2.2 Порядок виконання роботи

1. Одержання завдання у викладача.

3. Аналіз вихідних даних та вибір матеріалу для нагрівача.

4. Розрахунки параметрів нагрівального елементу.

5. Розрахунки даних для розміщення нагрівача у печі з зображенням схе­ми розміщення.

6. Аналіз одержаних результатів, наперед усього, можливості використан­ня такого нагрівача для даної печі.

7. Складання звіту.

2.3 Зміст та структура звіту

1. Назва роботи та короткі відомості про дротяні нагрівачі, які застосо­вуються у термічних печах.

2. Конкретна мета роботи.

3. Методика виконання роботи.

4. Результати роботи у формі опису даних, рисунків, таблиць.

5. Висновки.

2.4 Контрольні запитання

1. У яких типах термічних печей застосовуються нагрівачі, які вироблені із дроту?

2. З яких матеріалів виробляють дротяні нагрівачі?

3. Перелічити вимоги, яким зобов’язані задовольняти матеріали дротяних нагрівачів.

4. Назвіть діаметри дроту для дротяних нагрівачів.

5. Перелічити параметри дротяних нагрівачів.

6. Які фактори визначають параметри дротяних нагрівачів?

7. Приведіть і поясніть основні розрахункові формули для визначення па­раметрів дротяних нагрівачів.

8. Що таке питоме поверхневе навантаження? Від чого воно залежить і як визначається?

9. Яка конструкція дротянних нагрівачів у лабораторних печах?

10. Які конструкції дротяних нагрівачів використовують у промислових пе­чах?

11. Яким чином закріплюють дротяні нагрівачі на поверхнях робочого простору термічних печей?

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА 3

СТРІЧКОВІ НАГРІВАЧІ ТА ВИЗНАЧЕННЯ ЇХ ПАРАМЕТРІВ

Мета роботи: отримати навички у розрахунку параметрів стрічкових нагрівальних елементів термічних печей, вивчити їх конструкцію, компактування та принципи розміщення у печах.

3.1 Методика виконання роботи

Стрічкові металеві нагріваючі елементи застосовуються у термічних печах періодичної та безперервної дії різних типів: камерних з нерухомим подом – типів СНО/СНЗ/СНВ, камерних з висуваним подом – типів СДО/СДЗ, колпакових - типу СГЗ, шахтних – типів СШО/СШЗ/СШЦ/СШВ, печах-ваннах – типу СВГ, штовхательних – типів СТО/СТЗ, конвейерних – типів СКО/СКЗ та ін.,а також у агрегатах з цих печей, призначених для виконання багатьох видів термічноï та хіміко-термічноï обробок. Для виготовлення стрічкових нагрівачів найбільше розповсюдження отримали хромонікелеві (Х20Н80, Х15Н60) та хромоалюмінійові (Х13Ю5, Х17Ю5, Х25Ю5, Х27Ю5Т та ін.) сплави. Їх використовують після прокатки у вигляді стрічки або штаби.

Стійкість цих сплавів підвищується зі зменшенням кількісті вуглеця та заліза, але сплави з високою кількістю хрому малопластичні, тому нагрівачі з них виготовляють методом лиття. Розміри перерізу стрічки для нагрівачів - 1×8, 1×10, 2×10, 1,5×15,…,3×25, 3×40 мм.

Деякі рекомендації щодо використання нагрівачів наведені у таблиці 3.1.

Таблиця 3.1 – Приклади використання нагрівачів різних типів та матеріалів для їх виготовлення залежно від робочої температури

Для робочої температури печі, °С		Розміри перерізу профілю, мм
		Стрічка (ширина та товщина)		Дріт (діаметр)		Матеріал нагрівача
До 300	8×1		1		Х13Ю5, Х17Ю5
300…600	10×1		2		Х13Ю5, Х17Ю5
600…800	15×1,5		3…4		Х13Ю5, Х17Ю5
800…1000	20×2		4…5		Х15Н60
1000…1100	25×2		6…7		Х20Н80
1100…1200	25×3		7…8		Х25Ю5, Х27Ю5Т, Х23Ю5

Стрічкові нагрівачі мають значну довжину, тому вони укладаються у формі зигзагів, що кріпляться у робочому просторі печі. У залежності від габаритних розмірів печі зигзагообразні нагрівачі кріплять на гаках, на бокових стінках печі, на поду, своді та дверцятах печі з її внутрішньої сторони. Нагрівальні елементи виступають в робітничий простір печі на 50 – 150 мм; вироби, які нагрівають, повинні розміщатися на відстані 100 – 200 мм від нагрівальних елементів.

При розрахунках стрічкових нагрівачів визначаються:

а – товщина стрічки, мм;

в - ширина стрічки, мм;

l – загальна довжина стрічки, м;

G - загальна маса стрічки, кг;

Товщина стрічки, а, визначається згідно з формулою:

а= , (3.1)

де:ρ – питомний електроопір матеріалу нагрівача, Ом·мм²/м;

Ν₁ – потужність однієї фази (або паралельної гілки чи усієї печі), кВт;

(Ν₁ = Ν/3, де Ν – загальна потужність печі);

U_ф – фазова напруга, В;

-питомне поверхневе навантаження, Вт/см²;

m – відношення ширини стрічки (в) до її товщини (а), таким чином, вони взаємозв^,язані:

m=в/а ~ 8-12; звідки в=m·а (3.2)

Значення товщини стрічки вибирають з ряду: 0,5; 0,8; 1; 1,5; 2; 2,5; 3 (найбільш близьке до розрахункового значення).

Зважаючи на закругленість країв стрічки, площа поперечного перерізу, q, мм², буде:

q = 0,97·m·а² (3.3)

Довжина елементу опору в одній фазі (однієї паралельної гілки або для усієї печі), м:

l₁=R_ф·q/ρ, (3.4)

де R_ф - опір фази, Ом

Зважаючи, що

R_ф=U_ф²/(N₁·10³), (3.5)

Отримуємо

l₁= , (3.6)

Для 3-фазної печі довжина стрічкового нагрівача, l, м, складає:

l=3l₁ , (3.7)

а його масса, G, кг, буде:

G=γ·q·l/10³, (3.8)

де γ – густина матеріалу, г/см³ .

Необхідні відомості щодо значень параметрів, які використовуються у розрахунках, можуть бути визначені з даних, наведених у попередній роботі (див. табл. 2.1 – 2.4).

Поверхня випромінювання зигзагообразних нагрівачів, см²:

S=1,94*a*(1+m)*l, (3.9)

Потім визначається розрахункове питомне навантаження на нагрівальні елементи, Вт/см².

Воно повинно бути не більше, ніж допустиме.

ν_розр.= , ν_розр. ν_доп. (3.10)

Вихідними даними для виконання завдання є тип печі (індекс), загальна потужність (N), фазова напруга (U_ф), максимальна робоча температура (Т). Варіанти завдань наведені у таблиці 3.2.

Таблиця 3.2 – Вихідні дані для виконання роботи

Індекс печі	Максимальна робоча температура, ˚С	Інтервал змінення потужності печі (N), кВт
СНО/СНЗ-4.8.2,5/10	1000	20…30
СНО/СНЗ-6.12.4/10	1000	45…65
СНО/СНЗ-8.16.5/10	1000	65…85
СНЗ-4.8.2,5/11	1100	15…25
СНЗ-6.12.4/11	1100	45…60
СНЗ-8.16.5/11	1100	65…80
СНЗ-1.22.7/11	1100	120…150
СНО/СНЗ-3.6,5.2,5/9,5	950	12…18
СНО/СНЗ-4,5.9,5.4,5/9,5	950	25…35
СНО/СНЗ-6.12.5/9,5	950	40…50
СНО/СНЗ-7,5.15.5,5/9,5	950	50…70
СНО/СНЗ-9.18.6/9,5	950	65…80

Примітки: 1. Всі печі є трьохфазними

2. Фазова напруга, U_ф, приймається рівною 380 та 220 В (у ряді випадків U_ф може складати 127В).

Після отримання конкретного завдання студент обирає марку сплаву для нагрівача і виконує розрахунки основних його параметрів: а, в, l₁, l, G, ν_розр.

Другим етапом роботи є розміщення нагрівача у конкретній печі з врахуванням необхідності забезпечення рівномірності нагріву метала. Перевагу слід віддавати розміщенню нагрівачів на бокових стінках та своді печі (по одній фазі на кожну сторону). При необхідності, особливо у випадку печей великого розміру та в разі значної довжини нагрівача, його можна ще додатково розміщувати на поді та торцовій стінці печі.

Стрічкові нагрівальні елементи формують у вигляді зигзагів різних типів, схеми яких наведено на рисунку 3.1 (варіант 1 – рис.3.1,а; варіант 2 – рис.3.1,б).

Виходячи з визначених параметрів стрічки нагрівача виконують розрахунки параметрів зигзагів.

Варіант 1 (рис. 3.1, а).

Відстань D всередині зигзагів приймають у інтервалі 10–60 мм, частіше за все – 15-25 мм, але не менше, ніж ширина стрічки. Висоту зигзагів (B) обирають в інтервалі 150-500 мм в разі вертикального розміщення на стінках печі та 100-200 мм при горизонтальному розміщенні на своді та поді печі. При великих розмірах печі стрічкові нагрівачі розміщують у 2-3 ряди.

Довжина одного зигзагу, мм:

l_зиг.=2(πr+А), (3.11)

де: А – висота зигзагу між центрами закріплення стрічки, мм,

А = B - 2r, (3.12)

r – радіус закруглення стрічки, мм; звичайно, r =Д/2. Кількість зигзагів на 1 фазу (без обліку довжини виводів):

n= , (3.13)

Загальна довжина нагрівача, сформованого у формі зигзагу (в розрахунку на 1 фазу):

L₁ = n*h, мм, (3.14)

де h – шаг зигзагу, мм;

h = 2 *·(D+а), (3.15)

Варіант 2 (рис. 3.1,б)

Висоту зигзагу В₁ звичайно обирають у межах 100…250 мм, шаг зигзагу h – у межах 20…100 мм, але не меншим ,ніж ширина стрічки. Зигзаги у паралельних рядах можуть розміщатися без перекриття, коли відстань між виступами зигзагу (С) буде не меншою , ніж В₁, а також з перекриттям, коли С В_1, але звичайно не менша, ніж ширина стрічки.

Довжина одного зигзагу (l_зиг) у цьому випадку може визначатися, як:

l_зиг=2 , мм (3.16)

Подальші розрахунки параметрів нагрівача виконуються згідно з формулами 1.12-1.14.

Необхідну кількість рядів зигзагів, К (яка може мати тільки цілі значення) визначають, як:

К = L₁ / X, (3.17)

де X – той параметр робочого простору печі (довжина, висота чи ширина робочого простору), уздовж, якого буде розміщено «стрічку» зигзагу.

Параметрами, які можуть змінюватися (варіантні) для забезпечення найбільш раціонального розміщення нагрівача у печі та рівномірності нагріву, є В(В₁), h(h₁) та відстань (C) між рядами зигзагу.