1. Klasyfikacja urządzeń elektrotechnologicznych.

• Urządzenia wykorzystujące działanie cieplne prądu:

- rezystancyjne (bezpośrednie, pośrednie, elektrodowe, impulsowe)

- indukcyjne (wykorzystuje straty z histerezy i prądów wirowych; bezpośrednie i pośrednie)

- pojemnościowe (bezpośrednie)

- łukowe (bezpośrednie, pośrednie)

- jarzeniowe

- elektronowiązkowe (elektronowe)

- laserowe

- elektroerozyjne

• Urządzenia stopujące (domieszkujące)

• Urządzenia wykorzystujące elektrochemiczne właściwości prądu

- elektrolizery

- do galwanizacji (do galwanostegnii, galwanoplastyki i do anodowania)

- urządzenia do erozyjnej obróbki elektrochemicznej

• Urządzenia elektromechaniczne

- prasy magnetyczne

- obrabiarki ultradźwiękowe

- magnetohydrodynamiczne

1. Kryterium sposobu nagrzewania

→ nagrzewanie bezpośrednie – przemiana energii w ciepło odbywa się we wsadzie.

→ nagrzewanie pośrednie – przemiana energii w ciepło odbywa się poza wsadem.

2. Kryterium metody nagrzewania

→ rezystancyjna

→ promiennikowa

→ elektrodowa

→ łukowa

→ indukcyjna

→ pojemnościowa

→ mikrofalowa

→ plazmowa

→ elektronowa

→ fotonowa

→ jonowa

→ ultradźwiękowa

1. 2. Struktury budowy urządzeń elektrotermicznych.

1. Urządzenia rezystancyjne bezpośrednie

To urządzenia elektrotermiczne cechujące się tym, że ciepło wytwarzane jest we wsadzie. Celem grzania jest podwyższanie temperatury wsadu, a robi to się albo w układach bezkomorowych (np. nagrzewnica) albo komorowe (np. piec).

W grupie układów bezkomorowych można wyróżnić układy nieprzelotowe z nieruchomym wsadem i z nieruchomymi stykami oraz przelotowe ze wsadem ruchomym i stykami ślizgowymi, obrotowymi lub cieczowymi.

W układach komorowych dominują układy nieprzelotowe cechujące się tym, że wsad w całości wypełnia komorę grzejną.

Ze względu na zasilanie wyróżnia się układy stało- i zmiennoprądowe. Fakt, że energia zamieniana jest na ciepło bezpośrednio we wsadzie sprawia, że osiąga się duże szybkości nagrzewania przy niewielkich stratach cieplnych.

Różnica między nagrzewaniem przelotowym i nieprzelotowym polega na rozkładzie temperatur wzdłuż drogi przepływu prądu.

W celu zapewnienia stabilności grzania stosuje się regulację napięcia lub prądu. Poważnym problemem przy nagrzewaniu ferromagnetyków jest zjawisko naskórkowości, powodujące nierównomierny rozkład gęstości mocy objętościowej w przekroju poprzecznym wsadu. Co to powoduje? Ano to, że przy dużej szybkości nagrzewania wyrównanie temperatury może być niedostateczne, co zmusza z kolei do stosowania napięć stałych.

Cechy nagrzewania rezystancyjnego metodą rezystancyjną:

- bardzo duża szybkość nagrzewania = niewielkie straty cieplne

- łatwość doboru temperatury dla każdego elementu wsadu

- ekstremalnie niskie straty metalu wskutek utleniania

- łatwość automatyzacji

2. Urządzenia rezystancyjne pośrednie

Cechują się tym, że przemiana energii w ciepło odbywa się w rezystorze grzejnym, z którego ciepło przenoszone jest do wsadu. Procesy grzejne odbywają się w urządzeniach bezkomorowych lub komorowych. Zasada nagrzewania pośredniego wymaga, by temperatura elementu grzejnego była wyższa niż temperatura odbiornika ciepła.

PIECE – ze względu na temperaturę dzielimy na:

→ niskotemperaturowe do 900-1000 K

(suszarki, wykorzystuje się konwekcję /suszymy gorącym powietrzem/)

→ średniotemperaturowe do 1000-1600 K

(np. piec wytopowy do Cu i jej stopów /mosiądz, brąz/, piec nagrzewczy, wykorzystuje się promieniowanie)

→ wysokotemperaturowe ponad 1600 K

(piece wgłębne)

3. Materiały stosowane do budowy urządzeń elektrotermicznych.

Są to materiały ogniotrwałe, termoizolacyjne oraz żarowytrzymałowe.

→ materiały ogniotrwałe (> 1200 K)

Cechy:

• ogniotrwałość – zdolność do wytrzymywania wysokiej temperatury bez de­formacji. Dzielimy je na:

→ niskoogniotrwałe 1580-1770 K

→ średnioogniotrwałe 1770-2000 K

→ wysokoogniotrwałe > 2000 K

• wytrzymałość mechaniczna

Jeśli materiał wytrzyma nacisk 20 kPa, to nadaje się do użytku w danej temperaturze.

• stabilność termiczna – wytrzymałość materiałów na wahania temperatur.

Lepiej dla pieców pracować w trybie ciągłym niż okazjonalnie.

• odporność chemiczna – odporność na wydzieliny powstające ze wsadu w komorze pieca.

• słabe przewodnictwo elektryczne – materiały na wykładziny mają nie tylko izolować ciepło, by nie uciekało poza piec, ale także izolować elektrycznie.

• małe przewodnictwo cieplne

→ materiały termoizolacyjne (< 1200 K)

Cechuje je bardzo mała wytrzymałość mechaniczna, są jednak bardzo elastyczne.

Używa się zwykle:

SiO₂-ZrO₂, SiO₂-HfO₂, SiO₂-ThO₂, AlH₂O₃-SiO₂

Te związki mają strukturę zbliżoną do azbestu, mogą pracować nawet przy 1800-2000 K, ale temperatura robocza to 1300-1700 K.

→ materiały żarowytrzymałowe – mają wytrzymywać tylko dużą temperaturę w celach konstrukcyjnych. Używa się tu stopów żelaza z dodatkami aluminium, chromu lub niklu.

4. Procesy przekazywania ciepła w urządzeniach elektrotechnologicz­nych.

Nagrzewanie rezystancyjne → polega na tym, że ciepło wytwarzane jest albo bezpośrednio we wsadzie, albo za pomocą rezystora cieplnego.

5. Bilans energetyczny urządzeń elektrotermicznych.
6. Bilans energetyczny oraz sprawność nagrzewania w piecach rezystancyjnych.
7. Dobór elementów grzejnych pieców rezystancyjnych.
8. Struktura łuku elektrycznego i rozkład energii w kolumnie plazmowej.