Физические основы электронагрева.

Электрические печи используются для расплавления металлов и сплавов, восстановление металлов из руд, для нагрева металла перед пластической деформацией. Преимущества: отсутствие продуктов сгорания; равномерный подвод теплоты к поверхности нагреваемых изделий; возможность нагревать отдельные участки поверхности Недостатки: высокая стоимость одного топлива по сравнению с органическим топливом; более высокие эксплуатационные и капитальные затраты; более низкая надёжность и долговечность по сравнению с топливными печами. В основе методов получения теплоты за счёт электроэнергии лежат 3 преимущества, которые в различных вариантах используются в различных электропечах: 1. Теплогенерация в рабочем теле в результате приложения к нему разности потенциалов (электродуговые печи). 2. Теплогенерация при помещении рабочего тела в переменное электромагнитное поле (индукционные печи). 3. Теплогенерация в поверхностном слое рабочего тела при ударе о него ускоряемого в вакууме потока электронов (вакуумные печи). Рабочее тело может быть: твёрдым, жидким и газообразным.

Твёрдое тело – это печи сопротивления. Жидкое тело – это печи электрошлакового переплава. Газообразное тело – это электроннолучевые печи. Т еплогенерация теплоты за счёт разности потенциалов (электродуговые, сталеплавильные печи, печи сопротивления) Обязательным условием в этом случае является наличие в рабочем теле свободных зарядов (электронов или ионов). Тело должно быть электропроводно. При приложении разности потенциалов появляется ток и выделяется теплота в соответствии с законом Джоуля-Ленца: Q=UIt=I²Rt. В дуговых печах возникает электродуга между электродами, либо между электродом и металлом. Температура дуги колеблется от 200 до 8000 ̊ С. Плотность теплового потока от этой дуги 8000-10000 кВт/м². В печах электрошлакового переплава теплота выделяется при прохождении тока через слой жидкого шлака и передаётся к поверхности оплавляемого электрода. В печах сопротивления разность потенциалов прилагается к нагревательному элементу, от которого теплота передаётся на металл (печи косвенного действия). Либо нагреваемое тело включается в электроцепь (печи прямого действия). Т еплогенерация при помещении в электромагнитное поле. Под действием магнитного поля, в теле возникают вихревые токи, за счёт которых и нагревается. Вихревые токи оттесняются к поверхности тела, в результате чего плотность тока на поверхности выше, чем в середине. Глубина проникновения магнитного поля зависит от удельного сопротивления металла, частоты тока и магнитной проницаемости. , – плотность тока; - частота тока; – проницаемость. Существует два пути увеличения кол-во теплоты, которое выделяется в теле: Уменьшение сопротивления магнитному потоку и Увеличение частоты для снижения магнитного потока рассеивания. В соответствии с этим существует 2 типа индукционных печей: 1. Со стальным сердечником, которые работают на токе промышленной частоты. 2. Печи без стального сердечника, работающие на токе промышленной и высокой частоты. Сложность индукционного нагрева связана с тем, что электротехнические параметры стали изменяются с повышением t-ры.

26. ОСНОВНЫЕ ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЖИДКОСТЕЙ И ГАЗОВ. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ КИНЕМАТИКИ.

Механика жидкости и газа изучает условия равновесия и закономерности движения текучих сред. Для металлургической теплотехники это движение газов в рабочем пространстве печи. Распределение давления, система отводов продуктов сгорания, система охлаждения, движение газа в трубопроводах, движение жидкого металла и т.д.

Жидкость и газ рассматривается как сплошная среда.

Существует 2 основных физ. свойства:

Ø плотность

Ø вязкость

В зависимости от плотности различают несжимаемую среду (жидкость) и сжимаемую (газ).

Поскольку молекулы жидкости и газа связаны силами сцепления для перемещения слоёв жидкости необходимо приложить силу, которая определяется силами внутреннего трения:

- коэфф. динамической вязкости

– grad скорости

В большинстве случаев используется коэфф. кинематической вязкости:

При наличии вязкости жидкости и газы наз. реальными, в противном случае – идеальными.

Вязкость зависит от Т. Для жидкости уменьшается с ростом Т (из=за увеличения расстояния между молекулами и уменьшения сил сцепления), для газов наоборот (из-за скорости движения молекул, что способствует переходу молекул из слоя к слою.

Важной кинетической характеристикой ж. и г. явл. вектор скорости, который явл. перемещением частицы за единицу времени:

Другой кинематической характеристикой явл. вектор плотности потока массы: ρ ω, , т.е. масса жидкости, проходящая через единицу поверхности расположенную нормально к этому вектору за единицу времени.

Проинтегрировав скорость по поверхности получают поток объёма, V, , т.е. объёмный расход.

При интегрировании плотности потока массы получают массовый расход: G,