22 Печи сопротивления

В электрических печах сопротивления теплогенерация производит­ся в нагревательном элементе, при прохождении по нему электрического тока.Существует несколько спо­собов электронагрева сопротивлением: непосредственный, кос­венный, коаксиальный, нагрев сопротивлением соляной ванны и электрошлаковый.По назначению печи электросопротивления могут быть плавиль­ными, нагревательными и сушильными. По форме рабочего пространства они могут быть тигельными, ванными и камерного типа, как горизонталь­ного, так и вертикального исполнения.

В зависимости от режима теплообмена печи электросопротивления камерного типа подразделяются на две группы:

- с конвективным режимом теплообмена или конвективные печи;

- с радиационным режимом теплообмена или радиационные печи.

По принципу действия печи сопротивления камерного типа могут быть, как периодического (садочного) действия, так и непрерывного дей­ствия.

Непосредственный нагрев по своей технологической схеме предельно. Сопротивление нагреваемого про­водника можно рассчитать по формуле;

где ρ — удельное электрическое сопротивление Ом * м; l —длина проводника, м; S — площадь проводника, мм².

Недостатком этого способа является то, что метал­лы имеют очень низкое удельное электрическое сопротивление, поэтому приходится использовать низкое напряжение, что свя­зано с большими потерями в токопроводящен среде.

При косвенном нагреве элементом сопротивления является не сам металл, а специальный элемент, выполненный из мате­риала, обладающего большим удельным электросопротивлением.

При этом способе нагрева используется экономически выгод­ное напряжение, но не вся теплота передается -нагреваемому материалу:

где η_T —тепловой КПД; m_M, c_M — масса и теплоемкость нагреваемого металла; Δt_M – изменение его температуры.

Преимуществом этого способа является независимость элект­рических характеристик от свойств нагреваемого материала, поэтому он широко используется в нагревательных термиче­ских и сушильных печах литейного производства.

Коаксиальный способ состоит в том, что электрический ток пропускают по двум близко и соосно расположенным и после­довательно соединенным проводникам. При таком расположении и соединении проводников магнитное поле не рассеивается, а концентрируется. Оно как бы заперто в зазоре между проводниками. В результате возникающих эффектов ак­тивное сопротивление проводников увеличивается в 10—20 раз, что позволяет использовать для нагре­вателей обычные материалы (например Ст 3).

Нагрев сопротивлением соляной ванкы. Элементом сопротив­ления могут быть не только твердые тела, но и жидкости. К таким жидкостям можно отнести расплав­ленные соли и жидкие шлаки.

Электрошлаковый способ основан на ионной проводимости жидких шлаковых расплавов

23 Установки электрошлакового переплава. Принципы действия, получение и рафинирование сплавов, преимущества.

Электрошлаковые печи относятся к печам сопротивления косвенно­го действия. Отличие электрошлаковых печей заключается в том, что в них электронагревательным элементом (сопротивлением) служит жидкий шлак.

По материалу электродов и принципу работы электрошлаковые пе­чи подразделяются:

- на плавильные ванные с нерасходуемыми электродами; как правило графитовыми;

- на переплавные с расходуемыми элекродами.

Э лектрошлаковые ванные печи с нерасходуемыми электродами используются для рафинирования жидкого сплава перегре­тым шлаком определенного состава, а также для плавки металлоотходов с последующей заливкой расплава в изложницы или в кристаллизаторы.

Электрошлаковые печи с расходуемыми электродами получили широкое распространение для производства слитков в кристаллизаторе из высококачественных сталей и других сплавов ответст­венного назначения. Сущность электрошлакового переплава (ЭШП) за­ключается в следующем. На дно кристаллизатора устанавливают специ­альную металлическую затравку. На затравку насыпают смесь рабочего флюса и магниевого или алюминиевого порошка (для лучшего зажигания дуги и последующего формирования жидкой шлаковой ванны). Переплав­ляемый электрод опускают в кристаллизатор до сопри­косновения со смесью. Вокруг электрода засыпают рабочий флюс. Подают напряжение в цепь: электрод ­-рабочий флюс-затравка-кристаллизатор. Рабочий флюс расплавляется, об­разуя жидкую шлаковую ванну. В последующем жидкий шлак играет роль элекросопротивления, в котором происходит генерация теплоты. Темпера­тура шлаковой ванны имеет значения 1600-2000⁰С. Конец переплавного электрода всегда погружен в шлаковую ванну. При плавлении капли металла с электрода проходят шлаковую ванну и, под ее воздействием, рафинируются. Под воздействием кристаллизатора происходит направленная кристаллизация расплава в сли­ток или отливку. Печи ЭШП выпускаются как с одним электродом, так и многоэлек­тродные. По способу выплавки слитка они бывают с неподвижным глухим и со сквозным кристаллизаторами. В первом случае высота кристаллизато­ра равна высоте переплавляемого слитка, а во втором - кристаллизатор пе­ремещается относительно слитка. Если вместо кристаллизатора для слитка установить водоохлаждае-мую литейную форму, то получим одну из разновидностей электрошлако­вого литья (ЭШЛ). В данном случае жидкий металл с электрода поступает через шлак в водоохлаждаемую литейную форму.Вторая разновидность ЭШЛ реализована в с накоплением расплава в гарнисажном тигле. Затем накопленный расплав из тигля сливают в литейные формы. Литейными формами могут быть:- кокиль, тогда этот процесс называется электрошлаковое кокильное ли­тье (ЭКЛ);- центробежная установка, тогда процесс называется центробежное элек­трошлаковое литье (ЦЭШЛ).