Тема 1.4 Электрическое и электромеханическое оборудование

Предприятий черной металлургии

Практическое занятие № 42

Расчет нагревателя печи сопротивления

Формируемая компетенция:

ПК 1.1. Выполнять наладку, регулировку и проверку электрического и электромеханического оборудования.

Цель работы:

1. Повторить теоретический материал.

2. Освоить методику расчета нагревателя печи сопротивления

Выполнив работу, Вы будете:

уметь:

- определять электроэнергетические параметры электрических машин и аппаратов, электротехнических устройств и систем;

- организовывать и выполнять наладку, регулировку и проверку электрического и электромеханического оборудования;

Материальное обеспечение:

калькулятор, конспект лекций, справочник

Задание:

1.Рассчитать параметры нагревателя печи сопротивления

2.Выполнить проверку нагревателя

3. Изобразить схему размещения нагревателя в рабочей камере печи сопротивления

Краткие теоретические сведения:

Электрическая печь сопротивления - электрическая печь, в которой тепло выделяется в результате прохождения тока через проводники с активным сопротивлением. Электрические печи сопротивления широко применяются при термической обработке, для нагрева перед обработкой давлением, для сушки и плавления материалов.

Распространение электрических печей сопротивления определяется их достоинствами:

- возможностью получения в печной камере любых температур до 3000°С;

- возможностью равномерного нагрева изделий путём соответствующего размещения нагревателей по стенкам печной камеры или применением принудительной циркуляции печной  атмосферы;

- лёгкостью автоматического управления мощностью, а следовательно, и температурным режимом печи;

- удобством механизации и автоматизации печей, что облегчает работу персонала и включение печей в автоматические линии;

- хорошей герметизацией и проведением нагрева в вакууме, защитной (от окисления) газовой среде или специальной атмосфере для химико-термической обработки (цементация, азотирование);

-компактностью и пр.

Нагрев сопртивлением происходит за счет выделения теплоты в проводящем материале при протекании по нему электрического тока. Этот вид нагрева основан на законе Джоуля-Ленца: количество теплоты, выделяющейся в проводнике Q [Дж], при прохождении по нему электрического тока зависит от сопротивления проводника, электрического тока в цепи, времени его прохождения:

Мощность, выделяющаяся в проводнике Р, Вт

где S – площадь сечения проводника, м²;

 - удельное сопротивление проводника, Омм;

l – длина проводника, м.

Источником теплоты являются нагревательные элементы.

Порядок выполнения работы:

Рассчитать параметры нагревателя печи сопротивления в соответствии с заданным вариантом по таблице 58.

Ход работы:

Алгоритм расчета

Так как печь трехфазная 3≈ 380В включается по схеме «звезда», то мощность фазы ветви Р_Ф, кВт

Фазное напряжение U_Ф, В

По рисунку 52 определяется W_ИД = f (t_НАГ, t_ИЗД, град ) = f (950, 800, град ) = 3,75 ∙ 10⁴ Вт/м²

По таблице 57 для электронагревателя выбран материал _________с t_НАГ = ________ град, ρ = _________ Ом м

Реальная допустимая удельная поверхностная мощность нагревателя при сроке службы не менее 10 000 часов W_ДОП , Вт/м²

где α – поправочный коэффициент, учитывающий тепловые потери мощности в печи, α = 0,2…0,3 для провочных спиралей на полочках или трубах; α = 0,4 для ленточных зигзагов, α = 0,6 для проволочных и литых ленточных зигзагов;

W_ИД - допустимая удельная поверхностная мощность идеального нагревателя, Вт/м², принимается из рисунка 52

Таблица 57 – Жаростойкие и жароупорные сплавы высокого сопротивления

t_ИЗД – максимальная температура нагреваемого изделия, град

Рисунок 52 – Зависимость W_ИД = f (t_НАГ, t_ИЗД, град )

Рисунок 53 – Разновидности форм нагревателей: а) спираль проволочная, б) зигзаг ленточный или проволочный

Для ленточного нагревателя:

Толщина ленты а, м

где b – ширина ленты, м;

m = b /a - кратность сторон сечения ленты, в соответствии с сортаментом выпускаемой ленты m = (5…15), наиболее распространена лента с m = 10 (рис. 53)

Рекомендуемый сортамент проволоки и лент:

d ≥ 0,003 м для спиралей;

d ≥ 0,006 м для зигзагов

b x a ≥ 0,01 x 0,001 м для НЭ с температурой t_НАГ до 1000 град;

b x a ≥ 0,02 x 0,002 м для НЭ с температурой t_НАГ более 1000 град;

По таблице 57 в соответствии с сортаментом принимается лента b x a = ___________м

Длина ленты L_Ф, м

где R_Ф – расчетное электрическое сопротивление фазы ветви, Ом

Проверка на допустимую удельную поверхностную мощность W_НАГ , Вт/м²

Так как W_ДОП = > W_ДОП = электронагреватель выбран верно.

Для проволочного нагревателя:

Диаметр проволоки нагревателя d, м

где ρ – удельное электрическое сопротивление материала нагревателя в горячем состоянии, Ом м принимается по таблице 57.

Длина проволоки на фазоветвь ЭН L_Ф, м

Размещение в рабочей камере шахтной печи сопротивления:

Нагреватель фазы выполняется в виде секций. Секции трех фаз размещаются друг над другом по высоте печи.

По условиям обеспечения безопасности расстояние между секциями h₀ = 0,1 м

Геометрические размеры элементов ЭН (рис 53) принимаются в соответствии с соотношениями:

D – диаметр спирали проволочного нагревателя, м:

D = (4…6) d – для хромалюминиевых сплавов;

D = (7…10) d – для нихромов;

d – диаметр проволоки, м;

t – шаг спирали (зигзага), м:

t = (3…5) d – для витков спирали;

t ≥ (5…9) d – для проволочного зигзага;

t ≥ (2…5) b – для ленточного зигзага;

b – ширина ленты, м;

R – радиус закругления зигзага, м:

R = (4…5) а – для ленточного;

R ≥ d – для проволочного;

а – толщина ленты, м;

Н – высота зигзага, м:

Н = 0,15…0,3 – для хромалюминиевых сплавов;

Н = 0,2…0,4 –для нихромов

Размеры ленточного зигзага:

- высота зигзага для нихромов Н_З = _____м;

- радиус закругления ленточного зигзага R, м

R = 5· а

- шаг зигзага t₃ , м

t₃ = 4 R

- длина ленты на один зигзаг l_З , м

l_З = 2(Н - 2R)+2πR

- число зигзагов на фазу n_З

- длина развертки С_П, м

- длина фазоветви, сжатой зигзагом L_Ф, м

- расстояние между выводами должно быть не менее h₀ = 0,1 м;

- расстояние для монтажа С_М, м

что удовлетворяет требованиям электрической безопасности;

- расстояние фазоветвей от верха и низа камеры печи h₁, м

Эскиз размещения ленточного электронагревателя в рабочей камере печи сопротивления показан на рисунке 54.

Рисунок 54 - Эскиз размещения ленточного электронагревателя в рабочей камере печи сопротивления

Форма представления результата:

Работа в тетради. Ответы на контрольные вопросы:

1. Укажите назначение печей сопротивления

2. Принцип действия печей сопротивления

3. Укажите основные элементы нагрева печей сопротивления

Таблица 58 – Исходные данные для расчета

Номер варианта	Номинальная мощность РНОМ, кВт	Габаритные размеры печи DП х НП, м	Температура изделия tИЗД0 C	Марка материала нагревателя	Схема включения электронагревателя	Ширина ленты b, мм
1	55	0,9x2	950	Х23Ю5	Y	6
2	30	0,45х0,8	950	Х23Ю5		8
3	70	0,6х2,5	950	Х15Н60-Н	Y	10
4	65	0,9x1,47	1300	Х23Ю5Т		12
5	95	0,9x2,21	1300	Х23Ю5Т	Y	14
6	75	1,6x0,6	950	Х15Н60-Н		15
7	50	0,7x0,35	1300	Х23Ю5Т	Y	16
8	45	1x0,32	1000	Х15Н60-Н		18
9	90	1,4x0,5	950	Х23Ю5	Y	20
10	70	0,8x0,4	1000	ХН70Ю		25
11	35	0,9x1,2	950	Х15Н60-Н	Y	30
12	110	0,95х0,95	950	Х23Ю5		32
13	250	2,78x0,9	950	Х15Н60-Н	Y	36
14	300	2,5x1	900	Х15Ю5		40
15	90	1,7 x0,5	850	Х13Ю4	Y	45
16	85	0,8 x0,6	1200	Х27Ю5Т		50

Продолжение таблицы 58

Номер варианта	Номинальная мощность РНОМ, кВт	Габаритные размеры печи DП х НП, м	Температура изделия tИЗД0 C	Марка материала нагревателя	Схема включения электронагревателя	Ширина ленты b, мм
17	66	0,6x2	1100	ХН70Ю	Y	60
18	99	1,2х1,6	900	Х15Ю5		80
19	75	1,1x0,8	850	Х13Ю4	Y	6
20	45	1,2x1,6	950	Х15Н60-Н		8
21	84	1,3х1,8	1150	ХН70Ю	Y	10
22	38	1,2х1,8	1250	Х27Ю5Т		12
23	42	0,9x1,2	800	Х13Ю4	Y	14
24	68	1x1	950	Х15Н60-Н		15
25	66	0,9x1,47	800	Х13Ю4	Y	16
26	50	0,9x2,21	1300	Х23Ю5Т		18
27	35	0,9x0,6	950	Х15Н60-Н	Y	20
28	75	0,7x0,35	1300	Х23Ю5Т		25
29	100	0,5x0,32	1000	ХН70Ю	Y	30
30	80	0,65x0,4	950	Х15Н60-Н		32