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'a-Lenza jest proporcjonalna do kwad­ratu prądu w torze

P = R I²

przy czym R jest rezystancją toru wykonanego z materiału o konduktywności γ bądź rezystywności ρ.

Rys. 2.1. Element przewodzący prąd elektryczny

P = γ E²V

V = F · l

Rys. 2.9. Schemat elektryczny urządzenia rezystancyjnego bezpośredniego bezkomorowego z ciągłą regulacją napięcia

1 - zabezpieczenia, 2 - wyłącznik, 3 - przekaźniki zabezpieczające,

4 - tyrystory, 5 - transformator wielkoprądowy, 6 - wsad

Rys. 2.10. Zasilacz zmienno-prądowy z kompensacją mocy biernej

i symetryzacją obciążenia sieci

R - wsad, T- transformator jednofazowy o regulowanej przekładni, C₃ i C₄ - kondensatory do kompensacji mocy biernej. C₁ i C₂ - kondensatory układu symetryzującego Steinmetza, L - dławik układu symetryzującego

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

Rys. 2.12. 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. 2.14. Moc transformatora w urządzeniu rezystancyjnym bezpośrednim bezkomorowym do nagrzewania kęsów stalowych o przekroju kwadratowym, wg [280] δ - długość boku, l - długość kęsa

Rys. 2.19. 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. 2.20. Zmiennoprądowy układ zasilania pieców Achesona

1 - transformator piecowy, 2 - transformator kompensacji,

3 - bateria kondensatorów kompensacji,

4 - tor wielkoprądowy, 5 - piece

Tablica 2.1. Podstawowe właściwości niektórych stopów austenitycznych,

Typy stopów	Nazwa lub oznaczenie handlowe stopu	Kraj wytwa-rzania	Główne składniki chemiczne w przybliżeniu			Rezys-tywność w tempe- raturze 20^0C	Dopusz-czalna tempe- ratura pracy	Tempera-tura topnienia
									Ni	Cr	Fe
-	-	-	% masy			Ω·mm^2/m	^0C	^0C
Austenitycz-ne bezżelazowe typu Ni-Cr	Baildonal 80	Polska	79	20	-	1.09	1200	1400
		Baildonal 70	Polska	69	30	-	1.17	1230	1380
		Chroniterm 80 Spezial	RFN	80	20	-	1.12	1220	1450
		Chroniterm 70 Spezial	RFN	70	30	-	1.19	1250	1400
		Chronix 80 Extra	RFN	80	20	≤1	1.12	1250	1400
		Chronix 70 Extra	RFN	70	30	≤1	1.19	1250	1380
		Nikrothal 80 Plus	Szwecja	80	20	-	1.09	1200	1400
		Х20Н80	Rosja	75÷78	20÷23	-	1.09	1100	1390÷1420
		ХН70Ю	Rosja	67÷71	26÷29	-	1.34	1200	1390÷1420
		R.D.01	Francja	80	20	<1	1.08	1200	-
		R.D.02	Francja	70	30	<1	1.18	1260	-
	Austenitycz-ne żelazowe typu Ni-Cr-Fe Fe-Cr-Ni Fe-Ni-Cr	Cronifer II Extra	RFN	60	15	21	1.13	1200	1390
		Cronifer III Extra	RFN	30	20	46	1.04	1150	1390
		Cronifer IV Extra	RFN	20	25	50	0.95	1100	1380
		Chroniterm 60 Spezial	RFN	60	15	25	1.13	1150	1390
		Chroniterm 30 Spezial	RFN	30	20	50	1.04	1100	1390
		Chroniterm 20 Spezial	RFN	20	25	55	0.95	1050	1380
		Nikrothal 60 Plus	Szwecja	60	15	25	1.11	1150	1390
		Nikrothal 40 Plus	Szwecja	35	20	45	1.04	1100	1390
		Nikrothal 20 Plus		20	25	55	0.95	1050	1380
		Х25Н20	Rosja	17÷20	24÷27	reszta	0.92	1000	1400÷1430
		R.D.03	Francja	60	15	25	1.12	1125	-
		R.D.04	Francja	45	23	32	1.12	1150	-

Tablica 2.2. Podstawowe właściwości niektórych stopów ferrytycznych

Typy Stopów

Nazwa lub oznaczenie handlowe stopu

Kraj wytwa- rzania

Główne składniki chemiczne w przybliżeniu

Rezys-tywność w tempe- raturze 20°C

Dopusz- czalna tempe-ratura pracy

Tempe- ratura topnienia

Cr

Fe

Al.

Si

-

-

-

% masy

Ω·mm^2/m

°C

°C

Ferry-tyczne typu Fe-Cr-Si

Megatherm I Megatherm II

RFN RFN

30 18

67.5 78.5

- -

2.5 3.5

0.87 1.05

1050 900

1470 1460

Ferry-tyczne typu Fe-Cr-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 A-1 Kanthal D Alkrothal OX27IO5A OX23IO5A RD.05 RD.07

RFN RFN RFN RFN RFN RFN RFN Polska Polska Polska Szwecja Szwecja Szwecja Szwecja Szwecja Rosja Rosja Francja Francja

25 20 14 25 20 20 15 23 17 13 22 22 22 22 15 26÷28 21.5÷23.5 25 20

68.5 74 74.5 68.5 74 74.5 79.5 72 78 83 72.2 72.7 72.2 73.2 80.7 resz-ta resz-ta 70 75

5 5 4 5.5 5 4.5 4.5 5 5 4 5.8 5.3 5.8 4.3 4.3 5.5÷5.8 4.5÷5.2 5 5

- - - - - - - - - - - - - - - - - - -

1.44 1.37 1.25 1.44 1.37 1.35 1.25 1.43 1.34 1.29 1.45 1.39 1.45 1.35 1.25 1.42 1.35 1.45 1.39

1350 1250 1050 1350 1300 1270 1050 1280 1200 1050 1400 1400 1400 1300 1100 1300 1200 1375 1330

1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1510 1510 1510 1500 1500 1500 1500 1500 1500÷1510 1500÷1510 - -

Tablica 2.3. Podstawowe właściwości metali wysokotopliwych

Nazwa metalu	Rezystywność w 20^0C	Dopuszczalna temperatura pracy	Temperatura topnienia
-	Ω·mm^2/m	^0C	^0C
Molibden Wolfram Tantal Platyna	0.050 0.055 0.125 0.105	1900 2500 2400 1600	2360 3387 3030 1772

Tablica 2.4. Podstawowe właściwości materiałów wysokotemperaturowych niemetalowych

Rodzaj i symbol chemiczny	Nazwa lub oznaczenie handlowe	Kraj wytwa­rzania	Rezystyw-ność w temperatu­rze 20°C	Rezystywność w temperaturze t		Dopuszczalna temp. pracy w powietrzu
									t	ρ
-	-	-	(Ω-mm^2)/m	°C	(Ω-mm^2)/m	°C
Karborund SiC	Silit-Cesiwid Silit KEN A; KEN B Morganite Tecorundum Cristolon CL Globar LL Globar SG Hot Rod CXL	RFN RFN Rosja W.Bryt. Japonia USA USA USA USA	~4000 - - - - - ~1850 ~1600 -	1500 1400 1400 1300 1300 1300 1300 1300 1300	1250 900 1500 1100 1500 1100 1200 1000 1100	1600 1450 1450 1650 1700 1600 1540 1650 1650
Krzemo-molibden MoSi2	Kanthal ST Kanthal N Kanthal 33 Kanthal 1900^1) - Mosilit	Szwecja Szwecja Szwecja Szwecja Rosja RFN	0.30 0.30 0.28 0.33 - 0.32	1500 1500 1500 1800 1600 1600	3.45 3.45 3.30 3.80 3.70 4.10	1700 1700 1800 1900 1700 1700
Węglik niobu NbC	-	Rosja	0.50	2600	2.31	2500^2) 3000^3)
Węglik niobu NbC +10%TiC	-	Rosja	0.74	2600	3.08	2500^2) 3000^3)
Chromian lantanu LaCr03	Typ A Typ B	Japonia Japonia Rosja	8000^6) 12000^6) 100000	1500 1500 -	1000 3000	2000 2000 1850
Węgiel i grafit C	Węgiel amorficzny	Francja	70÷80	2000	28÷32	2300^4)
		Grafit syntetyczny	Francja	8÷10.5	2500	9.3÷12.3	3000^5)
^l) Część Mo zastąpiono W. ^2) W próżni. ^3) W argonie technicznym. ^4) W atmosferze beztlenowej. ^5) W helu. ^6)W temperaturze 100^0C

Rys. 2.26. 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

Rys. 2.28. Najbardziej charakterystyczne rodzaje elementów grzejnych średniotemperaturowych,

a) skrętkowy, b) taśmowy, c) drutowy meandryczny

Rys. 2.30. 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)

Rys. 2.39. Elementy grzejne karborundowe,

1 - rezystor grzejny, 2 - końcówka, 3 - część metalizowana końcówki, 4 - łączówka

Urządzenia rezystancyjne pośrednie bezkomorowe

Rys. 2.47. Układy grzejne najbardziej rozpowszechnionych urządzeń rezystancyjnych pośrednich bezkomorowych

Rys. 2.48. Przykłady zastosowań urządzeń kondukcyjnych

Urządzenia rezystancyjne pośrednie komorowe

Rys. 2.57. 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

Rys. 2.58. 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

Rys. 2.87. 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.

Rys. 2.89. 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. 2.90. Sterowniki tyrystorowe w układzie odwrotnie-równoległym obiektów dużej mocy: a) regulacja impulsowa; b) układ gwiazdowy; c) układ gwiazdowy z przewodem zerowym; d) układ trójkątowy

19

---