Назад: 1.4. Электротермические нагревательные устройства

1.5. Нагрев сопротивлением жидких сред

Электрические котлы. Они применяются в различных отраслях народного хозяйства для подогрева воды (электронагреватели) и получения насыщенного технологического пара низкого давления (электропарогенераторы).

Жидкость (вода, расплавы солей, щелочей, оксидов) может быть нагрета прямым пропусканием тока через их объем. Установки такого типа служат для кипячения воды, варки стекла, термообработки металлов. Электроводонагреватель прямого действия представляет собой стальной цилиндрический сосуд, на верхней крышке которого расположены стержневые электроды и охватывающие их трубчатые антиэлектроды. Между ними находятся стеклотекстолитовые цилиндры. Мощность, развиваемая котлом, регулируется изменением положения изоляционных цилиндров относительно системы электродов и антиэлектродов.

Номинальный режим работы котла рассчитан на нагрев воды с удельным электрическим сопротивлением 3000 . Изменения солесодержания в рабочей воде для получения номинального значения удельного электрического сопротивления достигается добавлением в систему либо раствора 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 значение его должно составлять 1000-5000 . Температура выходящей воды автоматически поддерживается в нужных пределах датчиком регулирующего термометра.

Электрические парогенераторы. Парогенератор представляет собой комплект оборудования и аппаратов, в который входит парогенератор, питательный бак, насос, соединительные трубопроводы, приборы контроля и управления. Парогенератор (рис 1.10) имеет электроды цилиндрической формы 10 и нулевой электрод 3, выполненный в форме обечайки.

Рис.1.10. Схема электродного парогенератора: 1 – подвод воды; 2 – дно обечайки; 3 – нулевой электрод; 4 – корпус; 5 – токоподвод; 6 – крышка; 7 – изоляторы; 8 – отвод пара; 9 – шпилька; 10 – фазный электрод; 11 – днище; 12 – дренаж; 13 – опора

Мощность парогенератора регулируется, за счет изменения уровня воды между электродами и нулевым электродом. Работа парогенератора осуществляется в автоматическом режиме.

Стекловаренные печи. Их 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 печи в стекломассе находятся электроды из стали, молибдена, графита, которые обеспечивают протекание тока через стекломассу и нагрев ее по закону Джоуля-Ленца. Стекловаренные печи имеют мощности от нескольких сотен киловатт до нескольких тысяч, и питаются от понижающих трансформаторов с вторичным напряжением 50-200 В. Печи работают круглосуточно, обладают большой тепловой инерцией и являются спокойной электрической нагрузкой.

Жидкостные ЭПС. Они предназначены для быстрого и равномерного нагрева металлических изделий и заготовок в электродных ваннах, представляющих собой металлический или керамический тигель. Ванны наполнены солью или стекломассой, в которые 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 теплообмен 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 изъятия 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 отжига деталей из стали и чугуна (рис.1.11). Эти печи подключаются к сети переменного тока через понижающие трансформаторы со вторичными напряжениями на электродах 10-35 В. По расположению электродов в объёме печи различают ванны с широко - и близко расположенными электродами. При широком расположении электродов возможно попадание изделий в межэлектродное пространство, шунтирование ими тока и перегрев изделий. Поэтому такие ванны применяются ограниченно. Наиболее широкое применение получили ванны с близким расположением погруженных или утопленных электродов.

Рис.1.11. Схемы электродных ванн с близко расположенными электродами: а, б – однофазные; в – трехфазные; 1 – уровень расплава соли; 2 – электроды; 3 – футеровка; 4 – кожух

В однофазных электродных ваннах электроды расположены попарно, расстояние между электродами 12-45 мм.

Вследствие возникновения конвективных потоков и магнитогидродинамических явлений происходит интенсивное перемешивание электролита и выравнивание температурного поля ванны.

Допустимая плотность тока на электродах устанавливается в пределах 1-2 . В качестве рабочей среды наиболее часто применяются хлористые, фтористые, азотнокислые соли, щелочи либо в чистом виде, либо в различных смесях, преследуя цель снижения температуры плавления, обеспечение необходимого уровня электропроводности. Для запуска ванны или расплавления застывшего электролита применяют пусковые нагреватели, представляющие собой блок открытых нагревательных элементов, установленных на каркасе и погруженных 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;

- защиту изделий от окисления в процессе их нагрева.

Недостатками соляных ванн являются:

- повышенный удельный расход электроэнергии вследствие увеличенных тепловых потерь с зеркала ванны и необходимости непрерывной работы установки;

- высокий расход расплавообразующего материала;

- тяжелые условия труда обслуживающего персонала.

Далее: 1.6. Электрошлаковые процессы