NAGRZEWANIE REZYSTANCYJNE

Transkrypt

1 NAGRZEWANIE REZYSTANCYJNE Nagrzewanie rezystancyjne (oporowe) jest to nagrzewanie elektryczne wykorzystujące efekt Joule'a w ośrodku przewodzącym stałym, połączonym galwanicznie ze źródłem energii. Moc cieplna wywołana efektem Joule'aLenza jest proporcjonalna do kwadratu prądu w torze P = R I 2 przy czym R jest rezystancją toru wykonanego z materiału o konduktywności γ bądź rezystywności ρ. Rys Element przewodzący prąd elektryczny P = γ E 2 V V = F l 1

2 Rys Schemat elektryczny urządzenia rezystancyjnego bezpośredniego bezkomorowego z ciągłą regulacją napięcia 1 zabezpieczenia, 2 wyłącznik, 3 przekaźniki zabezpieczające, 4 tyrystory, 5 transformator wielkoprądowy, 6 wsad 2

3 Rys Zasilacz zmiennoprądowy z kompensacją mocy biernej i symetryzacją obciążenia sieci R wsad, T transformator jednofazowy o regulowanej przekładni, C 3 i C 4 kondensatory do kompensacji mocy biernej. C 1 i C 2 kondensatory układu symetryzującego Steinmetza, L dławik układu symetryzującego 3

4 Rys.2.6. Charakterystyki nagrzewania prądem przemiennym wsadu prostopadłościennego o przekroju kwadratowym 42 x 42 z normalnej stali węglowej przy różnych napięciach zasilających umożliwiających osiągnięcie temperatury zadanej: po 22 s krzywe a, po 84 s krzywe b, po 144 s krzywe c 4

5 Rys Zużycie właściwe energii minimalne (linie ciągłe) i średnie (linie przerywane) przy trzech wartościach maksymalnych natężeń prądu grzejnego: a) w procesie nagrzewania kęsów stalowych od 20 do 1200 C; b) w procesie podgrzewania od 700 do 1200 C d średnica kęsa o przekroju kołowym, δ długość boku kęsa o przekroju kwadratowym Rys Moc transformatora w urządzeniu rezystancyjnym bezpośrednim bezkomorowym do nagrzewania kęsów stalowych o przekroju kwadratowym, wg [280] δ długość boku, l długość kęsa 5

6 Rys Schemat pieca Achesona do grafityzacji elektrod zasilanego prądem stałym 1 fundament, 2 wymurówka ogniotrwała, 3 suchy piasek, 4 ściana czołowa nierozbieralna, 5 zasypka termoizolacyjna, 6 zasypka oporowa, 7 wsad (elektrody cylindryczne), 8 ściana boczna rozbieralna, 9 otwory do odprowadzania gazów, 10 elektrody doprowadzające prąd do rdzenia Rys Zmiennoprądowy układ zasilania pieców Achesona 1 transformator piecowy, 2 transformator kompensacji, 3 bateria kondensatorów kompensacji, 4 tor wielkoprądowy, 5 piece 6

7 Tablica 2.1. Podstawowe właściwości niektórych stopów austenitycznych, Typy stopów Nazwa lub oznaczenie handlowe stopu Główne składniki chemiczne w przybliżeniu Ni Cr Fe Kraj wytwarzania Rezystywność w temperaturze 20 0 C % masy Ω mm 2 /m Dopuszczalna temperatura pracy 0 C Temperatura topnienia 0 C Austenityczne bezżelazowe typu NiCr Austenityczne żelazowe typu NiCrFe FeCrNi FeNiCr Baildonal 80 Polska Baildonal 70 Polska Chroniterm Spezial Chroniterm Spezial Chronix Extra Chronix Extra Nikrothal Plus Szwecja Х20Н80 Rosja ХН70Ю Rosja R.D.01 Francja < R.D.02 Francja < Cronifer II Extra Cronifer III Extra Cronifer IV Extra Chroniterm 60 Spezial Chroniterm 30 Spezial Chroniterm 20 Spezial Nikrothal 60 Plus Szwecja Nikrothal 40 Plus Szwecja Nikrothal 20 Plus Х25Н20 Rosja reszta R.D.03 Francja R.D.04 Francja

8 Tablica 2.2. Podstawowe właściwości niektórych stopów ferrytycznych Typy Stopów Nazwa lub oznaczenie handlowe stopu Kraj wytwarzania Główne składniki chemiczne w przybliżeniu Cr Fe Al. Si Rezystywność w temperaturze 20 C Dopuszczalna temperatura pracy Temperatura topnienia % masy Ω mm 2 /m C C Ferrytyczne typu FeCrSi Megatherm I Megatherm II Ferrytyczne typu FeCr Al Alsichrom 1 Alsichrom 2 Alsichrom 10 SO Aluchrom O Aluchrom P Aluchrom S Aluchrom W Baildonal 12 Baildonal 10 Baildonal 8 Kanthal APM Kanthal AF Kanthal A1 Kanthal D Alkrothal OX27IO5A OX23IO5A RD.05 RD.07 Polska Polska Polska Szwecja Szwecja Szwecja Szwecja Szwecja Rosja Rosja Francja Francja reszta reszta

9 Tablica 2.3. Podstawowe właściwości metali wysokotopliwych Nazwa metalu Molibden Wolfram Tantal Platyna Rezystywność w 20 0 C Ω mm 2 /m Dopuszczalna temperatura pracy 0 C Temperatura topnienia 0 C Tablica 2.4. Podstawowe właściwości materiałów wysokotemperaturowych niemetalowych Rodzaj i symbol chemiczny Karborund SiC Nazwa lub oznaczenie handlowe Kraj wytwarzania Rezystywność w temperaturze 20 C Rezystywność w temperaturze t t ρ Dopuszczalna temp. pracy w powietrzu (Ωmm 2 )/m C (Ωmm 2 )/m C SilitCesiwid Silit KEN A; KEN B Morganite Tecorundum Cristolon CL Globar LL Globar SG Hot Rod CXL Rosja W.Bryt. Japonia USA USA USA USA ~4000 ~1850 ~ Krzemomolibden MoSi 2 Kanthal ST Kanthal N Kanthal 33 Kanthal ) Mosilit Szwecja Szwecja Szwecja Szwecja Rosja Węglik niobu NbC Węglik niobu NbC +10%TiC Rosja Rosja ) ) ) ) Chromian lantanu LaCr0 3 Typ A Typ B Japonia Japonia Rosja ) ) Węgiel i grafit C Węgiel amorficzny Grafit syntetyczny Francja ) Francja ) l ) Część Mo zastąpiono W. 2 ) W próżni. 3 ) W argonie technicznym. 4 ) W atmosferze beztlenowej. 5 ) W helu. 6 )W temperaturze C 9

10 Rys Elementy grzejne niskotemperaturowe: a) widok; b) k) przekrój 1 rezystor grzejny, 2 izolacja elektryczna, 3 płaszcz metalowy, 4 płaszcz ochronny, 5 przewód ochronny, 6 linka nośna, 7 przewód zasilający 10

11 Rys Najbardziej charakterystyczne rodzaje elementów grzejnych średniotemperaturowych, a) skrętkowy, b) taśmowy, c) drutowy meandryczny 11

12 Rys Zalecane maksymalne obciążenia powierzchniowe rezystorów grzejnych firmy Kanthal przeznaczonych do pracy w piecach przemysłowych, wg [155]: a) spiralnych i falistych umieszczonych w kanałach kształtek ceramicznych (d 3 mm, g 2 mm); b) spiralnych nawiniętych na rurach ceramicznych (d 3 mm, g 2 mm); c) falistych z taśmy zawieszonych na ścianach pieców i swobodnie promieniujących (g 2,5 mm, s 50 mm); d) falistych z drutu zawieszonych na ścianach pieców i swobodnie promieniujących (d 5 mm, s 50 mm). (Podane na rysunkach wartości dotyczą eksploatacji przy ciągłej regulacji temperatury. Przy regulacji nieciągłej należy przyjmować nieco mniejsze wartości p) 12

13 Rys Elementy grzejne karborundowe, 1 rezystor grzejny, 2 końcówka, 3 część metalizowana końcówki, 4 łączówka 13

14 Urządzenia rezystancyjne pośrednie bezkomorowe Rys Układy grzejne najbardziej rozpowszechnionych urządzeń rezystancyjnych pośrednich bezkomorowych 14

15 Rys Przykłady zastosowań urządzeń kondukcyjnych 15

16 Urządzenia rezystancyjne pośrednie komorowe Rys Schematy bardziej rozpowszechnionych pieców rezystancyjnych pośrednich nieprzelotowych: a) komorowy; b) wgłębny; c) tyglowy; d) wannowy; e) kołpakowy; f) elewatorowy, g) wysuwny; h) komorowy z wymuszonym ruchem powietrza; i) warnik W wsad 16

17 Rys Schematy bardziej rozpowszechnionych pieców rezystancyjnych pośrednich przelotowych: a) taśmowy; b) rolkowy; c) przepychowy; d) wózkowy (przetokowy); e) przenośnikowy; f) przewłokowy; g) ślimakowy; h) wstrząsowy; i) okrężny z pionową komorą W wsad, s ruch szybki, p ruch wolny 17

18 Rys Charakterystyki dynamiczne pieca rezystancyjnego nieprzelotowego Wielkości charakterystyczne pieców rezystancyjnych: moc grzejną znamionową P n, moc grzejną jałową P o, moc strat w stanie cieplnie ustalonym w funkcji temperatury roboczej P p =f(t r ), współczynnik wzmocnienia K = dt r /dp p, praktyczny czas rozgrzewu τ p, teoretyczny czas rozgrzewu τ t, ciepło akumulacyjne statyczne Q a,s ciepło akumulacyjne dynamiczne Q, czas stygnięcia τ s, czas opóźnienia L, stała czasowa N. 18

19 Rys Sterowanie tyrystorowe obiektów o małej mocy: a) regulacja fazowa w zakresie mocy 0 P n ; b) regulacja fazowa w zakresie mocy 0,5P n P n ; c) sterownik w układzie odwrotnie równoległym (P α = 0 P n ); d) sterownik w układzie odwrotnie równoległym z diodą (P α = 0,5P n P n ); e) sterownik w układzie mostkowym (P α = 0 P n ) Rys Sterowniki tyrystorowe w układzie odwrotnierównoległym obiektów dużej mocy: a) regulacja impulsowa; b) układ gwiazdowy; c) układ gwiazdowy z przewodem zerowym; d) układ trójkątowy 19