Принцип действия таких установок основан на законе Джоуля-Ленца.

Количество теплоты, выделяющейся в проводнике, при прохождении по нему электрического тока зависит от сопротивления проводника, электрического тока в цепи, времени его прохождения:

                                                       (10.1)

где Q - количество выделяющейся теплоты, Дж;

I – сила тока, А;

R - сопротивление, Ом.

                                                          (10.2)

где t - время, с;

Р - мощность, выделяющаяся в проводнике, Вт;

U - напряжение, В;

S - площадь сечения проводника, м²;

ρ - удельное сопротивление проводника, Ом×м;

l - длина проводника, м.

Источником теплоты в установках являются нагревательные элементы (НЭ).

Выбор материала и конструкции НЭ определяется особенностями технологического процесса и конструкции установки.

По температурным пределам работы НЭ подразделяют на 3 группы:

- низкотемпературные, нагрев до 230 - 430 ⁰С;

- среднетемпературные, нагрев до 630 - 1030 ⁰С;

- высокотемпературные, нагрев до 2230 - 3030 ⁰С.

Для изготовления НЭ с рабочей температурой до 1230 ⁰С наиболее распространенным материалом являются:

• нихромы –сплав никеля (75-78 %) и хрома (около 25 %);

• фехрали - сплав железа (73 %), хрома (13 %), алюминия (4 %);

• хромоникелевые жаропрочные стали - сплав железа (до 61 %), хрома (22-27 %), никеля (17-20 %).

Для высокотемпературных НЭ наиболее распространены карборунды (спекание кремнезема и угля - SiC), керамика, графит, тугоплавкие металлы (молибден, тантал, вольфрам) и др .

По форме среднетемпературные НЭ выполняются в виде зигзагов (проволочных и ленточных) или спиралей, а высокотемпературные - в виде стержией круглого или квадратного сечения и труб.

Для низкотемпературного нагрева широко применяются трубчатые электронагреватели - ТЭНы.

ТЭН представляет собой металлическую трубку, заполненную тeплoпроводным электроизоляционным материалом, в которой находится электронагревательная спираль.

ТЭНы электробезопасны, могут работать в любой среде, стойки к вибрациям.

Мощность до 15 кВт, напряжение до 380 В, ресурс до 40 тыс. ч., рабочая температура до 730 ⁰С.

Примерами электроустановок нагрева сопротивлением являются: электрические печи сопротивления (ЭПС) и различные нагревательные устройства, обеспечивающие технологические процессы производства.

ЭПС применяются для технологических операций в машиностроении, металлургии, легкой промышленности и т. п.

По исполнению печи выпускаются косвенного и прямого действия, по назначению - нагревательные и плавильные, по режиму работы – периодически и непрерывно действующие.

По конструкции:

• периодического действия - колпаковые, элеваторные, камерные, шахтные;

• непрерывного действия - конвейерные, толкательные, протяжные.

ЭПС для плавки металлов.

Предназначены для выплавки олова, свинца, цинка и других металлов с температурой плавления до 530 ⁰С.

По конструктивному исполнению такие печи делят на тигельные и камерные (или ванные).

Тигельная ЭПС представляет собой металлический сосуд - тигель, помещенный в цилиндрический корпус, выполненный из огнеупорного материала (футеровка). НЭ расположены на футеровке снаружи тигля. КПД печи 50 - 55 %, удельный расход электроэнергии при плавке алюминия 700 - 750 кВт×ч/кг.

Камерная ЭПС предназначена для переплавки алюминия на слитки. Она имеет больший объем, КПД до 60 - 65 %, удельный расход электроэнергии составляет 600 - 650 кВт×ч/кг.

Во всех типах ЭПС возможен внутренний и внешний обогрев.

При внутреннем обогреве нагреватели ТЭНы размещены в расплавленном

металле и работают при температуре не выше 570 ⁰С.

При внешнем расположении открытых высокотемпературных нагревателей можно получить температуру в рабочем пространстве печи до 930 ⁰С.