Промышленные печи и газовое хозяйство заводов - Щукин А.А.
Скачать (прямая ссылка):
Электроннолучевая пушка представляет собой систему из двух электродов, находящихся под разностью потенциалов и изолированных друг от друга. В прорези одного электрода, называемого катодным, располагается термокатод, в другом электроде — анодном имеется также прорезь, соответствующая форме электронного пучка. Конфигурация электродов выбирается такой, чтобы эмиттируемые термокатодом электроны под действием электрического поля в межэлектродном пространстве собирались в плотный пучок.
За пределами анодного электрода электроны, образующие луч, движутся по инерции до поверхности нагреваемого металла. Отсутствие разгоняющего напряжения в зоне нагрева значительно снижает количество разрядов в процессе работы установки. С помощью электроннолучевых пушек можно получать пучки самой различной конфигурации. В нагревательных электроннолучевых установках наиболее широко используются полые конические пучки, сплошные цилиндрические, конические и плоские. Управление лучом, т. е. его перемещение по нагреваемой поверхности или по зеркалу ванны жидкого металла, производится с помощью отклоняющих электромагнитных катушек.
Плавка электронным лучом в высоком вакууме не только применяется для выплавки жароупорных металлов, но и. может быть использована для повышения качества специальных сталей. Сталь, полученная таким способом, работает вчетверо дольше обыкновенной, и детали, сделанные из нее, более надежны.
Плазменный нагрев. Как уже указывалось выше, преобразование электрической энергии в тепло в условиях дугового разряда
происходит за счет образования газовой плазмы. При обычном дуговом разряде плазма образуется из молекул газа окружающей среды. Если же дуговой разряд происходит в потот ке газа, движущегося с определенной скоростью, то образуется факел горячего ионизированного газа. Так как в плазменной струе при атмосферном давлении развивается температура 8 ООО—30 ООО °С, то струя может быть использована для высокотемпературного нагрева.
Формирование плазменной струи производится с помощью специальных плазменных генераторов, или плазмотронов.
Плазменный генератор представляет собой камеру, в которой размещены два электрода, причем анодный электрод выполнен в виде
специальной пластины с соплом, а катодный — в виде стержня, как это
показано на рис. 1-19. Если зажечь дугу между электродами и начать подавать в камеру газ, то из сопла анодного электрода будет вырываться струя плазмы с очень высокой температурой. Газ, подаваемый в камеру, служит также и для охлаждения электродов. При выходе иа сопла струя плазмы отдает свою энергию нагреваемому телу теплоизлучением и теплопроводностью, а также за счет кинетической энергии направленного движения плазмы. Кроме плазмотронов, использующих факел электрической дуги для образования струи плазмы, имеются конструкции плазменных генераторов, в которых плазма образуется с поМощью высокочастотных индукционных разрядов.
34
Рис. 1-19. Схема плазменного генератора.
/ — металлический водоохлаждаемый катодный электрод; 2 — узел уплотнения; 3 — водоохлаждаемые стенки камеры; 4 — электрическая дуга; 5 — анодный электрод с соплом; 6 — плазменная струя; 7 — подача газа.
Высокочастотный индукционный разряд позволяет получать чистую плазму, не загрязненную материалами электродов, поэтому с ее помощью можно нагревать и плавить химически чистые материалы.
Высокая концентрация энергии в плазменной струе и возможность создания любой атмосферы — восстановительной, нейтральной или окислительной— делают перспективным применение плазменных установок в элек-трогазовой химии для получения ацетилена из метана, связанного азота из воздуха и т. д., в металлургии — для выращивания монокристаллов, плавки тугоплавких металлов и легированных сталей, прямого восстановления металлов из окислов.
На рис. 1-20 изображена схема плазменной плавильной печи.
ГЛАВА ВТОРАЯ
ДВИЖЕНИЕ ГАЗОВ И МАТЕРИАЛОВ В ПЕЧАХ
2-1. ВИДЫ ДВИЖЕНИЯ ГАЗОВ
Классификация видов движения газов. Движение газов может быть принудительным, вызванным действием вентиляторов, струйных аппаратов, и естественным — за счет разности плотностей движущихся газов. По характеру различают ламинарное и турбулентное движение. В рабочем пространстве печей газы чаще всего движутся струями в среде менее подвижных и застойных газов (струйное движение) . В каналах печей газы движутся сплошными потоками (канальное движение). Газы в топках и печах часто пронизывают слой кускового или сыпучего материала и оказывают давление на кусочки материала (фильтрационное движение); такое движение газов может иметь место в плотном слое материала, в кипящем слое, во взвешенном слое. Иногда газы, несущие взвесь материала, искусственно закручивают в круглых каналах — тогда имеет место циклонное движение.
Естественное и вынужденное движение газов. Ламинарный и турбулентный характер движения. В печах газы иногда движутся с малыми скоростями, и тогда при наличии значительных свободных объемов и больших разностей температур в различных точках этих объемов движение газов может быть естественным, однако в настоящее время большинство печей работает с принудительным движением газов. При принудительном движении газов картина их движения в рабочем пространстве печи или распределение давлений в нем при сложных конструкциях печей не могут быть определены теоретически, и поэтому прибегают к опытному изучению характера движения на моделях печей, обычно очень легко изготовляемых. Метод моделирования, развитый в нашей стране М. В. Кирпичевым и его сотрудниками, является весьма ценным вкладом в печную теплотехнику, так как позволяет проверить целесообразность конструкции до ее постройки.
