История электротехники - Коллектив авторов

До 1917 г. в России был создан целый ряд печей резистивного нагрева:

электрическая соляная ванна для закалки инструмента (Стабинский, 1907 г.);

корытообразная печь прямого нагрева для выплавки металлов из руд (А. Н. Лодыгин, 1908 г.);

крупная печь сопротивления для нагрева стальных снарядов перед закалкой (Королев, 1913–1914 гг.);

печи сопротивления с угольными стержневыми нагревателями для плавки стали (С.С. Штейнберг и А. Ф. Грамолин, 1915 г.). Эти печи (рис. 7.2) делались емкостью 100–1000 кг и успешно работали в годы первой мировой войны на ряде уральских заводов.

В США промышленные печи сопротивления были созданы фирмой «Дженерал электрик» в 1917 г. В этих печах были применены нихромовые нагреватели. Уже к 1920 г. на автозаводах США применялись печи сопротивления различных конструкций: камерные, шахтные, с выдвижным подом, колпаковые, карусельные, конвейерные и др. При этом использовались наработки, сделанные при создании пламенных печей.

Развитие установок резистивного нагрева в Европе отстало от развития аналогичных установок в США на несколько лет. Например, в Германии в 1924 г. эксплуатировались лишь несколько печей для нагрева металлов. Однако к 1932 г. там работали уже несколько сотен печей для термообработки металлов.

В СССР производство электропечей сопротивления (ЭПС) было налажено в 1928–1930 гг. на заводе «Электрик» в Ленинграде (до этого печи закупались за границей). В 1931 г. там серийно выпускались камерные печи с нихромовыми нагревателями.

Московский электрозавод в 1933 г. изготовил плавильную ЭПС для алюминиевых сплавов. С 1934 г. печи сопротивления стали производиться на заводе «Меткой», позднее переименованном в Московский завод электротермического оборудования (МосЗЭТО). Завод «Электрик» освоил выпуск толкательных печей (1935г.), а завод «Уралэлектромашина» — ЭПС шахтные и с шагающим подом для термообработки тонких труб из спецсплавов (1937 г.). С 1950 г. МосЗЭТО серийно стал выпускать конвейерные печи.

Значительный вклад в разработку и внедрение ЭПС внесло ОКБ «Электропечь», позднее преобразованное во ВНИИ электротермического оборудования (ВНИИЭТО), директором которого стал А.П. Альтгаузен:

40–50-е годы — созданы вакуумные ЭПС для термообработки реакционно-активных металлов и сплавов с температурой 900–1200 °С;

1953 г. — на Первом государственном подшипниковом заводе (ГПЗ-1) в Москве введен в эксплуатацию автоматический цех АЦ-1 с ЭПС по производству подшипников;

1963 г. — на ГПЗ-1 введен цех АЦ-2, а через 2 года АЦ-3 с линиями ЭПС различных типов (конвейерных, роликовых и с пульсирующим подом);

50–60-е годы — созданы высоковакуумные печи с нагревателями из вольфрама, молибдена и тантала с температурой до 2500 °С;

1966–1968 гг. — осуществлены пуск рольганговой печи сопротивления длиной 100 м для отжига труб в г. Северске, ввод в эксплуатацию печи в г. Лыткарино Московской области для ситаллизации и отжига астродиска диаметром 6 м (использован в крупнейшем телескопе) и пуск печи для вакуумной (светлой) закалки;

1970 г. — пуск толкательного агрегата для газовой цементации в г. Заволжье;

1978 г. — пуск первой печи для вакуумной закалки наГПЗ-1.

Значительный вклад в разработку методов расчета электрических печей сопротивления в 50-х годах внесли А.Д. Свенчанский и другие сотрудники кафедры электротермических установок Московского энергетического института (МЭИ).

К концу 80-х годов электрические печи сопротивления как по численности, так и по суммарной мощности занимают первое место среди электротермических установок различных видов.

В нашей стране, например, выпускалось электропечей сопротивления только периодического действия более 100 типоразмеров и модификаций с единичными мощностями от десятков до сотен киловатт. В эксплуатации находились десятки тысяч таких печей суммарной мощностью несколько миллионов киловатт.

Основными направлениями развития ЭПС явились разработки печей с контролируемой атмосферой, вакуумных и прецизионных, а также систем микропроцессорного управления для них. В этой области в 80-х годах большую работу проводил ВНИИЭТО, которым с 1972 по 1987 г. руководил А.С. Бородачев.

Установки прямого нагрева {электроконтактные). В 1930 г. в СССР В.Н. Гевелинг предложил метод электроконтактной роликовой закалки, которая некоторое время даже конкурировала с индукционной поверхностной закалкой.

В 40–50-е годы широкое применение получил электроконтактный нагрев заготовок под ковку в кузнечном цехе на Горьковском автозаводе (Е.И. Натанзон, Г.М. Тельнов). Использовались установки различных типов, например установка К-13 для нагрева стальных заготовок диаметром 20–45 мм установленной мощностью 200 кВ∙А, производительностью 160–180 заготовок в час, с удельным расходом электроэнергии 325–350 кВт∙ч/т.

В конце 80-х годов подобные установки довольно широко использовались на машиностроительных заводах для нагрева под пластическую деформацию (раскатка концов труб, нагрев заклепок и др.)

Бытовые устройства резистивного нагрева. В 1881 г. на Международной электротехнической выставке в Париже были представлены бытовые электронагревательные приборы: камин и утюг. В конце прошлого века были сделаны изобретения системы электрообогрева помещений (О. Розе, Англия, 1882 г.), погружаемого водонагревателя — кипятильника (Юллиг, Германия, 1883 г.), электрозажигалки для сигар (Т. Эдисон, 1883 г.), а также плитки, чайника, самовара и т. д.

Во ВНИИЭТО в начале 70-х годов были созданы образцы различных бытовых электронагревательных приборов: электроконвекторы, водонагреватели, кофеварки, утюги и т. п. Началось проектирование специальных заводов и цехов по их производству, но до их реализации дело не дошло.

Инфракрасный нагрев. В 1903 г. был получен патент Германии на применение инфракрасного нагрева (Шраммбергер). В 1934 г. X. Жорже (Франция) создал электропечь с графитовыми нагревателями для инфракрасного нагрева кварцевого стекла и плавки металлов. Широкое применение получил инфракрасный нагрев для сушки лакокрасочных покрытий автомобилей на заводах Форда (США, 1932 г.). Инфракрасные излучатели (темные и светлые) применяют также для различных технологических процессов, например, для сушки.

Интересную установку с использованием светлых излучателей для термообработки сварных швов трубопроводов на электростанциях в 80-х годах создал и с успехом применяет ЦНИИ технологии машиностроения (ЦНИИТмаш).

Электродные водонагреватели. Первый водогрейный котел на напряжение 6 кВ был изготовлен в 1907 г.

В 60-е годы во ВНИИЭТО была разработана серия электродных котлов для сельского хозяйства мощностью 25–400 кВт с диапазоном регулирования мощности 10–100%. 

7.1.2. ЭЛЕКТРОДУГОВОЙ НАГРЕВ

Начальный период. В 1878–1880 гг. В. Сименс (Англия) выполнил ряд работ, которые легли в основу создания дуговых печей прямого и косвенного нагрева, в том числе однофазной дуговой печи емкостью 10 кг. Им было предложено использовать магнитное поле для отклонения дуги и регулирования режима перемещения электродов. А. Муассан (Франция, 1890 г.) изготовил дуговую печь для получения карбида кальция.

В конце XIX в. (1899 г.) были созданы первые промышленные дуговые печи. П.Л.Т. Эру построил промышленную печь прямого нагрева для плавки стали (рис. 7.3), а Э. Стассано (Италия) — шахтную электрическую домну для выплавки чугуна из руд, представляющую собой печь косвенного нагрева с вращением наклонной ванны (рис. 7.4).

Дуговые сталеплавильные печи прямого нагрева. В 1900–1915 гг. были выполнены различные усовершенствования печей конструкции П.Л.Т. Эру и Э. Стассано: печь с тремя электродами, трехфазное питание, подовый электрод, съемный свод, неподвижная ванна, графитизированные электроды, свинчиваемые (наращиваемые) электроды и т.д., которые способствовали распространению дуговых сталеплавильных печей (ДСП) в металлургии.

Использование дуговых печей в России началось с 1910 г., когда на Обуховском заводе в г. Петербурге была установлена двухэлектродная сталеплавильная печь Эру мощностью 500 кВ∙А для дуплекс-процесса (мартен — электропечь). Емкость печи 3,5 т при жидкой завалке и 2,5 т при твердой завалке, удельный расход электроэнергии (соответственно) 280 и 865 кВт∙ч/т.

Важными этапами для электрометаллургии России и СССР явились: