Электр доғалық пісіру
ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫ ҒЫЛЫМ ЖӘНЕ ЖОҒАРЫ БІЛІМ МИНИСТРЛІГІ
Қ.ЖҰБАНОВ АТЫНДАҒЫ АҚТӨБЕ ӨҢІРЛІК УНИВЕРСИТЕТІ
ТЕХНИКАЛЫҚ ФАКУЛЬТЕТІ
МҰНАЙ-ГАЗ ІСІ КАФЕДРАСЫ
Курстық жобаны
қорғауға жіберілді
Кафедра меңгерушісі
Балғанова А.М.
____ _____________ 2023 ж.
ДИПЛОМДЫҚ ЖОБА
Тақырыбы: Электр доғалы және электрохимиялық қондырғыларды басқару
6В07106 - Электроэнергетика білім беру бағдарламасы бойынша
Орындадады: ______________ Бекдурдыев Санат
______________ Кабдрахим Олжас ______________ Нұртас Нұрболат
Ғылыми жетекші:
к.ф.-м.н доцент ______________ Жубаев А.К.
Ақтөбе 2023
Мазмұны
Қысқартылған сөздер мен белгіленулері 4
Кіріспе 5
I ТАРАУ Электр доғалы және электрохимиялық қондырғылар 7
1.1 Электр доғалық қыздыру 7
1.1.1 Электр доғалық разряды және оның құрылымы 7
1.1.2 Доғаның вольтамперлік сипаттамалары және оны реттеу 8
1.1.3 Айнымалы ток доғасы 10
1.1.4 Электр доғалық қыздырудың қолданылуы 11
1.2 Доғалық болат балқыту пештері 11
1.2.1 Доғалық болат балқыту пешінің құрылымы және технологиясы 11
1.2.2 Болат балқыту пешінің электр жабдықтары және электрмен жабдықтау сұлбасы 13
1.2.3 Доғалық пештің электрлік және жұмыстық сипаттамалары 15
1.3 Доғалық вакуумдық пештер 16
1.4 Электр доғалық пісіру 17
1.4.1 Электр доғалық пісірудің қолданылуы және жіктелуі 17
1.4.2 Электр доғалық пісіру қуат көздері 20
1.5 Электротермиялық қондырғылар 21
1.5.1 Электротермиялық қондырғылардың қолданылуы және жіктелуі 21
1.6 Электротермиялық қондырғылардағы жылу берілу 22
1.7 Электротермиялық қондырғыларда қолданылатын материалдар 25
1.7.1 Отқа төзімді материалдар 25
1.7.2 Жылу оқшаулағыш материалдары 26
1.7.3 Қызуға төзімді материалдар 26
1.7.4 Қыздырғыш элементтер 27
1.8 Қыздырғыш электр кедергі пештері 28
1.9 Сұйық ортада кедергімен қыздыру 33
1.9.1 Металдарды қыздыруға арналған сұйықтық электр кедергі пештері 34
II ТАРАУ. Электр қондырғылары туралы түсінік 35
2.1 Электр қондырғылары 35
2.2 Электрохимиялық қондырғылар 39
2.3 Доғалы пештер мақсаты 41
2.4 Электр доғалық пеш жабдықтарын басқару кешені 44
III ТАРАУ Пісіру өндірісінің технологиясы және электролиз 54
3.1 Пісіру тәсілдерінің физикалық мәні мен топтастырылуы 54
3.2 Электр доғалық пісіруді қолдану 55
3.2.1 Доғалық пісірудің негізгі түрлері 55
3.2.2. Пісіру доғасы және оның қасиеттері 57
3.2.3 Қолмен доғалық пісіру 58
3.2.4 Автоматты және жартылай автоматты доғалық пісіру 61
3.2.5 Пісіру автоматтары 63
3.3 Электролиз процессі 63
3.3.1 Электролиз процессінің қысқаша анықтама және ашылу тарихы. 63
3.3.2 Электролиз теориясы. 65
3.3.3 Электролиз негізінде жататын Фарадей заңдары. 70
3.3.4 Электролиз процессіне әсер ететін факторлар. 70
3.3.5 Өндірісте электролиздің қолданылуы. 73
Қортынды 75
Пайдаланылған әдебиеттер: 76
Қысқартылған сөздер мен белгіленулері
В-Вольт
КВ-кило Вольт
Гц-Герц
МГц-мега Герц
А-Ампер
МкА-микро Ампер
ЭКП-Электр кедергі пештері
АДП-Автомат доғалы пісіру
ТК-ток кернеуі
ЭҚК-Электр қозғаушы күш
ЭС-электрлік жүйе
Кіріспе
Бұл дипломдық жұмыс газ тәрізді ортадағы электр разрядын зерттейді. Ерекше қызығушылық разрядтардың әртүрлі түрлері, мысалы, электронды, иондық, плазмалық және т.б. Әрбір разряд түрінің өзіндік ерекшеліктері мен қолданбалары бар. Разрядтардың ең көп тараған түрлерінің бірі - электронды разряд. Ол электр өрісінің әсерінен газдағы электрондардың қозғалысына байланысты пайда болады. Электрондық разряд пайда болуы үшін электрондардың көзі ретінде әрекет ететін ионизатор болуы керек. Сондай-ақ ток күші, кернеу, энергия тығыздығы және т.б. сияқты разряд параметрлерін зерттеу қызығушылық тудырады. Бұл параметрлер электродтардың пішіні, газ ортасының физикалық қасиеттері және қолданылатын кернеудің шамасы сияқты әртүрлі факторлармен анықталады.
Бұл дипломдық жұмыста электр разрядын зерттеуге катод пен анодтағы потенциал амплитудасы әсер етеді. Катодтық потенциал 5-тен 15 В-қа дейін анықталады, ал анодтық потенциал 10-нан 20 В-қа дейін. Потенциалдың айырмашылығы электр разрядының негізгі қозғаушы күші болып табылатын потенциалдық градиентті жасайды. Осылайша, бұл дипломдық жұмыста газ тәріздес ортадағы электр разрядын эксперименттік зерттеу жүргізіледі. Ток, кернеу, энергия тығыздығы және т.б. сияқты разрядтың әртүрлі параметрлері зерттеледі. Шешім қабылдау, процесті оңтайландыру және болжамды қызмет көрсету үшін операциялық деректерді жинау, талдау және түсіндіру үшін деректерді талдау құралдарын пайдалану.
Үздіксіз жетілдіру және инновациялар үшін деректерді пайдалану стратегияларын енгізу.
Бюджеттеу және шығындарды басқару:
Техникалық қызмет көрсетуге, жабдықты жаңартуға, персоналды оқытуға және ережелерді сақтауға арналған бюджеттерді тиімді басқару.
Энергия тиімділігін арттыру және қалдықтарды азайту стратегиялары арқылы шығындарды үнемдеу мүмкіндіктерін анықтау.
Электр доғасы мен электрохимиялық зауытты басқару салалық стандарттар мен реттеуші талаптарды қанағаттандыра отырып, біркелкі және тұрақты жұмыстарды қамтамасыз ету үшін техникалық сараптаманы, қатаң қауіпсіздік тәжірибесін, қоршаған ортаны бақылауды және үздіксіз жақсарту стратегияларын біріктіретін кешенді тәсілді талап етеді.
Электр доғалық және электрохимиялық қондырғыларды басқару, әсіресе доғалық пештер, электролиз элементтері және басқа электрохимиялық реакторлар сияқты процестерде электр энергиясын өндіру немесе пайдалануды қамтитын өнеркәсіптік операциялардың маңызды аспектілері болып табылады. Міне, осы тақырыптарға кіріспе: лектр доғасы - үздіксіз электр разряды немесе газ арқылы өтетін ток, ол үздіксіз плазмалық разрядты тудырады. Ол әдетте екі электрод арасындағы жарық разряды ретінде көрінеді, бұл олардың арасындағы газдың иондалуы нәтижесінде пайда болады. оғалар доғалық дәнекерлеу, плазмалық кесу және металды балқыту және тазарту үшін доғалық пештер сияқты әртүрлі өнеркәсіптік қолданбаларда қолданылады.Электрохимиялық қондырғылар химиялық реакцияларды тудыру үшін электр энергиясын пайдаланатын процестерді қамтиды. Бұған электролиз кіреді, мұнда өздігінен пайда болмайтын химиялық реакцияны жүргізу үшін электролит арқылы электр тогы өтеді. лектрохимиялық зауыттар металл алу, тазарту, гальванизация, энергияны сақтау (аккумуляторлар), ағынды суларды тазарту және т.б. үшін әртүрлі салаларда қолданылады. лектр доғалық және электрохимиялық қондырғыларды басқару операцияларды, техникалық қызмет көрсетуді, қауіпсіздік хаттамаларын қадағалауды және тиімділікті оңтайландыруды қамтиды. абдыққа техникалық қызмет көрсету: электродтарды, қуат көздерін, салқындату жүйелерін және басқару элементтерін қоса алғанда, машиналардың дұрыс жұмыс істеуін және техникалық қызмет көрсетуін қамтамасыз ету. лектр доғасы мен электрохимиялық зауытты басқару жоғары энергия тұтыну, қоршаған ортаға әсер, жабдық тозуы және қауіпсіздік тәуекелдері сияқты қиындықтарға тап болады. бұл алалардың болашағы ақылды технологиялардағы жетістіктерді, автоматтандыруды, жаңартылатын энергия көздерін пайдалануды, неғұрлым тұрақты материалдарды қабылдауды және тиімділікті арттыру және қоршаған ортаға әсерді азайту үшін электрохимиялық процестердегі инновацияларды қамтуы мүмкін.
I ТАРАУ Электр доғалы және электрохимиялық қондырғылар
1.1 Электр доғалық қыздыру
1.1.1 Электр доғалық разряды және оның құрылымы
Сыртқы пішіні және сипаттамалары бойынша газдардағы электр разрядтары бірнеше түрге бөлінеді: электрондық, қараңғы (немесе бәсең), әлсіз жанған (бықсық) және доғалық. Егер разрядтық аралықта зарядталған бөлшектерді туғызу үшін сыртқы факторлар әсері - ионизаторлар (ультракүлгін, рентген сәулелері, осциллятор) қажет болса электр разряды тәуелді деп аталады. Тәуелсіз разряд кезінде зарядталған бөлшектер пайда болуын энергия көзі қамтамасыз етеді. Электр доғасы газдардағы электр разрядының жоғары ток тығыздығы және аз катодтық потенциал құлауымен сипатталатын түрі.
Теріс электродқа іргелес аймақты катодтық кернеу құлау аймағы деп атайды, онда кернеу құлау шамасы =5-15 В. Одан кейін доға бағанасы орналасады. Оң электродқа іргелес аймақты анодтық кернеу құлау аймағы деп атайды, кернеу құлау шамасы =10-20 В. Катодтық және анодтық кернеу құлау аймақтары өте аз (1 мкм) шаманы құрайды. Сондықтан бұл маңдағы потенциал градиенті өте жоғары 105-106 Всм.
Электродтар аралығындағы толық кернеу құлауы
(1.1)
Мұнда ,- анодтық және катодтық потенциал құлауы;
-электр өрісінің кернеулігі;
- доға ұзындығы.
Электродтар аралығында келесі үрдістер жүреді: ионизация, деионизация, диффузия, шекаралық беттердегі ионизация. Ионизация нәтижесінде газда үш түрлі зарядталған бөлшектер туады: электрондар, оң және теріс зарядты иондар. Доға бағанасындағы негізгі ионизация механизмі термиялық ионизация болып табылады.
Электродтар бетіне электрондар мен иондар соғылу кезінде олардың кинетикалық энергиясы өте жоғары болған жағдайда разрядтық аралыққа зарядталған бөлшектер ұрылып шығуы мүмкін. Бірақ негізінен разрядтық аралыққа зарядталған бөлшектер эмиссиялық механизм жолымен жүреді.
Зарядталған бөлшектердің атқылауы нәтижесінде жоғары температураға дейін қызған катодтан электрондар термоэлектрондық эмиссия жолымен шығады. Термоэлектрондық эмиссия тогының тығыздығы катодтың температурасына және материалына байланысты
(1.2)
мұнда - термоэлектрондық ток тығыздығы, Асм2;
- электрод материалымен анықталатын тұрақтылар;
- катод бетінің температурасы, К
Электрод маңындағы кернеулік шамасы жоғары болған жағдайда (105-106 Всм) автоэлектрондық эмиссия орын алуы мүмкін.
(1.3)
мұнда - термоэлектрондық ток тығыздығы, Асм2;
- электрод материалымен анықталатын тұрақтылар;
- электрод беті маңындағы кернеулік, Всм.
Деионизация үрдісі зарядтардың рекомбинациясы және олардың қоршаған ортаға диффузиясы нәтижесінде жүреді.
Стационарлық жағдайда бұл үрдістер арасында тепе-теңдік орын алады. Ионизация дәрежесінің температурадан, қысымнан және газ түрінен тәуелділігі Саха теңдеуімен сипатталады:
(1.4)
мұнда -газдың ионизация дәрежесі - көлем бірлігіндегі иондар немесе электрондар санының ионизацияға дейінгі толық нейтралдық молекулулар санына қатынасы;
-қысым, Па;
- температура, К;
- ионизация жұмысы, Дж;
-Больцман тұрақтысы.
1.1.2 Доғаның вольтамперлік сипаттамалары және оны реттеу
Доғаның маңызды тәуелділіктерінің бірі доға кернеуі мен тогының арасындағы тәуелділік болып табылады. Қалыптасқан режимдегі доға жағдайында (стационарлық тұрақты ток доғасы) бұл сипаттама статикалық деп аталады.
Токтың аз мәндерінде доғаның вольтамперлік сипаттамасы құламалы болып келеді, Айртон теңдеуімен бейнеленеді
(1.5)
мұнда - электрод материалына, газ құрамына және доғаның суытылу жағдайына байланысты анықталатын тұрақтылар;
- доға ұзындығы;
- доға тоғы.
Үлкен ток мәндерінде сипаттама келесі түрге келеді
(1.6)
(1.6) формуладағы катодтық және анодтық кернеу құлауларының қосындысын береді. - доға бағанасындағы градиент.
Доға электр тізбегі келесі теңдеумен сиптатталады
(1.7)
мұнда - нәрлендіру көзінің кернеуі;
- доғадағы кернеу;
-доға тогы;
-доға тізбегінің активтік кедергісі;
-доға тізбегінің индуктивтігі.
Доға нәрлендіру көзінің сыртқы сипаттамасы болып табылатын () түзуі мен доғаның вольтамперлік сипаттамасының А және Б қиылысу нүктелерінде жанады. Бірақ А нүктесінде ток кездейсоқ азаятын болса, доға аралығына түсетін кернеу доға кернеуінен аз болуы себептен, доғаның жануы орнықсыз болады да, ток доға сөнгенше төмендейді. Ток өсетін болса, доға аралықтағы кернеудің доға кернеуінен жоғары болуы себептен ток Б нүктесіндегі мәніне дейін өседі. Бұл нүктеде доға орнықты жанады. Доғаның орнықты жану шарты
(1.8)
Доғаның вольтамперлік сипаттамасын бірнеше жолмен реттеуге болады:
- нәрлендіру көзінің кернеуін реттеу арқылы ;
- доға тізбегінің кедергісін реттеу арқылы ;
- доғаға әртүрлі факторлармен әсер ету жолымен: доға ұзындығын өзгерту, қоршаған ортаны және оның қысымын өзгерту, газ ағыны, магнит өрісі әсері [1].
1.1.3 Айнымалы ток доғасы
Айнымалы ток доғасында ток пен кернеу периодына екі рет бағыты мен полярлығын ауыстырып, нольден өтеді. Осы кезде доға разряды өшіп, қайта жанады.
Доға өшкен кезде электродтық аралықта температура төмендеп деионизация үрдісі жүреді, оның диэлектрлік беріктігі ұлғаяды, электродтардың потенциалы өседі. Кернеу электродтық аралықтың диэлектрлік беріктігін тесуге жеткілікті болғанда доға қайта жанады. Доға тогы өсуімен қатар аралықтың температурасы жоғарылауына байланысты электрөткізгіштіктің өсуінен доға кернеуі төмендейді. Содан кейін кернеу ток максимумынан өтіп белгілі бір шамаға дейін азайғанша тұрақтанады, доға өшуі алдында біраз өседі. Доға периодына екі рет өшіп-жануына байланысты кернеу графигінде әр периодында екі жану және өшу шыңдары болады. Активтік кедергілі тізбекте доға жануында үзіліс болады. Үзіліс ұзақтығы электродтар аралығының диэлектрлік беріктігі мен кернеу өсу жылдамдығы қатынасымен, электродтар температурасымен анықталады.
Доғасыз аралықтарды электр тізбегіне индуктивтік кедергі қосқанда ток пен кернеу арасында пайда болатын ығысу арқылы реттеуге болады. Нәрлендіру көзінің кернеуі төмендегенде доғадағы кернеу индуктивтік кедергінің электромагниттік энергиясы есебінен сақталады. Доғаның үзіліссіз жануы 0,85 жағдайында қамтамасыз етіледі.
Айнымалы ток доғасының вольтамперлік сипаттамасы - кернеу өзгеруінің бір периодтағы ток өзгеруінен тәуелділігі, динамикалық болып келеді. Ток және кернеу графиктерінің қалпына байланысты әр түрлі болуы мүмкін [2].
1.1.4 Электр доғалық қыздырудың қолданылуы
Электр доғалық қыздыру металлургия, химия, машина құру және басқа өндіріс салаларында кеңінен қолданылады. Электр доғалық қыздырумен қара және түрлі-түсті метал, қорытпалар, рудалық материалдар балқытылады:
1.Болат сынықтарын электрлік балқыту.
2.Мыс балқыту.
3.Металдарды рудалардан тотықсыздандыру.
4.Ферроқорытпаларды рафинациялау.
5.Вакуумдық-доғалық қайта балқыту.
6.Доғалық пісіру т.б.
Соңғы жылдары болатты электр доғалық балқыту жолымен алу үлесі конверторлық, әсіресе мартендік әдісті ығыстыру есебінен елеулі ұлғайды.
Доғалық пештерде болат балқытып шығару үлкен қарқынмен өсуде: 1995 ж. - 752 млн. т (32,6%), 1999 ж. - 788 млн. т, 2003 ж. - 895 млн. т.
Қуатына қарай доғалық болат балқыту пештері аса қуатты (меншікті қуаты 700 кВАт), қуатты (400-700 кВАт), орта қуатты (200-400 кВАт) болып бөлінеді.
Электр доғалық пештері доғаның әсер етуіне қарай тікелей және жанама қыздыратын болып бөлінеді. Тікелей қыздыратын пештерде доға электрод пен балқыған материал арасында жанады. Жанама қыздыратын пештерде - екі (үш, төрт, алты) электрод арасында. Кеңінен тараған электр доғалық тікелей қыздыру пештері, қара және баяу балқитын металдарды және рудалық материалдарды балқыту үшін қолданылады. Жанама қыздыратын пештерде түрлі-түсті металдар, кейде шойын және никель балқытылады.
1.2 Доғалық болат балқыту пештері
1.2.1 Доғалық болат балқыту пешінің құрылымы және технологиясы
Доғалық пеш төбесі күмбезбен (6) жабылған, іші отқа төзімді және жылу оқшаулағыш материалмен (5) қаланған (футеровка) металдық қаптама (4) болып табылады. Күмбезден арнайы тесіктер арқылы пеш ішіне (жұмыс кеңістігіне) электродтар (9) түсіріледі. Шихтаны (3) балқыту және металды термоөңдеу электродтар мен шихта арсында жанған электр доғасының жылуы есебінен жүреді. Шихтаны пешке салу және үрдіс барысында шығатын қожды ысыру, ваннаның ішін қарау үшін жұмыстық терезе (10), дайын балқытпаны төгу үшін төгетін тұмсық (2) қарастырылады. Шихта пештің үстінен күмбезді ашып салынуы да мүмкін. Пеш металды төгу үшін еңкейту (11), күмбезді ашу үшін көтеру немесе бұру, электродтарды қозғалту механизмдерімен жабдықталады. Бұл мақсатта гидравликалық немесе электромеханикалық жетектер пайдаланады. Электродтар қозғалту механизмімен жалғасқан арнайы электрод ұстағыштарда (8) бекітіледі.
Болат балқытудың дәстүрлі технологиялық үрдісі келесі сатылардан тұрады:
1.Футеровканың ішкі бетінің бұзылған жерлерін толықтыру.
2.Шихтаны - метал сынықтары, қож туғызатындарды салу.
3.Балқыту. Балқытпа бетінде қож пайда болуы, фосфорды аластату.
4.Тотықтандыру периоды. Фосфорды аластатуды аяқтау. Ваннаның СО көпіршіктері қалқып шығуына байланысты қайнауы.
5.Тотықсыздандыру периоды. Метал ваннасынан оттегін ферросилиций қоспаларымен шығару. Күкіртті аластату.
6.Металды төгу.
Шихта балқу барысында электродтар оның ішіне төмен түсіп, құдықтар пайда болады. Балқу сатысында технологиялық қысқа тұйықталуы, шихтаның құдыққа құлауы себебінен электр доғалары жиі үзіліп, тұрақсыз жанады. Шихтаны балқыту периодында барлық электр энергиясының (60-80) % -ы жұмсалады. Метал балқығаннан кейінгі сатыларда доға тұрақтанады. Балқыған ваннада темір, кремний, марганец, фосфор тотығып, оксид түрінде ванна бетіне қож болып қалқып шығады. Қожда кремний оксиды темір, марганец шала оксидтерімен қосылып силикаттар құрайды. Бұл үрдістерді үдету үшін ваннаға темір рудасын қосады немесе оттегін үрлейді. Метал көміртегі рудадағы металды тотықсыздандырады да, көпіршік түрінде көміртегі тотығы пайда болып, ванна бетіне қалқып шығу нәтижесінде ванна қайнайды. Көміртегі жеткіліксіз болған жағдайда ваннаға шойын, кокс, электрод сынықтарын тастайды. Жиналған қожды пештен жұмыс терезесінен ағызып, қалғанын сыртқа ысырып тастайды. Бұл кезде пеш өшіріліп, электродтар жоғары көтеріледі.
Тотықсыздандыру периодында металдан күкіртті аластатады. Ол үшін ваннаға ферросилиций мен ферромарганец қосып, ванна бетіне тағы қож жинайды. Пешке флюс қосылған әктас және ұсақталған кокс, ферросилиций салады. Күкірт әктаспен байланады.Балқыту соңында керекті құрамды метал алу үшін ваннаға арнайы қоспалар қосады.
Қазіргі кезде жетілдірілген болат балқыту технологиясы қолдануда:
1.Шихтаны дайындау.
2.Болатты доғалық пеште қысқартылған тотықтандыру периодымен балқыту.
3.Металды ожауға төгу.
4.Металды қажетті құрамды және қалыпты жағдайға дейін пештен тыс қондырғысында жеткізу.
5. Металды дайындамаларды үздіксіз құю қондырғысында құйып тарату.
Болатты балқыту кезінде жүретін әр түрлі технологиялық үрдістердің талабы бойынша пештің электрлік режимі өзгеріп отыруы қажет. Балқыту барысында қуат пен кернеу (40-100) % аралығында өзгереді. Сондықтан пеш трансформаторы икемді қуат реттеуді қамтамасыз етуі қажет. Бұл трансформатордың кернеу сатыларын ауыстырып қосу және доға ұзындығын өзгерту арқылы жүзеге асырылады.
Доғалық болат балқыту пештері электр жүйесі үшін қуатты және жағымсыз электр тұтынушысы болып табылады. Оның қуат коэффициенті =0,7-0,8, желіден тұтынатын қуаты балқыту барысында өзгеріп отырады, режимі доғаның үзілуі және технологиялық қысқа тұйықталуына байланысты токтың жиі кенет өзгеруімен сипатталады. Доға басқа тұтынушыларға жағымсыз және электр желісінде қосымша жоғалыстар туғызатын, жоғары жиілікті гармоникалар шығарады. Қуат коэффициентін жоғарылату үшін нәрлендіру подстанциясының шиналарына конденсаторлық топтар қосады. Жоғары жиілікті гармоникалармен фильтрлерді пайдалану арқылы күреседі. Пештер подстанциясын басқа тұтынушылармен 110, 220 кВ кернеумен байланысқан жеке нәрлендіруге бөлу кеңінен қолданылады [3].
1.2.2 Болат балқыту пешінің электр жабдықтары және электрмен жабдықтау сұлбасы
Болат балқыту пешінің электр жабдықтарының және электр жабдықтау сұлбасының бірқатар ерекшеліктері бар. Электрдоғалық пештің ток тізбегіне кіретін негізгі электр жабдықтарына келесілер жатады.
1) Электр доғалық пеш, электродтары және ваннамен бірге;
2) Пешті трансформатормен қосатын шина және кабельдер жүйесі, қысқа желі. Қысқа желі деп трансформатордың екінші сыртқа шығарушы өткізгіші мен электродтарды қосатын ток өткізгішті атайды.
3) Пештік трансформатор;
4) Реактор, қысқа тұйықталу тогын шектейді және доғаның балқыту сатысында тұрақты жануына ықпал жасайды;
5) Коммутациялық аппаратура: бас жоғары вольтты ажыратқыш, айырғыш, реакторды тұйықтайтын ажыратқыш;
6) Өлшегіш және қорғағыш аппаратура (кернеу, ток трансформаторлары, аспаптар т.б.).
Қысқа желі ұзындығының аздығына қарамастан оның активтік, әсіресе индуктивтік кедергісі пештің жалпы кедергісінде елеулі орын алады. Олар пештің энергетикалық көрсеткіштеріне (қуаты, энергетикалық пайдалы әсер коэффициенті, қуат коэффициенті т.б.) едәуір ықпал етеді. Сондықтан қысқа желіні құрағанда оның активтік және индуктивтік кедергілерін азайтуға және фазалар бойынша тегістеуге, фазалардың өзара индукциясын төмендетуге тырысады. Қысқа желі фазаларының өзара индукциясының айырмашылығы болуы қуаттың бір фазадан басқаларға ауысуына әкеліп соғады. Бұдан кернеу симметриялы, ток және активтік кедергі тең болғанымен, фазалардың активтік қуаты әртүрлі болып шығады. Нәтижесінде бір фазаның қуаты жоғары (жабайы фаза), екіншісінікі төмен (өлі фаза) болады. Толық қуат сақталғанмен, қуат ауысуы пештің технико-экономикалық көрсеткіштеріне теріс ықпалын тигізеді. Себебі пеш ваннасы көлемінде бірқалыпты жылу бөлінуі бұзылады. Жабайы фаза маңында футеровка тозуы ұлғаяды, электрод шығыны өседі.
Аталған кемшіліктерді жою мақсатында әртүрлі қысқа желінің қосылу сұлбалары пайдаланылады:
1)Трансформатор шығарыс шиналарындағы үшбұрыш;
2)Симметриялық емес үшбұрыш;
3)Электродтардағы үшбұрыш;
Ең үлкен симметриялы сұлба (1), ең аз симметриялы сұлба (3), ең көп қолданылатын сұлба (2). Ең келешегі бар болып триангуляцияланған үшбұрышты қысқа желі саналады. Бұл қысқа желі қосылысы 1-ші сұлбадан айырмасы электродтар мен трансформатордың шығару шиналарын қосатын токөткізгіштер бір жазықтықта емес тең қабырғалы үшбұрыштың төбелерінде орналасады. Фазалардың өзара индукциясы теңелуіне байланысты симметриялық емес коэффициенті ең төмені болады. Бұл сұлба қуатты пештерде қолданылады.
1.2.3 Доғалық пештің электрлік және жұмыстық сипаттамалары
Болат балқыту доғалық пештерінің жоғары технико-экономикалық көрсеткіштерін қамтамасыз ету үшін технологиялық үрдіс барысында электрлік режимдерін реттеп отыру қажет. Негізгі технико-экономикалық көрсеткіштерге меншікті электроэнергия шығыны (кВт сағт), өнімділік (тсағ.), меншікті электродтар шығыны (кгт), меншікті отқа төзімді материалдар шығыны (кгт) т.б. жатады.
Электр режимдерін реттеуді нәрлендіру кернеуін немесе доға ұзындығын (доға тогын) өзгерту арқылы іске асыруға болады. Негізінен электр режимін реттеу доға ұзындығын, сонымен қатар токты үзіліссіз өзгерту арқылы жүргізіледі. Пайдалы және толық актив қуатының, электрлік шығындардың, электр ПӘК, қуат коэффициентінің токтан тәуелділігі пештің электрлік сипаттамасы деп аталады. Мұндай тәуелділіктерді пештің орнын басу сұлбасын қолданып салады. Электрлік көзқарастан доғалық пешті трансформатордың төменгі жағына қосылған активтік және индуктивтік кедергілер жинағы ретінде қарастыруға болады.
Доғалық пештің оптималдық режимін табу үшін тек электрлік сипаттаманы білу жеткіліксіз. Доғалық пеш технологиялық агрегат болғандықтан, оның технологиялық көрсеткіштерінің - меншікті электр энергия шығынының, сағаттық өнімділігінің, балқыту уақытының, толық пайдалы әсер коэффициентінің токтан тәуелділігін жұмыстық сипаттамасын анықтау қажет.
Бұл көрсеткіштер келесі формулалармен табылады.
Меншікті электр энергия шығыны, кВт сағт
. (1.9)
Сағаттық өнімділігі, тсағ
. (1.10)
1 т болатты балқыту уақыты, сағт
. (1.11)
Толық пайдалы әсер коэффициенті
(1.12)
1.3 Доғалық вакуумдық пештер
Әдетте доғалық (немесе басқа) пештерде алынған метал сапасын жоғарылату үшін оны төменгі қысымда вакуумдық доғалық пештерде (ВДП) қайта балқытып, зиянды қоспалар мен газдардан тазартады. Көбінесе ВДП жоғары реакциялық металдарды (титан, ниобий, вольфрам, цирконий, тантал, молибден) және жоғары сапалы арнайы болатты қайта балқытуға қолданады. Жұмыс камерасындағы қысым 1,000-0,001 Па-ға дейін төмендетіледі. ВДП бірнеше жүз кг-нан 50-60 т-ға дейін құймалар алуға болады. Электрод ретінде ВДП әртүрлі металлургиялық өңдеумен алынған құймаларды пайдаланады. Кейде балқытылмайтын электродтар қолданып, пешке қайта балқытылатын метал кесектері салынады. Бұл тәсілдердің әрқайсысы екі түрлі сұлбамен іске асырылады: бітеу кристаллизаторға балқыту, құйманы суырып алуға балқыту.
Метал электрод пен сұйық метал ваннасының арасында жанатын доғамен балқытылады. Метал тамшылары вакуум ортадан өткенде қоспалардан және газдардан тазарып, құйманың жоғары жағындағы сұйық ваннаға жиналады. Кристаллизаторды қатты суыту металдың тез қатайып кристаллизациялануын қамтамасыз етеді. Доғаны тұрақтандыру, кернеуді көтеру, ваннаны араластыру арқылы металдың құрылымын жақсарту үшін үрдіс барысында доғаға соленоид магнит өрісімен әсер етеді. Балқытып құю аяқталғаннан кейін вакуумды тоқтатады, кристаллизаторды ажыратып, суытады, құйманы түсіреді.
Вакуумде метал қатты шашырап, кристаллизатор қабырғасында тамшылар түрінде қатады. Сондықтан бұл қабаттан тұратын құйманың сырты іркілдек болып қалыптасады және қосымша сыдыруды қажет етеді. ДВП-де балқыту тұрақты токпен жүргізіледі. Айнымалы ток доғасы терең вакуумның болмауынан, кристаллизатордың қатты суытылуынан тұрақсыз жанады.
Электрод-катодпен балқыту тік полярлы доғамен балқыту деп аталады. Ал электрод-анодпен балқыту кері полярлы деп аталады. Әдетте кері полярлы доға қолданылады. Оның себебі электрондар атқылауынан ванна қосымша қыздырылып, құйманың жақсы қалыптасуына әсер етеді. Доғалық вакуумдық балқыту доға ұзындығын қатаң қадағалауды талап етеді. Доға ұзаратын болса кристаллизатор қабырғасына ауысып, оны күйдіріп кетуі мүмкін. Суытқыштан шыққан судың металмен жанасуы тасырлақ газ тудырып, жарылысқа әкеліп соғуы мүмкін. Доғаның ұзындығының азаюы электрод пен ванна аралығын метал тамшылары тұйықтағанда токтың көтерілуін, ажыратылғанда кернеудің ұлғаюын туғызады. Әдетте ДВП ұзындығы 3-5 см доғамен жұмыс істейді.
Өндірістік ДВП 1 санатты электр тұтынушыларына жатады. Көбінесе әр пештің өзінің қуат көзі болады. ДВП кернеу ауытқуына өте сезімтал болғандықтан түзеткіш қондырғыларында үш фазалық көпірлік немесе алты фазалық нөлдік түзету сұлбалары пайдаланылады. ДВП үшін оптималдық қуат көзі болып ток көзі табылады: қуат көздерінде жүктеме тогы бойынша кері байланысты қолдану, резонанстық параметрлік ток көзін пайдалану.
Вентильдердің аса жүктелуге қабілетінің төмендігі тамшылық қысқа тұйықталу кезінде токты қатаң шектеуді қажет етеді. Тиристорлық агрегаттар жоғары дәлдікпен ток тұрақтандыруымен қатар ПӘК жоғары, габариттік өлшемдері және массасы шағын болады.
Трансформатордың екінші орамасына кері жұлдызды екі топ тиристорлар қосылған. Тегістегіш L1 және L2 реакторлары қысқа тұйықталу кезінде орын алатын токтың күрт ауытқуын шектейді. Ш1, Ш2 шунттары және ДТ1, ДТ2 ток трансформаторлары ток күшін өлшеуге пайдаланылады. Агрегаттарда импульстық-фазалық басқару қолданылады.
Параметрлік ток көзінің құрамына А фазасына қосылған кернеуді жүктеме астында реттегіші бар және басқарылмайтын вентильдерді қоректендіретін трансформатор кіреді. В фазасына токты реттейтін магниттеуші орамасы бар дроссель, С фазасына сыйымдылығы реттелетін конденсаторлық батарея қосылған. Реттеудің негізгі шарты қатынасын сақтау. Бұл жағдайда жүктеме тогы оның кедергісі, доға ұзындығы, жану жағдайы өзгергенмен, тұрақты болады.
Электр жабдықтарының маңызды элементі болып электрод берілу жылдамдығына әсер ететін автоматтық режим реттегіш табылады. Бұл реттегіш электродтың балқу жылдамдығын тұрақтандырады немесе берілген бағдарлама бойынша өзгертеді, доғаны жағуды, бүйірлік доға режимін және көлемдік разряд тууын болғызбауды қамтамасыз етеді [4].
1.4 Электр доғалық пісіру
1.4.1 Электр доғалық пісірудің қолданылуы және жіктелуі
Электр доғалық пісіру машина құру және құрылыс саласындағы негізгі технологиялық үрдіс болып табылады. Электр доғалық пісіру - әртүрлі бөлшектерді электр доғасы көмегімен балқыту арқылы ажырамайтын біріктіру алу үрдісі.
Пісіру орнын қыздыру және металды балқыту үшiн айнымалы және тұрақты тоқ доғасы пайдаланылады. Әдетте пісіріленетiн бөлшек пен электрод арасындағы жанатын тура әрекеттi доға қолданылады. Пісіру балқымайтын және балқитын электродтармен жүргізілуі мүмкін. Балқымайтын электрод ретінде балқу температурасы жоғары материалдар қолданылады (көмiр, вольфрам) және олар пісіру тігісін қалыптастыруға қатыспайды. Мұндай пісіру түрiнде пісіру аумағына қосымша қоспа материалдар енгiзiледi.
Көбiнесе балқитын электродты пісіру қолданылады. Электродтың металы мен пісірілетiн метал бұйымдардың шетi балқып бірігіп, пісіру ваннасын құрайды. Балқыған электрод металы пісіру ваннасына тамшы түрінде ағады. Металмен бірге пісіру кезінде электрод жабыны немесе флюс астында пісіру кезінде флюс балқиды. Балқыған метал мен қож арасында химиялық реакциялар жүреді. Қож құрамына әдетте т.б. және әртүрлі тұздар кіреді. Қож метал қасиеттерін жақсартады, доғаның жануын тұрақтандырады. Жабын құрамына сонымен қатар келесі заттар кіреді: крахмал, декстрин, целюлоза, ағаш ұнтағы, бор, мрамор т.б. Доғаның әсерінен олар ыдырап, пісіру ваннасын ауадан қорғайтын газ тудырады. Кейде пісіру орнын қоршаған ортадан қорғау үшін арнайы газдар (аргон, аргон-гелий, азот, көмір қышқыл газы) қолданылады.
Балқитын электродтың 80-95 % бөлігі ваннаға тамшылап ауысады, ал қалған 5-15 % бөлігі буланып және шашырап жоғалтылады. Доға ұзындығының (4-7 мм) және доғадағы потенциал градиентінің аздығына байланысты доғадағы кернеу құлауы 8-12 В құрайды. Анодтық және катодтық кернеу құлауы болғандықтан, жалпы электрод пен ванна арасындағы кернеу құлауы 18-45 В болады. Мұндай жағдайда қуат көзінің бос жүріс кернеуі болуы қажет.
Механизациялау деңгейі бойынша доғалық пісіру қолдық, жартылай автоматты және автоматты болып ажыратылады. Қолдық пісіру кезінде тігісті қалыптастыру операцияларын жұмысшы-пісіруші қолымен жүргізеді. Қолдық пісіру жабыны бар балқитын электродпен немесе газбен қорғалатын балқитын электродпен іске асырылады.
Қолдық пісірудiң өнiмдiлiгi қуат шектеулігіне және пісірушiнiң электродтарды ауыстыруға уақыт жіберуіне байланысты жоғары емес. Қолдық пісіру көп еңбек сіңіруді керек етеді, денсаулыққа зиянды, жоғары деңгейлі көп мамандарды қажет етеді. Жартылай автоматты балқитын электродпен пісіру кезінде операциялардың бір бөлігі автоматтандырылады: электродтық сымды немесе флюсты пісіру орнына беру, оттықты тігіс бойымен жылжыту т.б.
Механизацияландыру және автоматтандыру нәтижесінде пісіру өнімділігі 5-20 есе өседі, тігіс сапасы жоғарылайды, электр энергиясы және материалдар үнемделеді. Әдетте жартылай автоматтарымен пісіру кезінде сым немесе басқа пісіру материалдарын доға жану орнына беру механизацияландырылады, ал оттық пісіру тігісі бойымен қолмен жылжытылады. Кеңінен қолданылатын газ астында пісіретін жартылай автомат құрамына шлангілі оттық, электродтық сымды беруші механизм, сым оралған кассета, басқару шкафы, пісіру және басқару тізбегінің өткізгіштері, берілетін газ параметрлерін реттейтін және өлшейтін аппаратура, шланг, қуат көзі кіреді.
Флюс астында пісіру жартылай автоматтарында газ аппаратурасы флюс беретін құрылғылармен алмастырылады. Пісіру оттықтары 125-630 А токтарға арналып жасалады, өздігінен немесе ауа не сумен мәжбүрлі түрде суытылады.
Ұзын сымды қолдану электродты ауыстыруға кететін үзiлiстi болдырмауға мүмкiндiк бередi. Флюс пісіру доғасын, ваннасын және тiгiсiн атмосфералық әсерден қорғау үшiн қолданылады. Түйіршіктелген флюс пісіру сымы металл және флюс буына толған газдық көпiршiк ішінде жанатын доғаға енгізіледі. Тұрақтандырушы қоспасы бар флюстер, доғаның тұрақты жануын қамтамасыз етедi. Газдық көпiршiктегi жоғары қысым доғаның қуаты жоғары болған жағдайда да металл шашырауына мүмкiндiк бермейдi. Балқыған флюс пісіру тiгiсiн жауып тұрады, одан соң қож қабыршығы (5) түрінде қатады.
Балқыған флюстiң металмен әрекеттесуi оның механикалық қасиетiн жоғарылатуға мүмкiндiк бередi. Флюс пісіру аумағына берiледi және арнайы пневматикалық құралдар көмегiмен осы зонадан сыртқа шығарылады. Пісіру ваннасындағы метал тігіс (4) түрінде кристаллизацияланады. Электродты сымға пісіру тоғы түйiспелi мундштук арқылы берiледi.
Қорғағыш газ астында пісіргенде доға біраз қысыммен сопло (7) арқылы берілетін арнайы газбен (6) қоршалады (3.29 б сурет). Бақылаулы атмосфералы камерада инертті газдар көмегімен пісіру тез тотығатын металдарды біріктіру үшін қолданылады.
Пісіру автоматтары доғаны механизациялы қоздыруын және жануын, пісіру материалдарын беруді және доғаны пісіру түзуімен жылжытуды іске асырады. Автоматты пісірумен өте жауапты құрылымдарды жасайды: қазандықтар, үлкен диаметрлі құбырлар, цистерналар, теңіз кемелерінің корпустары т.б. Пісіру автоматтары электродты қозғалту, бағытын және орналасуын түзету, электродтық сымды тарқату механизмдерімен, флюс беру және сорып алу құрылғыларымен, газ беру және оның шығынын өзгерту аппаратурасымен қамтамасыз етіледі. Автоматтар аспалы, өздігінен жүретін, жалпы немесе арнайы пісіру тракторы түрінде болуы мүмкін. Пісіру тракторы негізінен флюс астында пісіруге арналған өздігінен жүретін агрегат, оның арбашасында пісіру оттығы, қозғалту және түзету механизмі, флюстік аппаратура, басқару жүйесі орналасады.
Автоматты пісіруді іс жүзінде іске асыру үшін доға ұзындығын автоматты түрде ұстап тұруды қамтамасыз ету керек. Бұл шарт екі жолмен шешілуі мүмкін:
1)Доғаның режиміне, яғни оның тоғы мен кернеуіне байланысты электродты беру жылдамдығын реттеуді пайдалану.
2)Электрлік доғаның өзіндік реттелу құбылысын пайдалану.
Бірінші әдісті пайдаланған кезде әдетте доғаның кернеуі және сымды беру жылдамдығы арасындағы пропорцияны ұстап тұру қажет. Бұл типтегі автоматтар төмен токты пісіру кезінде қолданылады. Өнімділігі жоғары автоматтарда, тоқ тығыздығы жоғары болған жағдайда доғаның өзіндік реттелу құбылысы пайдаланылады.
Өзіндік реттелудің тиімділігін қамтамасыз ету үшін қоректендіру көзінің сыртқы сипаттамасы қолмен пісіруге қарағанда қатаң болуы қажет. Мұндай сипаттамалар жазық құламалы болады. Флюс қабаты бар доғалық пісіру үшін технологиялық талапқа сәйкес айнымалы немесе тұрақты тоқ пайдаланылады. Тоғы 300-400 А асқанда айнымалы тоқ пайдаланылады. Автоматты пісіру пісірудің сапасын және өнімділігін ерекше арттыруға мүмкіндік береді [5].
1.4.2 Электр доғалық пісіру қуат көздері
Доғалық пісіру үшін тұрақты және айнымалы ток көздері қолданылады. Тұрақты ток көзі ретінде арнайы пісіру генераторлары және пісіру түзеткіштері пайдаланылады. Тұрақты ток генераторларының энергетикалық және пайдаланулық кемшіліктері болуы байланысты көбінесе доғалық пісіру үшін айнымалы ток көздері - арнайы трансформаторлар қолданылады.
Тағайындалуы бойынша пісіру ток көздері бір постылы және көп постылы болып бөлінеді. Құрылымы бойынша пісіру ток көздері стационарлық және жылжымалы болып жасалады. Пісіру ток көздері электр желісінен және іштен жанатын қозғалтқыш жетекті қондырғылар болып келеді.
Ток көздерінің негізгі көрсеткіштері болып оның кернеуінің жүктеме тогынан тәуелділігі - сыртқы сипаттамасы табылады. Сонымен қатар бұған доғадағы кернеудің пісіру тогынан тәуелділігі - доғаның статикалық сипаттамасы қосылады. Доғаның тұрақты жануы үшін қуат көзінің сыртқы сипаттамасы мен доғаның статикалық сипаттамалары сәйкес болуы керек. Қуат көзінің сыртқы сипаттамасы құламалы, қатаң немесе өспелі болуы мүмкін.
Қолдық доғалық пісіру үшін доғаның статикалық сипаттамасы қатаң болған жағдайда, қуат көзінің сыртқы сипаттамасы күрт құламалы болуы қажет. Мұндай сәйкестік пісіру үрдісі барысында доға ұзындығының өзгеруі кезінде пісіру тогының ауытқуын болдырмайды. Сыртқы сипаттамасы құламалы қуат көзіінің бос жүрістік кернеуі доғаның жұмыстық кернеуінен жоғары болады да, доғаның алғашқы және сөніп қалған кезінде қайта жануын (әсіресе айнымалы ток кезінде) жеңілдетеді.
1.5 Электротермиялық қондырғылар
1.5.1 Электротермиялық қондырғылардың қолданылуы және жіктелуі
Электротермиялық үрдістер мен қондырғыларда электр энергиясы әртүрлі физикалық механизмдермен жылу энергиясына айналдырылып, материалдар мен бұйымдардың қасиеттері мен қалпын өзгертуге, балқыту және буландыруға қолданылады.
Электрлік қыздыру отындыққа (көмір, мазут, газ) қарағанда келесі артықшылықтар береді:
а) берілген температуралық режимді өте қарапайым және дәл іске асыру;
б) жоғары қуатты аз көлемде концентрациялау мүмкіндігі;
в) жоғары температура (3000 0C) беруі;
г) бірыңғай жылу өрісін туғызу мүмкіндігі;
д) өңдеуді ыңғайлы ортада (инерттік, вакуум) өткізу мүмкіндігі;
е) өңделетін бұйымға газ әсерінің жоқтығы;
ж) қосымшалардың аз күюі;
и) алынатын металдардың жоғары сапалылығы;
к) оңай механизацияландырылуы және автоматтандырылуы;
л) ағындық желілерді қолдану мүмкіндігі;
м) қызметші персоналдың еңбек жағдайының артықшылығы.
Кемшіліктері:
а) құрылымының күрделілігі;
б) қондырғылардың және алынатын жылу энергиясының қымбаттылығы.
Электр энергиясын жылу энергиясына айналдыру әдісі бойынша электротермиялық қондырғылардың бөлінуі:
а) кедергілік;
б) индукциялық;
в) доғалық;
г) плазмалық;
д) диэлектрлік;
е) электрондық-сәулелік;
ж) лазерлік.
Жылу энергиясының бөліну орны бойынша:
а) тікелей қыздыру;
б) жанама қыздыру.
Тікелей қыздырғанда жылу жүктеменің өзінде бөлінеді, ол арқылы электр тогының өтуі, оның электромагниттік энергияны жұтуы немесе жүктемені бөлшектермен атқылау есебінде жүреді.
Жанама қыздыру кезінде электр энергиясы жылуға жүктемеден тыс жерде (бөлек) айналдырылып, оған жылу берілу, конвекция және сәулелену үрдістерімен беріледі. Сонымен қатар электротермиялық қондырғылар құрылыс белгілері (камералық, шахталық, конвейерлік, туннельдік т.б.) және тағайындалуы (қыздыратын, балқытатын) бойынша жіктеледі.
1.6 Электротермиялық қондырғылардағы жылу берілу
Электротермиялық қондырғыларда жылу берілу жылу алмасудың барлық түрімен іске асады: жылу өткізгіштік, конвекция және сәулелену.
Жылу өткізгіштік - заттың құрылымдық бөлшектерінің (молекула, атом, ион, электрон) тура жанасуы кезіндегі жылу беру үрдісі.
Фурье гипотезасы боцынша жылу өткізгіштік жолымен берілген жылу энергиясының мөлшері:
(1.13)
мұнда - жылу өткізу коэффициенті;
- жылу энергиясының таралу бағытындағы температураның градиенті;
- элементарлық уақыт;
- жылу ағынының бағытына перпендикуляр элементарлық аудан.
Конвекция - заттың ағынымен жылу берілуі, тек қана сұйықтарда және газдарда болатын құбылыс.
Ол әр түрлі қызған орта бөліктерінің тығыздығының айырмашылығы есебінен пайда болатын табиғи (еркін) конвекция және жасанды жолмен (желдеткіштер немесе сорғылар әсерімен) туатын, еріксіз конвекция болып бөлінеді.
Газбен немесе сұйықпен жанасатын қатты денеге (немесе керісінше) конвекция арқылы берілетін жылудың мөлшері, келесідей өрнектеледі:
(1.14)
мұнда - конвекциялық жылу беру коэффициенті;
, - дене қабырғасының және газдың температурасы;
- жылу беру жазықтық беті.
Конвективті жылу алмасу үрдісі өте күрделі және бірқатар факторларға байланысты жылу беру коэффициентімен анықталады.
Жылу беру коэффициенті жылу беруші және жылу қабылдаушы ортаның , температурасына, қатты дененің формасына және геометриялық өлшеміне, жанасатын ортаның жылу физикалық қасиеттері жылу өткізу коэффициентіне, меншікті жылу сыйымдылығына с, тығыздығы γ және қоюлығы ν, осы ортаның υ жылдамдығына және қозғалу сипаттамасына тәуелді
= f (, ,, ,с, γ, ν, υ)
Кейбiр зерттеулер нәтижесiнде конвективтiк жылу алмасудың жекелеген жағдайлардағы тәуелдiлiгi анықталған.
Ауамен жанасатын жазық қабырғалар үшiн (еркiн конвекция) жылу беру коэффициентiн , Вт(м²*°C) анықтау үшiн келесi формула алынған.
Қабырға вертикалды орналасқан жағдайда және қабырға мен ауа арасындағы температура айырмашылығы ауа=1585°C кезiнде
=4,0 (tқ - tауа)0,13 (1.15)
Осы қабырға үшiн Δt=85150°C кезiнде
=2,4 (tқ - tауа)0,25 (1.16)
Жоғары жағы ауамен жанасатын, горизонталды қабырға үшiн, Δt=15150°C
=2,5 (tқ - tауа)0,25 (1.17)
Осы температура жағдайындағы жылу берушi бетi төмен қараған горизонталды қабырға үшiн
=1,3 (tқ - t вауа)0,25 (1.18)
Еріксіз конвекция үшiн жылу беру кофэффициентi бiрiншi кезекте ортаның қозғалу υ жылдамдығына тәуелдi.
Ауаның қабырғаны бойлай еріксіз қозғалысы кезiнде мына формуланы пайдалануға болады:
=7,12 υ0,78 (1.19)
мұнда - υ ауаның қозғалыс жылдамдығы, мс (υ5мс үшiн қолданылатын өрнек).
Ортаның физикалық қасиеттерiмен, температура мәнiмен, қатты дененiң қалпымен, ортаның қозғалу сипатымен ерекшеленетiн әртүрлі жылу алмасу жағдайлары үшiн конвекциялық жылу беру коэффициентiн есептеу ұқсастық теориясы бойынша эксперименталды мәлiметтерді жалпылау негізінде алынған критериалды теңдеулер арқылы жүргiзiледi [6].
Сәулелену - энергияны электромагниттi толқын түрiнде жеткiзу. Бұл үрдiс жылу сәулелерi үшiн мөлдiр ортада iске асады. Сәлелену температурасы абсолюттi нөлден ерекшеленетiн барлық денеге тән. Қызған дененiң бетiндегi жылу энергиясы толқын ұзындығы 0,4-40 мкм электромагниттiк толқын энергиясына айналып және жарық жылдамдығымен таралады. Ұзындығы 0,4-0,8 мкм диапазондағы толқын көрiнетiн (жарықтық) сәулеге сәйкес, 0,8-40 мкм толқын ұзындығы инфрақызыл сәулесiне жатады.
Электромагниттiк толқындар энергиясы өз жолында қатты дененi кездестiргенде бiраз бөлiгi жұтылып, жылуға айналады, бiр бөлiгi одан шағылысады және бiр бөлiгi дене мөлдір болса өтiп кетедi. Техникада қолданылатын денелердiң (материалдардың) көбi жылу сәулесi үшiн мөлдiр емес, олардың өткiзу қабiлетi нөлге тең.
Жылу шығарудың негiзгi заңы - Стефан-Больцман заңы- абсолюттi қара дененiң 0 ден infinity толқын диапазонында шығарылатын сәулелi энергияның q (Втм2 ) меншiктi ағынын анықтайды.
(1.20)
мұнда Т- дененiң абсолюттік температурасы, К: Т=t+273;
сs=5,7 Вт(м2*К4) - абсолюттi қара дененiң сәулелену қабiлетi.
Кез келген қара емес дененiң сәулелену қабiлетi азырақ болады. "Сұр" денелер үшiн толқынның барлық диапазонында сәулелену қабiлетi бiрдей."Сұр" денелер үшiн Стефан-Больцман заңы келесi түрде болады
(1.21)
мұнда c= сsε, ε - "сұр" дененiң жылу шығару коэффициентi.
Жалпы табиғатта жылу өткiзгiштiк, конвекция, жылу шығарудың таза түрi өте сирек кездеседі. Көбiнесе ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Қ.ЖҰБАНОВ АТЫНДАҒЫ АҚТӨБЕ ӨҢІРЛІК УНИВЕРСИТЕТІ
ТЕХНИКАЛЫҚ ФАКУЛЬТЕТІ
МҰНАЙ-ГАЗ ІСІ КАФЕДРАСЫ
Курстық жобаны
қорғауға жіберілді
Кафедра меңгерушісі
Балғанова А.М.
____ _____________ 2023 ж.
ДИПЛОМДЫҚ ЖОБА
Тақырыбы: Электр доғалы және электрохимиялық қондырғыларды басқару
6В07106 - Электроэнергетика білім беру бағдарламасы бойынша
Орындадады: ______________ Бекдурдыев Санат
______________ Кабдрахим Олжас ______________ Нұртас Нұрболат
Ғылыми жетекші:
к.ф.-м.н доцент ______________ Жубаев А.К.
Ақтөбе 2023
Мазмұны
Қысқартылған сөздер мен белгіленулері 4
Кіріспе 5
I ТАРАУ Электр доғалы және электрохимиялық қондырғылар 7
1.1 Электр доғалық қыздыру 7
1.1.1 Электр доғалық разряды және оның құрылымы 7
1.1.2 Доғаның вольтамперлік сипаттамалары және оны реттеу 8
1.1.3 Айнымалы ток доғасы 10
1.1.4 Электр доғалық қыздырудың қолданылуы 11
1.2 Доғалық болат балқыту пештері 11
1.2.1 Доғалық болат балқыту пешінің құрылымы және технологиясы 11
1.2.2 Болат балқыту пешінің электр жабдықтары және электрмен жабдықтау сұлбасы 13
1.2.3 Доғалық пештің электрлік және жұмыстық сипаттамалары 15
1.3 Доғалық вакуумдық пештер 16
1.4 Электр доғалық пісіру 17
1.4.1 Электр доғалық пісірудің қолданылуы және жіктелуі 17
1.4.2 Электр доғалық пісіру қуат көздері 20
1.5 Электротермиялық қондырғылар 21
1.5.1 Электротермиялық қондырғылардың қолданылуы және жіктелуі 21
1.6 Электротермиялық қондырғылардағы жылу берілу 22
1.7 Электротермиялық қондырғыларда қолданылатын материалдар 25
1.7.1 Отқа төзімді материалдар 25
1.7.2 Жылу оқшаулағыш материалдары 26
1.7.3 Қызуға төзімді материалдар 26
1.7.4 Қыздырғыш элементтер 27
1.8 Қыздырғыш электр кедергі пештері 28
1.9 Сұйық ортада кедергімен қыздыру 33
1.9.1 Металдарды қыздыруға арналған сұйықтық электр кедергі пештері 34
II ТАРАУ. Электр қондырғылары туралы түсінік 35
2.1 Электр қондырғылары 35
2.2 Электрохимиялық қондырғылар 39
2.3 Доғалы пештер мақсаты 41
2.4 Электр доғалық пеш жабдықтарын басқару кешені 44
III ТАРАУ Пісіру өндірісінің технологиясы және электролиз 54
3.1 Пісіру тәсілдерінің физикалық мәні мен топтастырылуы 54
3.2 Электр доғалық пісіруді қолдану 55
3.2.1 Доғалық пісірудің негізгі түрлері 55
3.2.2. Пісіру доғасы және оның қасиеттері 57
3.2.3 Қолмен доғалық пісіру 58
3.2.4 Автоматты және жартылай автоматты доғалық пісіру 61
3.2.5 Пісіру автоматтары 63
3.3 Электролиз процессі 63
3.3.1 Электролиз процессінің қысқаша анықтама және ашылу тарихы. 63
3.3.2 Электролиз теориясы. 65
3.3.3 Электролиз негізінде жататын Фарадей заңдары. 70
3.3.4 Электролиз процессіне әсер ететін факторлар. 70
3.3.5 Өндірісте электролиздің қолданылуы. 73
Қортынды 75
Пайдаланылған әдебиеттер: 76
Қысқартылған сөздер мен белгіленулері
В-Вольт
КВ-кило Вольт
Гц-Герц
МГц-мега Герц
А-Ампер
МкА-микро Ампер
ЭКП-Электр кедергі пештері
АДП-Автомат доғалы пісіру
ТК-ток кернеуі
ЭҚК-Электр қозғаушы күш
ЭС-электрлік жүйе
Кіріспе
Бұл дипломдық жұмыс газ тәрізді ортадағы электр разрядын зерттейді. Ерекше қызығушылық разрядтардың әртүрлі түрлері, мысалы, электронды, иондық, плазмалық және т.б. Әрбір разряд түрінің өзіндік ерекшеліктері мен қолданбалары бар. Разрядтардың ең көп тараған түрлерінің бірі - электронды разряд. Ол электр өрісінің әсерінен газдағы электрондардың қозғалысына байланысты пайда болады. Электрондық разряд пайда болуы үшін электрондардың көзі ретінде әрекет ететін ионизатор болуы керек. Сондай-ақ ток күші, кернеу, энергия тығыздығы және т.б. сияқты разряд параметрлерін зерттеу қызығушылық тудырады. Бұл параметрлер электродтардың пішіні, газ ортасының физикалық қасиеттері және қолданылатын кернеудің шамасы сияқты әртүрлі факторлармен анықталады.
Бұл дипломдық жұмыста электр разрядын зерттеуге катод пен анодтағы потенциал амплитудасы әсер етеді. Катодтық потенциал 5-тен 15 В-қа дейін анықталады, ал анодтық потенциал 10-нан 20 В-қа дейін. Потенциалдың айырмашылығы электр разрядының негізгі қозғаушы күші болып табылатын потенциалдық градиентті жасайды. Осылайша, бұл дипломдық жұмыста газ тәріздес ортадағы электр разрядын эксперименттік зерттеу жүргізіледі. Ток, кернеу, энергия тығыздығы және т.б. сияқты разрядтың әртүрлі параметрлері зерттеледі. Шешім қабылдау, процесті оңтайландыру және болжамды қызмет көрсету үшін операциялық деректерді жинау, талдау және түсіндіру үшін деректерді талдау құралдарын пайдалану.
Үздіксіз жетілдіру және инновациялар үшін деректерді пайдалану стратегияларын енгізу.
Бюджеттеу және шығындарды басқару:
Техникалық қызмет көрсетуге, жабдықты жаңартуға, персоналды оқытуға және ережелерді сақтауға арналған бюджеттерді тиімді басқару.
Энергия тиімділігін арттыру және қалдықтарды азайту стратегиялары арқылы шығындарды үнемдеу мүмкіндіктерін анықтау.
Электр доғасы мен электрохимиялық зауытты басқару салалық стандарттар мен реттеуші талаптарды қанағаттандыра отырып, біркелкі және тұрақты жұмыстарды қамтамасыз ету үшін техникалық сараптаманы, қатаң қауіпсіздік тәжірибесін, қоршаған ортаны бақылауды және үздіксіз жақсарту стратегияларын біріктіретін кешенді тәсілді талап етеді.
Электр доғалық және электрохимиялық қондырғыларды басқару, әсіресе доғалық пештер, электролиз элементтері және басқа электрохимиялық реакторлар сияқты процестерде электр энергиясын өндіру немесе пайдалануды қамтитын өнеркәсіптік операциялардың маңызды аспектілері болып табылады. Міне, осы тақырыптарға кіріспе: лектр доғасы - үздіксіз электр разряды немесе газ арқылы өтетін ток, ол үздіксіз плазмалық разрядты тудырады. Ол әдетте екі электрод арасындағы жарық разряды ретінде көрінеді, бұл олардың арасындағы газдың иондалуы нәтижесінде пайда болады. оғалар доғалық дәнекерлеу, плазмалық кесу және металды балқыту және тазарту үшін доғалық пештер сияқты әртүрлі өнеркәсіптік қолданбаларда қолданылады.Электрохимиялық қондырғылар химиялық реакцияларды тудыру үшін электр энергиясын пайдаланатын процестерді қамтиды. Бұған электролиз кіреді, мұнда өздігінен пайда болмайтын химиялық реакцияны жүргізу үшін электролит арқылы электр тогы өтеді. лектрохимиялық зауыттар металл алу, тазарту, гальванизация, энергияны сақтау (аккумуляторлар), ағынды суларды тазарту және т.б. үшін әртүрлі салаларда қолданылады. лектр доғалық және электрохимиялық қондырғыларды басқару операцияларды, техникалық қызмет көрсетуді, қауіпсіздік хаттамаларын қадағалауды және тиімділікті оңтайландыруды қамтиды. абдыққа техникалық қызмет көрсету: электродтарды, қуат көздерін, салқындату жүйелерін және басқару элементтерін қоса алғанда, машиналардың дұрыс жұмыс істеуін және техникалық қызмет көрсетуін қамтамасыз ету. лектр доғасы мен электрохимиялық зауытты басқару жоғары энергия тұтыну, қоршаған ортаға әсер, жабдық тозуы және қауіпсіздік тәуекелдері сияқты қиындықтарға тап болады. бұл алалардың болашағы ақылды технологиялардағы жетістіктерді, автоматтандыруды, жаңартылатын энергия көздерін пайдалануды, неғұрлым тұрақты материалдарды қабылдауды және тиімділікті арттыру және қоршаған ортаға әсерді азайту үшін электрохимиялық процестердегі инновацияларды қамтуы мүмкін.
I ТАРАУ Электр доғалы және электрохимиялық қондырғылар
1.1 Электр доғалық қыздыру
1.1.1 Электр доғалық разряды және оның құрылымы
Сыртқы пішіні және сипаттамалары бойынша газдардағы электр разрядтары бірнеше түрге бөлінеді: электрондық, қараңғы (немесе бәсең), әлсіз жанған (бықсық) және доғалық. Егер разрядтық аралықта зарядталған бөлшектерді туғызу үшін сыртқы факторлар әсері - ионизаторлар (ультракүлгін, рентген сәулелері, осциллятор) қажет болса электр разряды тәуелді деп аталады. Тәуелсіз разряд кезінде зарядталған бөлшектер пайда болуын энергия көзі қамтамасыз етеді. Электр доғасы газдардағы электр разрядының жоғары ток тығыздығы және аз катодтық потенциал құлауымен сипатталатын түрі.
Теріс электродқа іргелес аймақты катодтық кернеу құлау аймағы деп атайды, онда кернеу құлау шамасы =5-15 В. Одан кейін доға бағанасы орналасады. Оң электродқа іргелес аймақты анодтық кернеу құлау аймағы деп атайды, кернеу құлау шамасы =10-20 В. Катодтық және анодтық кернеу құлау аймақтары өте аз (1 мкм) шаманы құрайды. Сондықтан бұл маңдағы потенциал градиенті өте жоғары 105-106 Всм.
Электродтар аралығындағы толық кернеу құлауы
(1.1)
Мұнда ,- анодтық және катодтық потенциал құлауы;
-электр өрісінің кернеулігі;
- доға ұзындығы.
Электродтар аралығында келесі үрдістер жүреді: ионизация, деионизация, диффузия, шекаралық беттердегі ионизация. Ионизация нәтижесінде газда үш түрлі зарядталған бөлшектер туады: электрондар, оң және теріс зарядты иондар. Доға бағанасындағы негізгі ионизация механизмі термиялық ионизация болып табылады.
Электродтар бетіне электрондар мен иондар соғылу кезінде олардың кинетикалық энергиясы өте жоғары болған жағдайда разрядтық аралыққа зарядталған бөлшектер ұрылып шығуы мүмкін. Бірақ негізінен разрядтық аралыққа зарядталған бөлшектер эмиссиялық механизм жолымен жүреді.
Зарядталған бөлшектердің атқылауы нәтижесінде жоғары температураға дейін қызған катодтан электрондар термоэлектрондық эмиссия жолымен шығады. Термоэлектрондық эмиссия тогының тығыздығы катодтың температурасына және материалына байланысты
(1.2)
мұнда - термоэлектрондық ток тығыздығы, Асм2;
- электрод материалымен анықталатын тұрақтылар;
- катод бетінің температурасы, К
Электрод маңындағы кернеулік шамасы жоғары болған жағдайда (105-106 Всм) автоэлектрондық эмиссия орын алуы мүмкін.
(1.3)
мұнда - термоэлектрондық ток тығыздығы, Асм2;
- электрод материалымен анықталатын тұрақтылар;
- электрод беті маңындағы кернеулік, Всм.
Деионизация үрдісі зарядтардың рекомбинациясы және олардың қоршаған ортаға диффузиясы нәтижесінде жүреді.
Стационарлық жағдайда бұл үрдістер арасында тепе-теңдік орын алады. Ионизация дәрежесінің температурадан, қысымнан және газ түрінен тәуелділігі Саха теңдеуімен сипатталады:
(1.4)
мұнда -газдың ионизация дәрежесі - көлем бірлігіндегі иондар немесе электрондар санының ионизацияға дейінгі толық нейтралдық молекулулар санына қатынасы;
-қысым, Па;
- температура, К;
- ионизация жұмысы, Дж;
-Больцман тұрақтысы.
1.1.2 Доғаның вольтамперлік сипаттамалары және оны реттеу
Доғаның маңызды тәуелділіктерінің бірі доға кернеуі мен тогының арасындағы тәуелділік болып табылады. Қалыптасқан режимдегі доға жағдайында (стационарлық тұрақты ток доғасы) бұл сипаттама статикалық деп аталады.
Токтың аз мәндерінде доғаның вольтамперлік сипаттамасы құламалы болып келеді, Айртон теңдеуімен бейнеленеді
(1.5)
мұнда - электрод материалына, газ құрамына және доғаның суытылу жағдайына байланысты анықталатын тұрақтылар;
- доға ұзындығы;
- доға тоғы.
Үлкен ток мәндерінде сипаттама келесі түрге келеді
(1.6)
(1.6) формуладағы катодтық және анодтық кернеу құлауларының қосындысын береді. - доға бағанасындағы градиент.
Доға электр тізбегі келесі теңдеумен сиптатталады
(1.7)
мұнда - нәрлендіру көзінің кернеуі;
- доғадағы кернеу;
-доға тогы;
-доға тізбегінің активтік кедергісі;
-доға тізбегінің индуктивтігі.
Доға нәрлендіру көзінің сыртқы сипаттамасы болып табылатын () түзуі мен доғаның вольтамперлік сипаттамасының А және Б қиылысу нүктелерінде жанады. Бірақ А нүктесінде ток кездейсоқ азаятын болса, доға аралығына түсетін кернеу доға кернеуінен аз болуы себептен, доғаның жануы орнықсыз болады да, ток доға сөнгенше төмендейді. Ток өсетін болса, доға аралықтағы кернеудің доға кернеуінен жоғары болуы себептен ток Б нүктесіндегі мәніне дейін өседі. Бұл нүктеде доға орнықты жанады. Доғаның орнықты жану шарты
(1.8)
Доғаның вольтамперлік сипаттамасын бірнеше жолмен реттеуге болады:
- нәрлендіру көзінің кернеуін реттеу арқылы ;
- доға тізбегінің кедергісін реттеу арқылы ;
- доғаға әртүрлі факторлармен әсер ету жолымен: доға ұзындығын өзгерту, қоршаған ортаны және оның қысымын өзгерту, газ ағыны, магнит өрісі әсері [1].
1.1.3 Айнымалы ток доғасы
Айнымалы ток доғасында ток пен кернеу периодына екі рет бағыты мен полярлығын ауыстырып, нольден өтеді. Осы кезде доға разряды өшіп, қайта жанады.
Доға өшкен кезде электродтық аралықта температура төмендеп деионизация үрдісі жүреді, оның диэлектрлік беріктігі ұлғаяды, электродтардың потенциалы өседі. Кернеу электродтық аралықтың диэлектрлік беріктігін тесуге жеткілікті болғанда доға қайта жанады. Доға тогы өсуімен қатар аралықтың температурасы жоғарылауына байланысты электрөткізгіштіктің өсуінен доға кернеуі төмендейді. Содан кейін кернеу ток максимумынан өтіп белгілі бір шамаға дейін азайғанша тұрақтанады, доға өшуі алдында біраз өседі. Доға периодына екі рет өшіп-жануына байланысты кернеу графигінде әр периодында екі жану және өшу шыңдары болады. Активтік кедергілі тізбекте доға жануында үзіліс болады. Үзіліс ұзақтығы электродтар аралығының диэлектрлік беріктігі мен кернеу өсу жылдамдығы қатынасымен, электродтар температурасымен анықталады.
Доғасыз аралықтарды электр тізбегіне индуктивтік кедергі қосқанда ток пен кернеу арасында пайда болатын ығысу арқылы реттеуге болады. Нәрлендіру көзінің кернеуі төмендегенде доғадағы кернеу индуктивтік кедергінің электромагниттік энергиясы есебінен сақталады. Доғаның үзіліссіз жануы 0,85 жағдайында қамтамасыз етіледі.
Айнымалы ток доғасының вольтамперлік сипаттамасы - кернеу өзгеруінің бір периодтағы ток өзгеруінен тәуелділігі, динамикалық болып келеді. Ток және кернеу графиктерінің қалпына байланысты әр түрлі болуы мүмкін [2].
1.1.4 Электр доғалық қыздырудың қолданылуы
Электр доғалық қыздыру металлургия, химия, машина құру және басқа өндіріс салаларында кеңінен қолданылады. Электр доғалық қыздырумен қара және түрлі-түсті метал, қорытпалар, рудалық материалдар балқытылады:
1.Болат сынықтарын электрлік балқыту.
2.Мыс балқыту.
3.Металдарды рудалардан тотықсыздандыру.
4.Ферроқорытпаларды рафинациялау.
5.Вакуумдық-доғалық қайта балқыту.
6.Доғалық пісіру т.б.
Соңғы жылдары болатты электр доғалық балқыту жолымен алу үлесі конверторлық, әсіресе мартендік әдісті ығыстыру есебінен елеулі ұлғайды.
Доғалық пештерде болат балқытып шығару үлкен қарқынмен өсуде: 1995 ж. - 752 млн. т (32,6%), 1999 ж. - 788 млн. т, 2003 ж. - 895 млн. т.
Қуатына қарай доғалық болат балқыту пештері аса қуатты (меншікті қуаты 700 кВАт), қуатты (400-700 кВАт), орта қуатты (200-400 кВАт) болып бөлінеді.
Электр доғалық пештері доғаның әсер етуіне қарай тікелей және жанама қыздыратын болып бөлінеді. Тікелей қыздыратын пештерде доға электрод пен балқыған материал арасында жанады. Жанама қыздыратын пештерде - екі (үш, төрт, алты) электрод арасында. Кеңінен тараған электр доғалық тікелей қыздыру пештері, қара және баяу балқитын металдарды және рудалық материалдарды балқыту үшін қолданылады. Жанама қыздыратын пештерде түрлі-түсті металдар, кейде шойын және никель балқытылады.
1.2 Доғалық болат балқыту пештері
1.2.1 Доғалық болат балқыту пешінің құрылымы және технологиясы
Доғалық пеш төбесі күмбезбен (6) жабылған, іші отқа төзімді және жылу оқшаулағыш материалмен (5) қаланған (футеровка) металдық қаптама (4) болып табылады. Күмбезден арнайы тесіктер арқылы пеш ішіне (жұмыс кеңістігіне) электродтар (9) түсіріледі. Шихтаны (3) балқыту және металды термоөңдеу электродтар мен шихта арсында жанған электр доғасының жылуы есебінен жүреді. Шихтаны пешке салу және үрдіс барысында шығатын қожды ысыру, ваннаның ішін қарау үшін жұмыстық терезе (10), дайын балқытпаны төгу үшін төгетін тұмсық (2) қарастырылады. Шихта пештің үстінен күмбезді ашып салынуы да мүмкін. Пеш металды төгу үшін еңкейту (11), күмбезді ашу үшін көтеру немесе бұру, электродтарды қозғалту механизмдерімен жабдықталады. Бұл мақсатта гидравликалық немесе электромеханикалық жетектер пайдаланады. Электродтар қозғалту механизмімен жалғасқан арнайы электрод ұстағыштарда (8) бекітіледі.
Болат балқытудың дәстүрлі технологиялық үрдісі келесі сатылардан тұрады:
1.Футеровканың ішкі бетінің бұзылған жерлерін толықтыру.
2.Шихтаны - метал сынықтары, қож туғызатындарды салу.
3.Балқыту. Балқытпа бетінде қож пайда болуы, фосфорды аластату.
4.Тотықтандыру периоды. Фосфорды аластатуды аяқтау. Ваннаның СО көпіршіктері қалқып шығуына байланысты қайнауы.
5.Тотықсыздандыру периоды. Метал ваннасынан оттегін ферросилиций қоспаларымен шығару. Күкіртті аластату.
6.Металды төгу.
Шихта балқу барысында электродтар оның ішіне төмен түсіп, құдықтар пайда болады. Балқу сатысында технологиялық қысқа тұйықталуы, шихтаның құдыққа құлауы себебінен электр доғалары жиі үзіліп, тұрақсыз жанады. Шихтаны балқыту периодында барлық электр энергиясының (60-80) % -ы жұмсалады. Метал балқығаннан кейінгі сатыларда доға тұрақтанады. Балқыған ваннада темір, кремний, марганец, фосфор тотығып, оксид түрінде ванна бетіне қож болып қалқып шығады. Қожда кремний оксиды темір, марганец шала оксидтерімен қосылып силикаттар құрайды. Бұл үрдістерді үдету үшін ваннаға темір рудасын қосады немесе оттегін үрлейді. Метал көміртегі рудадағы металды тотықсыздандырады да, көпіршік түрінде көміртегі тотығы пайда болып, ванна бетіне қалқып шығу нәтижесінде ванна қайнайды. Көміртегі жеткіліксіз болған жағдайда ваннаға шойын, кокс, электрод сынықтарын тастайды. Жиналған қожды пештен жұмыс терезесінен ағызып, қалғанын сыртқа ысырып тастайды. Бұл кезде пеш өшіріліп, электродтар жоғары көтеріледі.
Тотықсыздандыру периодында металдан күкіртті аластатады. Ол үшін ваннаға ферросилиций мен ферромарганец қосып, ванна бетіне тағы қож жинайды. Пешке флюс қосылған әктас және ұсақталған кокс, ферросилиций салады. Күкірт әктаспен байланады.Балқыту соңында керекті құрамды метал алу үшін ваннаға арнайы қоспалар қосады.
Қазіргі кезде жетілдірілген болат балқыту технологиясы қолдануда:
1.Шихтаны дайындау.
2.Болатты доғалық пеште қысқартылған тотықтандыру периодымен балқыту.
3.Металды ожауға төгу.
4.Металды қажетті құрамды және қалыпты жағдайға дейін пештен тыс қондырғысында жеткізу.
5. Металды дайындамаларды үздіксіз құю қондырғысында құйып тарату.
Болатты балқыту кезінде жүретін әр түрлі технологиялық үрдістердің талабы бойынша пештің электрлік режимі өзгеріп отыруы қажет. Балқыту барысында қуат пен кернеу (40-100) % аралығында өзгереді. Сондықтан пеш трансформаторы икемді қуат реттеуді қамтамасыз етуі қажет. Бұл трансформатордың кернеу сатыларын ауыстырып қосу және доға ұзындығын өзгерту арқылы жүзеге асырылады.
Доғалық болат балқыту пештері электр жүйесі үшін қуатты және жағымсыз электр тұтынушысы болып табылады. Оның қуат коэффициенті =0,7-0,8, желіден тұтынатын қуаты балқыту барысында өзгеріп отырады, режимі доғаның үзілуі және технологиялық қысқа тұйықталуына байланысты токтың жиі кенет өзгеруімен сипатталады. Доға басқа тұтынушыларға жағымсыз және электр желісінде қосымша жоғалыстар туғызатын, жоғары жиілікті гармоникалар шығарады. Қуат коэффициентін жоғарылату үшін нәрлендіру подстанциясының шиналарына конденсаторлық топтар қосады. Жоғары жиілікті гармоникалармен фильтрлерді пайдалану арқылы күреседі. Пештер подстанциясын басқа тұтынушылармен 110, 220 кВ кернеумен байланысқан жеке нәрлендіруге бөлу кеңінен қолданылады [3].
1.2.2 Болат балқыту пешінің электр жабдықтары және электрмен жабдықтау сұлбасы
Болат балқыту пешінің электр жабдықтарының және электр жабдықтау сұлбасының бірқатар ерекшеліктері бар. Электрдоғалық пештің ток тізбегіне кіретін негізгі электр жабдықтарына келесілер жатады.
1) Электр доғалық пеш, электродтары және ваннамен бірге;
2) Пешті трансформатормен қосатын шина және кабельдер жүйесі, қысқа желі. Қысқа желі деп трансформатордың екінші сыртқа шығарушы өткізгіші мен электродтарды қосатын ток өткізгішті атайды.
3) Пештік трансформатор;
4) Реактор, қысқа тұйықталу тогын шектейді және доғаның балқыту сатысында тұрақты жануына ықпал жасайды;
5) Коммутациялық аппаратура: бас жоғары вольтты ажыратқыш, айырғыш, реакторды тұйықтайтын ажыратқыш;
6) Өлшегіш және қорғағыш аппаратура (кернеу, ток трансформаторлары, аспаптар т.б.).
Қысқа желі ұзындығының аздығына қарамастан оның активтік, әсіресе индуктивтік кедергісі пештің жалпы кедергісінде елеулі орын алады. Олар пештің энергетикалық көрсеткіштеріне (қуаты, энергетикалық пайдалы әсер коэффициенті, қуат коэффициенті т.б.) едәуір ықпал етеді. Сондықтан қысқа желіні құрағанда оның активтік және индуктивтік кедергілерін азайтуға және фазалар бойынша тегістеуге, фазалардың өзара индукциясын төмендетуге тырысады. Қысқа желі фазаларының өзара индукциясының айырмашылығы болуы қуаттың бір фазадан басқаларға ауысуына әкеліп соғады. Бұдан кернеу симметриялы, ток және активтік кедергі тең болғанымен, фазалардың активтік қуаты әртүрлі болып шығады. Нәтижесінде бір фазаның қуаты жоғары (жабайы фаза), екіншісінікі төмен (өлі фаза) болады. Толық қуат сақталғанмен, қуат ауысуы пештің технико-экономикалық көрсеткіштеріне теріс ықпалын тигізеді. Себебі пеш ваннасы көлемінде бірқалыпты жылу бөлінуі бұзылады. Жабайы фаза маңында футеровка тозуы ұлғаяды, электрод шығыны өседі.
Аталған кемшіліктерді жою мақсатында әртүрлі қысқа желінің қосылу сұлбалары пайдаланылады:
1)Трансформатор шығарыс шиналарындағы үшбұрыш;
2)Симметриялық емес үшбұрыш;
3)Электродтардағы үшбұрыш;
Ең үлкен симметриялы сұлба (1), ең аз симметриялы сұлба (3), ең көп қолданылатын сұлба (2). Ең келешегі бар болып триангуляцияланған үшбұрышты қысқа желі саналады. Бұл қысқа желі қосылысы 1-ші сұлбадан айырмасы электродтар мен трансформатордың шығару шиналарын қосатын токөткізгіштер бір жазықтықта емес тең қабырғалы үшбұрыштың төбелерінде орналасады. Фазалардың өзара индукциясы теңелуіне байланысты симметриялық емес коэффициенті ең төмені болады. Бұл сұлба қуатты пештерде қолданылады.
1.2.3 Доғалық пештің электрлік және жұмыстық сипаттамалары
Болат балқыту доғалық пештерінің жоғары технико-экономикалық көрсеткіштерін қамтамасыз ету үшін технологиялық үрдіс барысында электрлік режимдерін реттеп отыру қажет. Негізгі технико-экономикалық көрсеткіштерге меншікті электроэнергия шығыны (кВт сағт), өнімділік (тсағ.), меншікті электродтар шығыны (кгт), меншікті отқа төзімді материалдар шығыны (кгт) т.б. жатады.
Электр режимдерін реттеуді нәрлендіру кернеуін немесе доға ұзындығын (доға тогын) өзгерту арқылы іске асыруға болады. Негізінен электр режимін реттеу доға ұзындығын, сонымен қатар токты үзіліссіз өзгерту арқылы жүргізіледі. Пайдалы және толық актив қуатының, электрлік шығындардың, электр ПӘК, қуат коэффициентінің токтан тәуелділігі пештің электрлік сипаттамасы деп аталады. Мұндай тәуелділіктерді пештің орнын басу сұлбасын қолданып салады. Электрлік көзқарастан доғалық пешті трансформатордың төменгі жағына қосылған активтік және индуктивтік кедергілер жинағы ретінде қарастыруға болады.
Доғалық пештің оптималдық режимін табу үшін тек электрлік сипаттаманы білу жеткіліксіз. Доғалық пеш технологиялық агрегат болғандықтан, оның технологиялық көрсеткіштерінің - меншікті электр энергия шығынының, сағаттық өнімділігінің, балқыту уақытының, толық пайдалы әсер коэффициентінің токтан тәуелділігін жұмыстық сипаттамасын анықтау қажет.
Бұл көрсеткіштер келесі формулалармен табылады.
Меншікті электр энергия шығыны, кВт сағт
. (1.9)
Сағаттық өнімділігі, тсағ
. (1.10)
1 т болатты балқыту уақыты, сағт
. (1.11)
Толық пайдалы әсер коэффициенті
(1.12)
1.3 Доғалық вакуумдық пештер
Әдетте доғалық (немесе басқа) пештерде алынған метал сапасын жоғарылату үшін оны төменгі қысымда вакуумдық доғалық пештерде (ВДП) қайта балқытып, зиянды қоспалар мен газдардан тазартады. Көбінесе ВДП жоғары реакциялық металдарды (титан, ниобий, вольфрам, цирконий, тантал, молибден) және жоғары сапалы арнайы болатты қайта балқытуға қолданады. Жұмыс камерасындағы қысым 1,000-0,001 Па-ға дейін төмендетіледі. ВДП бірнеше жүз кг-нан 50-60 т-ға дейін құймалар алуға болады. Электрод ретінде ВДП әртүрлі металлургиялық өңдеумен алынған құймаларды пайдаланады. Кейде балқытылмайтын электродтар қолданып, пешке қайта балқытылатын метал кесектері салынады. Бұл тәсілдердің әрқайсысы екі түрлі сұлбамен іске асырылады: бітеу кристаллизаторға балқыту, құйманы суырып алуға балқыту.
Метал электрод пен сұйық метал ваннасының арасында жанатын доғамен балқытылады. Метал тамшылары вакуум ортадан өткенде қоспалардан және газдардан тазарып, құйманың жоғары жағындағы сұйық ваннаға жиналады. Кристаллизаторды қатты суыту металдың тез қатайып кристаллизациялануын қамтамасыз етеді. Доғаны тұрақтандыру, кернеуді көтеру, ваннаны араластыру арқылы металдың құрылымын жақсарту үшін үрдіс барысында доғаға соленоид магнит өрісімен әсер етеді. Балқытып құю аяқталғаннан кейін вакуумды тоқтатады, кристаллизаторды ажыратып, суытады, құйманы түсіреді.
Вакуумде метал қатты шашырап, кристаллизатор қабырғасында тамшылар түрінде қатады. Сондықтан бұл қабаттан тұратын құйманың сырты іркілдек болып қалыптасады және қосымша сыдыруды қажет етеді. ДВП-де балқыту тұрақты токпен жүргізіледі. Айнымалы ток доғасы терең вакуумның болмауынан, кристаллизатордың қатты суытылуынан тұрақсыз жанады.
Электрод-катодпен балқыту тік полярлы доғамен балқыту деп аталады. Ал электрод-анодпен балқыту кері полярлы деп аталады. Әдетте кері полярлы доға қолданылады. Оның себебі электрондар атқылауынан ванна қосымша қыздырылып, құйманың жақсы қалыптасуына әсер етеді. Доғалық вакуумдық балқыту доға ұзындығын қатаң қадағалауды талап етеді. Доға ұзаратын болса кристаллизатор қабырғасына ауысып, оны күйдіріп кетуі мүмкін. Суытқыштан шыққан судың металмен жанасуы тасырлақ газ тудырып, жарылысқа әкеліп соғуы мүмкін. Доғаның ұзындығының азаюы электрод пен ванна аралығын метал тамшылары тұйықтағанда токтың көтерілуін, ажыратылғанда кернеудің ұлғаюын туғызады. Әдетте ДВП ұзындығы 3-5 см доғамен жұмыс істейді.
Өндірістік ДВП 1 санатты электр тұтынушыларына жатады. Көбінесе әр пештің өзінің қуат көзі болады. ДВП кернеу ауытқуына өте сезімтал болғандықтан түзеткіш қондырғыларында үш фазалық көпірлік немесе алты фазалық нөлдік түзету сұлбалары пайдаланылады. ДВП үшін оптималдық қуат көзі болып ток көзі табылады: қуат көздерінде жүктеме тогы бойынша кері байланысты қолдану, резонанстық параметрлік ток көзін пайдалану.
Вентильдердің аса жүктелуге қабілетінің төмендігі тамшылық қысқа тұйықталу кезінде токты қатаң шектеуді қажет етеді. Тиристорлық агрегаттар жоғары дәлдікпен ток тұрақтандыруымен қатар ПӘК жоғары, габариттік өлшемдері және массасы шағын болады.
Трансформатордың екінші орамасына кері жұлдызды екі топ тиристорлар қосылған. Тегістегіш L1 және L2 реакторлары қысқа тұйықталу кезінде орын алатын токтың күрт ауытқуын шектейді. Ш1, Ш2 шунттары және ДТ1, ДТ2 ток трансформаторлары ток күшін өлшеуге пайдаланылады. Агрегаттарда импульстық-фазалық басқару қолданылады.
Параметрлік ток көзінің құрамына А фазасына қосылған кернеуді жүктеме астында реттегіші бар және басқарылмайтын вентильдерді қоректендіретін трансформатор кіреді. В фазасына токты реттейтін магниттеуші орамасы бар дроссель, С фазасына сыйымдылығы реттелетін конденсаторлық батарея қосылған. Реттеудің негізгі шарты қатынасын сақтау. Бұл жағдайда жүктеме тогы оның кедергісі, доға ұзындығы, жану жағдайы өзгергенмен, тұрақты болады.
Электр жабдықтарының маңызды элементі болып электрод берілу жылдамдығына әсер ететін автоматтық режим реттегіш табылады. Бұл реттегіш электродтың балқу жылдамдығын тұрақтандырады немесе берілген бағдарлама бойынша өзгертеді, доғаны жағуды, бүйірлік доға режимін және көлемдік разряд тууын болғызбауды қамтамасыз етеді [4].
1.4 Электр доғалық пісіру
1.4.1 Электр доғалық пісірудің қолданылуы және жіктелуі
Электр доғалық пісіру машина құру және құрылыс саласындағы негізгі технологиялық үрдіс болып табылады. Электр доғалық пісіру - әртүрлі бөлшектерді электр доғасы көмегімен балқыту арқылы ажырамайтын біріктіру алу үрдісі.
Пісіру орнын қыздыру және металды балқыту үшiн айнымалы және тұрақты тоқ доғасы пайдаланылады. Әдетте пісіріленетiн бөлшек пен электрод арасындағы жанатын тура әрекеттi доға қолданылады. Пісіру балқымайтын және балқитын электродтармен жүргізілуі мүмкін. Балқымайтын электрод ретінде балқу температурасы жоғары материалдар қолданылады (көмiр, вольфрам) және олар пісіру тігісін қалыптастыруға қатыспайды. Мұндай пісіру түрiнде пісіру аумағына қосымша қоспа материалдар енгiзiледi.
Көбiнесе балқитын электродты пісіру қолданылады. Электродтың металы мен пісірілетiн метал бұйымдардың шетi балқып бірігіп, пісіру ваннасын құрайды. Балқыған электрод металы пісіру ваннасына тамшы түрінде ағады. Металмен бірге пісіру кезінде электрод жабыны немесе флюс астында пісіру кезінде флюс балқиды. Балқыған метал мен қож арасында химиялық реакциялар жүреді. Қож құрамына әдетте т.б. және әртүрлі тұздар кіреді. Қож метал қасиеттерін жақсартады, доғаның жануын тұрақтандырады. Жабын құрамына сонымен қатар келесі заттар кіреді: крахмал, декстрин, целюлоза, ағаш ұнтағы, бор, мрамор т.б. Доғаның әсерінен олар ыдырап, пісіру ваннасын ауадан қорғайтын газ тудырады. Кейде пісіру орнын қоршаған ортадан қорғау үшін арнайы газдар (аргон, аргон-гелий, азот, көмір қышқыл газы) қолданылады.
Балқитын электродтың 80-95 % бөлігі ваннаға тамшылап ауысады, ал қалған 5-15 % бөлігі буланып және шашырап жоғалтылады. Доға ұзындығының (4-7 мм) және доғадағы потенциал градиентінің аздығына байланысты доғадағы кернеу құлауы 8-12 В құрайды. Анодтық және катодтық кернеу құлауы болғандықтан, жалпы электрод пен ванна арасындағы кернеу құлауы 18-45 В болады. Мұндай жағдайда қуат көзінің бос жүріс кернеуі болуы қажет.
Механизациялау деңгейі бойынша доғалық пісіру қолдық, жартылай автоматты және автоматты болып ажыратылады. Қолдық пісіру кезінде тігісті қалыптастыру операцияларын жұмысшы-пісіруші қолымен жүргізеді. Қолдық пісіру жабыны бар балқитын электродпен немесе газбен қорғалатын балқитын электродпен іске асырылады.
Қолдық пісірудiң өнiмдiлiгi қуат шектеулігіне және пісірушiнiң электродтарды ауыстыруға уақыт жіберуіне байланысты жоғары емес. Қолдық пісіру көп еңбек сіңіруді керек етеді, денсаулыққа зиянды, жоғары деңгейлі көп мамандарды қажет етеді. Жартылай автоматты балқитын электродпен пісіру кезінде операциялардың бір бөлігі автоматтандырылады: электродтық сымды немесе флюсты пісіру орнына беру, оттықты тігіс бойымен жылжыту т.б.
Механизацияландыру және автоматтандыру нәтижесінде пісіру өнімділігі 5-20 есе өседі, тігіс сапасы жоғарылайды, электр энергиясы және материалдар үнемделеді. Әдетте жартылай автоматтарымен пісіру кезінде сым немесе басқа пісіру материалдарын доға жану орнына беру механизацияландырылады, ал оттық пісіру тігісі бойымен қолмен жылжытылады. Кеңінен қолданылатын газ астында пісіретін жартылай автомат құрамына шлангілі оттық, электродтық сымды беруші механизм, сым оралған кассета, басқару шкафы, пісіру және басқару тізбегінің өткізгіштері, берілетін газ параметрлерін реттейтін және өлшейтін аппаратура, шланг, қуат көзі кіреді.
Флюс астында пісіру жартылай автоматтарында газ аппаратурасы флюс беретін құрылғылармен алмастырылады. Пісіру оттықтары 125-630 А токтарға арналып жасалады, өздігінен немесе ауа не сумен мәжбүрлі түрде суытылады.
Ұзын сымды қолдану электродты ауыстыруға кететін үзiлiстi болдырмауға мүмкiндiк бередi. Флюс пісіру доғасын, ваннасын және тiгiсiн атмосфералық әсерден қорғау үшiн қолданылады. Түйіршіктелген флюс пісіру сымы металл және флюс буына толған газдық көпiршiк ішінде жанатын доғаға енгізіледі. Тұрақтандырушы қоспасы бар флюстер, доғаның тұрақты жануын қамтамасыз етедi. Газдық көпiршiктегi жоғары қысым доғаның қуаты жоғары болған жағдайда да металл шашырауына мүмкiндiк бермейдi. Балқыған флюс пісіру тiгiсiн жауып тұрады, одан соң қож қабыршығы (5) түрінде қатады.
Балқыған флюстiң металмен әрекеттесуi оның механикалық қасиетiн жоғарылатуға мүмкiндiк бередi. Флюс пісіру аумағына берiледi және арнайы пневматикалық құралдар көмегiмен осы зонадан сыртқа шығарылады. Пісіру ваннасындағы метал тігіс (4) түрінде кристаллизацияланады. Электродты сымға пісіру тоғы түйiспелi мундштук арқылы берiледi.
Қорғағыш газ астында пісіргенде доға біраз қысыммен сопло (7) арқылы берілетін арнайы газбен (6) қоршалады (3.29 б сурет). Бақылаулы атмосфералы камерада инертті газдар көмегімен пісіру тез тотығатын металдарды біріктіру үшін қолданылады.
Пісіру автоматтары доғаны механизациялы қоздыруын және жануын, пісіру материалдарын беруді және доғаны пісіру түзуімен жылжытуды іске асырады. Автоматты пісірумен өте жауапты құрылымдарды жасайды: қазандықтар, үлкен диаметрлі құбырлар, цистерналар, теңіз кемелерінің корпустары т.б. Пісіру автоматтары электродты қозғалту, бағытын және орналасуын түзету, электродтық сымды тарқату механизмдерімен, флюс беру және сорып алу құрылғыларымен, газ беру және оның шығынын өзгерту аппаратурасымен қамтамасыз етіледі. Автоматтар аспалы, өздігінен жүретін, жалпы немесе арнайы пісіру тракторы түрінде болуы мүмкін. Пісіру тракторы негізінен флюс астында пісіруге арналған өздігінен жүретін агрегат, оның арбашасында пісіру оттығы, қозғалту және түзету механизмі, флюстік аппаратура, басқару жүйесі орналасады.
Автоматты пісіруді іс жүзінде іске асыру үшін доға ұзындығын автоматты түрде ұстап тұруды қамтамасыз ету керек. Бұл шарт екі жолмен шешілуі мүмкін:
1)Доғаның режиміне, яғни оның тоғы мен кернеуіне байланысты электродты беру жылдамдығын реттеуді пайдалану.
2)Электрлік доғаның өзіндік реттелу құбылысын пайдалану.
Бірінші әдісті пайдаланған кезде әдетте доғаның кернеуі және сымды беру жылдамдығы арасындағы пропорцияны ұстап тұру қажет. Бұл типтегі автоматтар төмен токты пісіру кезінде қолданылады. Өнімділігі жоғары автоматтарда, тоқ тығыздығы жоғары болған жағдайда доғаның өзіндік реттелу құбылысы пайдаланылады.
Өзіндік реттелудің тиімділігін қамтамасыз ету үшін қоректендіру көзінің сыртқы сипаттамасы қолмен пісіруге қарағанда қатаң болуы қажет. Мұндай сипаттамалар жазық құламалы болады. Флюс қабаты бар доғалық пісіру үшін технологиялық талапқа сәйкес айнымалы немесе тұрақты тоқ пайдаланылады. Тоғы 300-400 А асқанда айнымалы тоқ пайдаланылады. Автоматты пісіру пісірудің сапасын және өнімділігін ерекше арттыруға мүмкіндік береді [5].
1.4.2 Электр доғалық пісіру қуат көздері
Доғалық пісіру үшін тұрақты және айнымалы ток көздері қолданылады. Тұрақты ток көзі ретінде арнайы пісіру генераторлары және пісіру түзеткіштері пайдаланылады. Тұрақты ток генераторларының энергетикалық және пайдаланулық кемшіліктері болуы байланысты көбінесе доғалық пісіру үшін айнымалы ток көздері - арнайы трансформаторлар қолданылады.
Тағайындалуы бойынша пісіру ток көздері бір постылы және көп постылы болып бөлінеді. Құрылымы бойынша пісіру ток көздері стационарлық және жылжымалы болып жасалады. Пісіру ток көздері электр желісінен және іштен жанатын қозғалтқыш жетекті қондырғылар болып келеді.
Ток көздерінің негізгі көрсеткіштері болып оның кернеуінің жүктеме тогынан тәуелділігі - сыртқы сипаттамасы табылады. Сонымен қатар бұған доғадағы кернеудің пісіру тогынан тәуелділігі - доғаның статикалық сипаттамасы қосылады. Доғаның тұрақты жануы үшін қуат көзінің сыртқы сипаттамасы мен доғаның статикалық сипаттамалары сәйкес болуы керек. Қуат көзінің сыртқы сипаттамасы құламалы, қатаң немесе өспелі болуы мүмкін.
Қолдық доғалық пісіру үшін доғаның статикалық сипаттамасы қатаң болған жағдайда, қуат көзінің сыртқы сипаттамасы күрт құламалы болуы қажет. Мұндай сәйкестік пісіру үрдісі барысында доға ұзындығының өзгеруі кезінде пісіру тогының ауытқуын болдырмайды. Сыртқы сипаттамасы құламалы қуат көзіінің бос жүрістік кернеуі доғаның жұмыстық кернеуінен жоғары болады да, доғаның алғашқы және сөніп қалған кезінде қайта жануын (әсіресе айнымалы ток кезінде) жеңілдетеді.
1.5 Электротермиялық қондырғылар
1.5.1 Электротермиялық қондырғылардың қолданылуы және жіктелуі
Электротермиялық үрдістер мен қондырғыларда электр энергиясы әртүрлі физикалық механизмдермен жылу энергиясына айналдырылып, материалдар мен бұйымдардың қасиеттері мен қалпын өзгертуге, балқыту және буландыруға қолданылады.
Электрлік қыздыру отындыққа (көмір, мазут, газ) қарағанда келесі артықшылықтар береді:
а) берілген температуралық режимді өте қарапайым және дәл іске асыру;
б) жоғары қуатты аз көлемде концентрациялау мүмкіндігі;
в) жоғары температура (3000 0C) беруі;
г) бірыңғай жылу өрісін туғызу мүмкіндігі;
д) өңдеуді ыңғайлы ортада (инерттік, вакуум) өткізу мүмкіндігі;
е) өңделетін бұйымға газ әсерінің жоқтығы;
ж) қосымшалардың аз күюі;
и) алынатын металдардың жоғары сапалылығы;
к) оңай механизацияландырылуы және автоматтандырылуы;
л) ағындық желілерді қолдану мүмкіндігі;
м) қызметші персоналдың еңбек жағдайының артықшылығы.
Кемшіліктері:
а) құрылымының күрделілігі;
б) қондырғылардың және алынатын жылу энергиясының қымбаттылығы.
Электр энергиясын жылу энергиясына айналдыру әдісі бойынша электротермиялық қондырғылардың бөлінуі:
а) кедергілік;
б) индукциялық;
в) доғалық;
г) плазмалық;
д) диэлектрлік;
е) электрондық-сәулелік;
ж) лазерлік.
Жылу энергиясының бөліну орны бойынша:
а) тікелей қыздыру;
б) жанама қыздыру.
Тікелей қыздырғанда жылу жүктеменің өзінде бөлінеді, ол арқылы электр тогының өтуі, оның электромагниттік энергияны жұтуы немесе жүктемені бөлшектермен атқылау есебінде жүреді.
Жанама қыздыру кезінде электр энергиясы жылуға жүктемеден тыс жерде (бөлек) айналдырылып, оған жылу берілу, конвекция және сәулелену үрдістерімен беріледі. Сонымен қатар электротермиялық қондырғылар құрылыс белгілері (камералық, шахталық, конвейерлік, туннельдік т.б.) және тағайындалуы (қыздыратын, балқытатын) бойынша жіктеледі.
1.6 Электротермиялық қондырғылардағы жылу берілу
Электротермиялық қондырғыларда жылу берілу жылу алмасудың барлық түрімен іске асады: жылу өткізгіштік, конвекция және сәулелену.
Жылу өткізгіштік - заттың құрылымдық бөлшектерінің (молекула, атом, ион, электрон) тура жанасуы кезіндегі жылу беру үрдісі.
Фурье гипотезасы боцынша жылу өткізгіштік жолымен берілген жылу энергиясының мөлшері:
(1.13)
мұнда - жылу өткізу коэффициенті;
- жылу энергиясының таралу бағытындағы температураның градиенті;
- элементарлық уақыт;
- жылу ағынының бағытына перпендикуляр элементарлық аудан.
Конвекция - заттың ағынымен жылу берілуі, тек қана сұйықтарда және газдарда болатын құбылыс.
Ол әр түрлі қызған орта бөліктерінің тығыздығының айырмашылығы есебінен пайда болатын табиғи (еркін) конвекция және жасанды жолмен (желдеткіштер немесе сорғылар әсерімен) туатын, еріксіз конвекция болып бөлінеді.
Газбен немесе сұйықпен жанасатын қатты денеге (немесе керісінше) конвекция арқылы берілетін жылудың мөлшері, келесідей өрнектеледі:
(1.14)
мұнда - конвекциялық жылу беру коэффициенті;
, - дене қабырғасының және газдың температурасы;
- жылу беру жазықтық беті.
Конвективті жылу алмасу үрдісі өте күрделі және бірқатар факторларға байланысты жылу беру коэффициентімен анықталады.
Жылу беру коэффициенті жылу беруші және жылу қабылдаушы ортаның , температурасына, қатты дененің формасына және геометриялық өлшеміне, жанасатын ортаның жылу физикалық қасиеттері жылу өткізу коэффициентіне, меншікті жылу сыйымдылығына с, тығыздығы γ және қоюлығы ν, осы ортаның υ жылдамдығына және қозғалу сипаттамасына тәуелді
= f (, ,, ,с, γ, ν, υ)
Кейбiр зерттеулер нәтижесiнде конвективтiк жылу алмасудың жекелеген жағдайлардағы тәуелдiлiгi анықталған.
Ауамен жанасатын жазық қабырғалар үшiн (еркiн конвекция) жылу беру коэффициентiн , Вт(м²*°C) анықтау үшiн келесi формула алынған.
Қабырға вертикалды орналасқан жағдайда және қабырға мен ауа арасындағы температура айырмашылығы ауа=1585°C кезiнде
=4,0 (tқ - tауа)0,13 (1.15)
Осы қабырға үшiн Δt=85150°C кезiнде
=2,4 (tқ - tауа)0,25 (1.16)
Жоғары жағы ауамен жанасатын, горизонталды қабырға үшiн, Δt=15150°C
=2,5 (tқ - tауа)0,25 (1.17)
Осы температура жағдайындағы жылу берушi бетi төмен қараған горизонталды қабырға үшiн
=1,3 (tқ - t вауа)0,25 (1.18)
Еріксіз конвекция үшiн жылу беру кофэффициентi бiрiншi кезекте ортаның қозғалу υ жылдамдығына тәуелдi.
Ауаның қабырғаны бойлай еріксіз қозғалысы кезiнде мына формуланы пайдалануға болады:
=7,12 υ0,78 (1.19)
мұнда - υ ауаның қозғалыс жылдамдығы, мс (υ5мс үшiн қолданылатын өрнек).
Ортаның физикалық қасиеттерiмен, температура мәнiмен, қатты дененiң қалпымен, ортаның қозғалу сипатымен ерекшеленетiн әртүрлі жылу алмасу жағдайлары үшiн конвекциялық жылу беру коэффициентiн есептеу ұқсастық теориясы бойынша эксперименталды мәлiметтерді жалпылау негізінде алынған критериалды теңдеулер арқылы жүргiзiледi [6].
Сәулелену - энергияны электромагниттi толқын түрiнде жеткiзу. Бұл үрдiс жылу сәулелерi үшiн мөлдiр ортада iске асады. Сәлелену температурасы абсолюттi нөлден ерекшеленетiн барлық денеге тән. Қызған дененiң бетiндегi жылу энергиясы толқын ұзындығы 0,4-40 мкм электромагниттiк толқын энергиясына айналып және жарық жылдамдығымен таралады. Ұзындығы 0,4-0,8 мкм диапазондағы толқын көрiнетiн (жарықтық) сәулеге сәйкес, 0,8-40 мкм толқын ұзындығы инфрақызыл сәулесiне жатады.
Электромагниттiк толқындар энергиясы өз жолында қатты дененi кездестiргенде бiраз бөлiгi жұтылып, жылуға айналады, бiр бөлiгi одан шағылысады және бiр бөлiгi дене мөлдір болса өтiп кетедi. Техникада қолданылатын денелердiң (материалдардың) көбi жылу сәулесi үшiн мөлдiр емес, олардың өткiзу қабiлетi нөлге тең.
Жылу шығарудың негiзгi заңы - Стефан-Больцман заңы- абсолюттi қара дененiң 0 ден infinity толқын диапазонында шығарылатын сәулелi энергияның q (Втм2 ) меншiктi ағынын анықтайды.
(1.20)
мұнда Т- дененiң абсолюттік температурасы, К: Т=t+273;
сs=5,7 Вт(м2*К4) - абсолюттi қара дененiң сәулелену қабiлетi.
Кез келген қара емес дененiң сәулелену қабiлетi азырақ болады. "Сұр" денелер үшiн толқынның барлық диапазонында сәулелену қабiлетi бiрдей."Сұр" денелер үшiн Стефан-Больцман заңы келесi түрде болады
(1.21)
мұнда c= сsε, ε - "сұр" дененiң жылу шығару коэффициентi.
Жалпы табиғатта жылу өткiзгiштiк, конвекция, жылу шығарудың таза түрi өте сирек кездеседі. Көбiнесе ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Ұқсас жұмыстар
Пәндер
- Іс жүргізу
- Автоматтандыру, Техника
- Алғашқы әскери дайындық
- Астрономия
- Ауыл шаруашылығы
- Банк ісі
- Бизнесті бағалау
- Биология
- Бухгалтерлік іс
- Валеология
- Ветеринария
- География
- Геология, Геофизика, Геодезия
- Дін
- Ет, сүт, шарап өнімдері
- Жалпы тарих
- Жер кадастрі, Жылжымайтын мүлік
- Журналистика
- Информатика
- Кеден ісі
- Маркетинг
- Математика, Геометрия
- Медицина
- Мемлекеттік басқару
- Менеджмент
- Мұнай, Газ
- Мұрағат ісі
- Мәдениеттану
- ОБЖ (Основы безопасности жизнедеятельности)
- Педагогика
- Полиграфия
- Психология
- Салық
- Саясаттану
- Сақтандыру
- Сертификаттау, стандарттау
- Социология, Демография
- Спорт
- Статистика
- Тілтану, Филология
- Тарихи тұлғалар
- Тау-кен ісі
- Транспорт
- Туризм
- Физика
- Философия
- Халықаралық қатынастар
- Химия
- Экология, Қоршаған ортаны қорғау
- Экономика
- Экономикалық география
- Электротехника
- Қазақстан тарихы
- Қаржы
- Құрылыс
- Құқық, Криминалистика
- Әдебиет
- Өнер, музыка
- Өнеркәсіп, Өндіріс
Қазақ тілінде жазылған рефераттар, курстық жұмыстар, дипломдық жұмыстар бойынша біздің қор #1 болып табылады.
Ақпарат
Қосымша
Email: info@stud.kz