Классификация электрических печей

В основу классификации электрических печей положе­ны признаки, оказывающие наибольшее влияние на их кон­струкцию и работу. К этим признакам в первую очередь относится способ генерации тепла в печи из электроэнергии. Исходя из этого, печи разделяют на следующие группы.

Печи с теплогенерацией в газообразном (или парообразном) рабочем теле при приложении к нему разности потенциалов

К этим установкам относятся все дуговые и плазменные печи. Различают дуговые печи прямого и косвенного дей­ствия.

Дуговой разряд в печах прямого дейлъия (с зависимой дугой) протекает между электродами и нагреваемым ме­таллом. Благодаря тому, что электрическая дуга прибли­жается здесь к поверхности металла, эти печи позволяют развить высокую температуру в зоне технологического про­цесса. Они используются обычно для выплавки металлов и сплавов с высокой температурой плавления (ферросплавы, сталь).

К печам с зависимой дугой относятся и вакуумные дуго­вые печи (ВДП), широко используемые для рафинирующе­го переплава жаропрочных сплавов на железной и никеле­вой основе, шарикоподшипниковых, нержавеющих, инстру­ментальных и высокопрочных конструктивных сталей. Наибольшее распространение для этих целей получили ВДП с так называемым расходуемым электродом, выпол­ненным из подлежащего переплаву материала. Дуга в таких печах горит между концом электрода и поверхностью лунки, находящейся в верхней части кристаллизующегося слит­ка. По мере плавки весь электрод расходуется и переплав­ляется в слиток.

В печах косвенного действия (с независимой дугой) раз­ряд протекает между двумя электродами, расположенными на некотором расстоянии от металла. Печи такого типа ис­пользуются для плавления чугуна и цветных металлов.

Во всех дуговых печах преобладает теплопередача из­лучением к нагреваемому металлу.

В плазменных печах высокая температура и большая скорость потока плазмы, вытекающего нз дугового плазматрона, обеспечивает чрезвычайно интенсивный перенос тепла к металлу путем излучения и конвекции. Эти печи позволяют развить высокую температуру в рабочем прост­ранстве без опасности загрязнения выплавляемого металла газами и материалом электрода (используемых в обычных дуговых печах). Поэтому такие печи начинают получать применение для производства высококачественных сталей, несмотря на их более сложную конструкцию по сравнению с обычными дуговыми печами.

Печи с теплогенерацией в твердом (или жидком) электропроводном рабочем теле при приложении к нему разности потенциалов

Эти установки известны как печи сопротивления. Разли­чают печи сопротивления прямого и косвенного действия.

Если проводником служит нагреваемое изделие, то та­кая печь называется печью сопротивления прямого действия и в ней отсутствует внешний (по отношению к металлу) теп­лообмен: тепло выделяется внутри нагреваемого тела.

Если проводником, включенным в электрическую цепь, является специальный нагревательный элемент, от которо­го тепло передается к поверхности нагреваемого тела, то это группа установок представляет собой печи сопротивления косвенного действия. В зависимости от уровня температуры в рабочем пространстве этих печей преобладает передача тепла либо конвекцией, либо излучением.

Печи сопротивления прямого и косвенного действия нашли применение в качестве нагревательных устройств в прокатных и термических цехах.

Плавильными устройствами, основанными на принципе печи сопротивления косвенного действия, являются установ­ки электрошлакового переплава (ЭШП) Переплавляемый металл в виде штанги (расходуемого электрода) опускают в шлаковую ванну, нагреваемую пропускаемым через нее электрическим током, подводимым через этот электрод. Ко­нец электрода оплавляется при нагреве от жидкого шлака; капли металла проходят через химически активный шлако­вый расплав, подвергаясь рафинированию; металл затвер­девает в кристаллизаторе, формируя слиток. Эти установки получили широкое распространение для переплава качест­венных сталей, в том числе шарикоподшипниковых, инструментальных и других.

Печи с теплогенерацией в проводнике, помещенном в переменное электро-магнитное поле

Как отмечалось выше, в этом случае в проводнике ин­дуктируется электрический ток и такие печи получили на­звание индукционных. Они применяются для плавления черных и цветных металлов и сплавов, нагрева с целью тер­мической обработки стальных деталей. Эти печи ис­пользуются и для нагрева металла перед прокаткой и ковкой.

В зависимости от того, снабжена ли индукционная уста­новка металлическим магнитопроводом (сердечником), раз­личают печи с сердечником и без него. Индукционные печн легко помещаются в вакуумную камеру и это обусловлива­ет широкое применение индукционных вакуумных печей для выплавки качественных сталей.

В любых индукционных печах тепло выделяется внутри самого нагреваемого или расплавляемого металла и поэто­му внешний теплообмен в них практически отсутствует.

Печи с теплогенерацией при ударе ускоренного потока электронов о поверхность нагреваемого тела

Выше было показано, что в этих установках электриче­ская энергия превращается в тепло за счет столкновения ускоренного в вакууме потока электронов с поверхностью металла. Такие установки применяют для вакуумного переплава особо чистых металлов и сплавов, так как в этих печах полностью отсутствуют источники загрязнения метал­ла (электроды или футеровка), свойственные другим элек­троплавильным устройствам.

В промышленных установках электронно-лучевого нагрева анод обычно выполняется в виде диафрагмы с отверсти­ем. Предусматривается дополнительно управляющий электрод для собирания эмиттируемых электронов в узкий пу­чок, который должен пройти через отверстие небольшого диаметра в диафрагме — аноде. На управляющий электрод подается некоторый потенциал относительно катода. За анодом располагаются фокусирующая и отклоняющая си­стемы в виде электромагнитных линз, предназначенных соответственно для собирания электронов, прошедших анод, в узкий пучок.и направления его в требуемую точку по­верхности нагреваемого тела. Такое устройство для полу­чения луча электронов, сообщения им больших скоростей и собирания потока электронов в пучок с выведением его в рабочее пространство, где электрическое поле отсутствует, получило название электронной пушки. Она является осно­вой установок электроннолучевого нагрева.

К другим классификационным признакам относят режим работы электрических печей. Различают печи периодическо­го действия (камерные) и печи непрерывного (методическо­го) действия.

В зависимости от осуществляемого технологического процесса электрические печи могут быть также разделены на плавильные и нагревательные.