (неокисляющая) атмосфера. Для получения необходимой температуры используется нагретый воздух.

Продукты неполного сгорания топлива попадают в камеру 4, где дожигаются с использованием вторичного горячего воздуха, поступающего по трубопроводу 3.

В камере 4 развивается высокая температура. Выделяющееся тепло передается излучением через свод 5 нагреваемому металлу. Продукты окончательного сгорания поступают по каналу 6 в рекуператор, служащий для подогрева первичного и вторичного воздуха.