Тепловой расчет печи сопротивления

Тепловой расчёт проводят с целью определения мощности печи и мощно­стей её тепловых зон, а также оптимального размещения нагреваемых изделий, оптимальных размеров печи. При проектировании ЭПС периодическою дейст­вия обычно задают либо её единовременную загрузку, либо часовуюпроизводительность. Конструируют печную камеру, определяют её размеры и параметры, учитывая следующие условия.

>   Внутренние размеры камеры печи должны быть по возможности малы и соответствовать размерам загрузки; наличие вредного, неиспользован­ного пространства в камере печи приводит к увеличению её внешних размеров и тепловых потерь. С другой стороны, внутренние размеры камеры печи долж­ны быть таковы, чтобы садку было удобно загружать и вынимать из печи и в камере мог разместиться рабочий, производящий ремонт печи.

>   Внешние габариты печи определяются её внутренними размерами и толщиной кладки. Кладка должна обеспечивать низкую температуру кожуха печи (не выше 60 °С при температуре окружающего воздуха 20 °С) и, следова­тельно, малые тепловые потери печи.

>   Расположение нагревательных элементов в печи должно опреде­ляться в основном технологическими требованиями. В печах, где требуется высокая равномерность нагрева, желательно применять расположение нагрева­тельных элементов на своде, в поду и на боковых стенках печной камеры, а иногда на задней стенке и дверце печи. Расположение нагревательных элемен­тов в печи должно соответствовать расположению в ней изделий для того, что­бы обеспечить лучшие условия теплопередачи. В крупных печах целесообразно создавать несколько тепловых зон. Разбивка печи на тепловые зоны значитель­но улучшает управление печью и облегчает поддержание в ней равномерной температуры, однако при этом одновременно возрастает стоимость электрообо­рудования.

Для теплового расчета должен быть задан тепловой цикл работы печи. Не­смотря на то, что для каждого конкретного технологического процесса рассчи­тывают индивидуальный цикл работы печи, можно выделить три обобщенных вида цикла (рис. 6), где t_Н, t_В, t₀, t_В.З, - время соответственно нагрева, выдерж­ки, охлаждения, простоя при выгрузке и загрузке; t'_И, t"_И, t'"_И - температура садки соответственно в начале нагрева, в конце нагрева и после охлаждения). Первый вид цикла (рис.6а) используют для нагрева тонкостенных изделий с высоким коэффициентом теплопроводности, второй (рис. 6б) - для закалки, отпуска, нормализации, термохимической обработки, третий (рис. 6в) - для отжига ме­таллов, керамики, процесса спекания, получения монокристаллов. Для даль­нейшего рассмотрения принимаем третий вид цикла, т. к. первые два могут быть получены из него упрощением.

Тепловой расчет основан на рассмотрении теплового баланса за один цикл работы печи:                             

Q_h ⁼ Q_И + Q_b + Q_П ,

где Q_h - количество тепла, выделенною нагревательными элементами за цикл; Q_н - полезное тепло, идущее на нагрев изделия; Q_в - вспомогательное тепло, идущее на нагрев жароупорных поддонов, газа; Q_П - тепловые потери за цикл:

.

 Здесь С_И- средняя удельная теплоёмкость садки в интервале температур (t"_И;t'_И);G_И- масса садки:

где С_Ж, G_Г - средняя удельная теплоёмкость жароупорных деталей и газа в соответствующем интервале температур; G_Ж, С_Г - масса жароупорных дета­лей и газа; t'_ж, t"_ж, t'_г, t"_г - температуры жароупорных деталей и газа соот­ветственно в начальном и нагретом состояниях: .  

где k_П 1,15-1,3- коэффициент неучтённых потерь; q_П.H,q_П.В,q_П.О,q_П.B.3— мощности тепловых потерь соответственно при нагреве, выдержке, охлажде­нии, выгрузке и загрузке.

Как следует из цикла работы печи, q_П.H = q_П.B = q_П.С, где q_П.С - мощность по­терь через стенки печи. Для цилиндрической шахтной печи мощность потерь через боковые стенки

где t_ВН, t_НАР- температура воздуха соответственно внутри и снаружи печи; a_вн, a_нар — коэффициент теплоотдачи конвекцией соответственно на внутренней и наружной поверхности футеровки; D₁ D₂, D₃ - диаметры соответственно внутpeнний (D₁=D_n), цилиндра раздела огнеупорного и теплоизолирующего слоев футеровки и наружный; a₁, a₂ - коэффициенты теплопроводности слоев футе­ровки; Н_п - высота рабочей камеры печи.

Для определения потерь тепла камерной ЭПС, а также определения потерь тепла через крошку и днище круглой цилиндрической ЭПС используется формула стационарной теплопередачи через плоскую многослойную конечную стенку. Для двухслойной футеровки

,

где - l ₁ , l ₂ толщина соответственно первого и второго слоев футеровки; F_I =  - расчетная поверхность огнеупорного слоя;

F_II = - рас­четная поверхность второго теплоизоляционного слоя; F₁, F₂, F₃,- площади по­верхностей соответственно внутренней, раздела слоев футеровки и наруж­ной.

 

Тепловые потери череззакрытую дверцу определяют аналогично тепловым потерямчерез любую стенку. Результирующую мощность потерь через стенки

печи определяют как сумму мощностей потерь через все стенки.

Потеритепла при охлаждении целесообразно определить как разность тепло­ты, аккумулированной кладкой печи в начале и конце процесса охлаждения:

При выгрузке и загрузке к потерям тепла через стенки добавляются потери излучением через открытое отверстие для загрузки печи, мощность которых рассчитывают по закону Стефана—Больцмана:

где e - степень черноты отверстия печи, для малых отверстий e» 1, для боль­ших - 0,8; Т_п,Т₀ - абсолютная температура соответственно рабочей камеры пе­чи и окружающего воздуха; F₀ - площадь отверстия для загрузки печи; y=0,2-0,8 — коэффициент диафрагмирования, учитывающий глубину отверстия и эк­ранизирующее действие его стенок.

 

 

Рис 6. Циклы работы печи

 

 

Мощность потерь конвекцией через открытую дверцу печи

где В₀, Н₀- соответственно высота и ширина отверстия печи.

После расчёта Q_h может быть определен удельный расход энергии на едини­цу массы продукции А = Q_h/G_И , а также тепловой КПД печи

h_т=Q_И/Q_Н

Поскольку тепло, необходимое для нагрева садки и вспомогательных эле­ментов, компенсации всех видов потерь, кроме потерь при выдержке, выделя­ется в период нагрева, то потребная мощность печи периодического действия (расчетная мощность нагревателя)

где к_м= 1,2-1,5 - коэффициент запаса мощности, учитывающий возможность понижения питающего напряжения, увеличение сопротивления нагревателя при старении, форсирование режима разогрева печи.

Для ЭПС непрерывного действия тепловой расчет отличается тем, что рас­сматривают не тепловой баланс за цикл работы печи, а баланс тепловых мощ­ностей, поскольку процессы загрузки, нагрева, выдержки, выгрузки идут одно­временно:

где Р_И, Р_В, Р_П - соответственно мощности полезная (нагрев изделий), вспомога­тельная (нагрев поддонов), потерь (через стенки печи и отверстия для загрузки и выгрузки).

Количество рабочих зон для печи непрерывного действия

,

 где L_П, В_П - соответственно длина и ширина печи.

Соотношение мощностей:

-для двухзонной печи Р₁=0,7Р_П; P₂=0,3P_П;

- для трехтонной печи Р₁=0,5Р_П; P₂=0,3P_П; P₃=0,2P_П.

Здесь Р₁, Р₂, Р₃ - мощности соответствующих зон печи.

 

 

⇐ Предыдущая1234Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: