電阻加熱 利用電流的焦耳效應將電能轉變成熱能以加熱物體。
通常分為直接電阻加熱和間接電阻加熱。前者的電源電壓直接加到被加熱物體上,當有電流流過(guò)時(shí),被加熱物體本身(如電加熱熨平機)便發(fā)熱。
可直接電阻加熱的物體必須是導體,但要有較高的電阻率。由于熱量產(chǎn)生于被加熱物體本身,屬于內部加熱,熱效率很高。
間接電阻加熱需由專(zhuān)門(mén)的合金材料或非金屬材料制成發(fā)熱元件,由發(fā)熱元件產(chǎn)生熱能,通過(guò)輻射、對流和傳導等方式傳到被加熱物體上。由于被加熱物體和發(fā)熱元件分成兩部分,因此被加熱物體的種類(lèi)一般不受限制,操作簡(jiǎn)便。
間接電阻加熱的發(fā)熱元件所用材料,一般要求電阻率大、電阻溫度系數小,在高溫下變形小且不易脆化。常用的有鐵鋁合金、鎳鉻合金等金屬材料和碳化硅、二硅化鉬等非金屬材料。
金屬發(fā)熱元件的最高工作溫度,根據材料種類(lèi)可達1000~1500℃;非金屬發(fā)熱元件的最高工作溫度可達1500~1700℃。后者安裝方便,可熱爐更換,但它工作時(shí)需要調壓裝置,壽命比合金發(fā)熱元件短,一般用于高溫爐、溫度超過(guò)金屬材料發(fā)熱元件允許最高工作溫度的地方和某些特殊場(chǎng)合。
感應加熱 利用導體處于交變電磁場(chǎng)中產(chǎn)生感應電流(渦流)所形成的熱效應使導體本身發(fā)熱。根據不同的加熱工藝要求,感應加熱采用的交流電源的頻率有工頻(50~60赫)、中頻(60~10000赫)和高頻(高于10000赫)。
工頻電源就是通常工業(yè)上用的交流電源,世界上絕大多數國家的工頻為50赫。感應加熱用的工頻電源加到感應裝置上的電壓必須是可調的。
根據加熱設備功率大小和供電網(wǎng)容量大小,可以用高壓電源(6~10千伏)通過(guò)變壓器供電;也可直接將加熱設備接在380伏的低壓電網(wǎng)上。中頻電源曾在較長(cháng)時(shí)間內采用中頻發(fā)電機組。
它由中頻發(fā)電機和驅動(dòng)異步電動(dòng)機組成。這種機組的輸出功率一般在50~1000千瓦范圍內。
隨著(zhù)電力電子技術(shù)的發(fā)展,已使用的是晶閘管變頻器中頻電源。這種中頻電源利用晶閘管先把工頻交流電變換成直流電,再把直流電轉變成所需頻率的交流電。
由于這種變頻設備體積小,重量輕,無(wú)噪聲,運行可靠等,已逐漸取代了中頻發(fā)電機組。高頻電源通常先用變壓器把三相 380伏的電壓升高到約2萬(wàn)伏左右的高電壓,然后用閘流管或高壓硅整流元件把工頻交流電整流為直流電,再用電子振蕩管把直流電轉變?yōu)楦哳l率、高電壓的交流電。
高頻電源設備的輸出功率有從幾十千瓦到幾百千瓦。感應加熱的物體必須是導體。
當高頻交流電流通過(guò)導體時(shí),導體產(chǎn)生趨膚效應,即導體表面電流密度大,導體中心電流密度小。感應加熱可對物體進(jìn)行整體均勻加熱和表層加熱;可熔煉金屬;在高頻段,改變加熱線(xiàn)圈(又稱(chēng)感應器)的形狀,還可進(jìn)行任意局部加熱。
電弧加熱 利用電弧產(chǎn)生的高溫加熱物體。電弧是兩電極間的氣體放電現象。
電弧的電壓不高但電流很大,其強大的電流靠電極上蒸發(fā)的大量離子所維持,因而電弧易受周?chē)艌?chǎng)的影響。當電極間形成電弧時(shí),電弧柱的溫度可達3000~6000K,適于金屬的高溫熔煉。
電弧加熱有直接和間接電弧加熱兩種。直接電弧加熱的電弧電流直接通過(guò)被加熱物體,被加熱物體必須是電弧的一個(gè)電極或是媒質(zhì)。
間接電弧加熱的電弧電流不通過(guò)被加熱物體,主要靠電弧輻射的熱量加熱。電弧加熱的特點(diǎn)是:電弧溫度高,能量集中,煉鋼電弧爐溶池的表面功率可達560~1200千瓦/平方米。
但電弧的噪聲大,其伏安特性為負阻特性(下降特性)。為了在電弧加熱時(shí)保持電弧的穩定、在電弧電流瞬時(shí)過(guò)零時(shí)電路電壓的瞬時(shí)值大于起弧電壓值,同時(shí)為了限制短路電流,在電源回路中,必須串接一定數值的電阻器。
電子束加熱 利用在電場(chǎng)作用下高速運動(dòng)的電子轟擊物體表面,使之被加熱。進(jìn)行電子束加熱的主要部件是電子束發(fā)生器,又稱(chēng)電子槍。
電子槍主要由陰極、聚束極、陽(yáng)極、電磁透鏡和偏轉線(xiàn)圈等部分組成。陽(yáng)極接地,陰極接負高位,聚焦束通常和陰極同電位,陰極和陽(yáng)極之間形成加速電場(chǎng)。
由陰極發(fā)射的電子,在加速電場(chǎng)作用下加速到很高速度,通過(guò)電磁透鏡聚焦,再經(jīng)偏轉線(xiàn)圈控制,使電子束按一定的方向射向被加熱物體。電子束加熱的優(yōu)點(diǎn)是:①控制電子束的電流值Ie,可以方便而迅速地改變加熱功率;②利用電磁透鏡可以自由地變更被加熱部分或可以自由地調整電子束轟擊部分的面積;③可增加功率密度,以使被轟擊點(diǎn)的物質(zhì)在瞬間蒸發(fā)掉。
紅外線(xiàn)加熱 利用紅外線(xiàn)輻射物體,物體吸收紅外線(xiàn)后,將輻射能轉變?yōu)闊崮芏患訜帷<t外線(xiàn)是一種電磁波。
在太陽(yáng)光譜中,處在可見(jiàn)光的紅端以外,是一種看不見(jiàn)的輻射能。在電磁波譜中,紅外線(xiàn)的波長(cháng)范圍在0.75~1000微米之間,頻率范圍在3*10~4*10赫之間。
在工業(yè)應用中,常將紅外光譜劃分為幾個(gè)波段:0.75~3.0微米為近紅外線(xiàn)區;3.0~6.0微米為中紅外線(xiàn)區;6.0~15.0微米為遠紅外線(xiàn)區;15.0~1000微米為極遠紅外線(xiàn)區。不同物體對紅外線(xiàn)吸收的能力不同,即使同一物體,對不同波長(cháng)的紅外線(xiàn)吸收的能力也不一樣。
因此應用紅外線(xiàn)加熱,須根據被加熱物體的種類(lèi),選擇合適的紅外線(xiàn)輻射源,使其輻射能量集中在被加熱物體的吸收波長(cháng)范圍內,以得。
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