4 Расчет мощностей, подводимых к садке печи

4.1 Баланс энергии системы

Активная мощность Р_{а.ист.вх}, Вт, забираемая из электрической сети, распределяется по цепи электрическая сеть – садка печи так, как показано на энергетической диаграмме (рисунок 4.1) /1, с.245, 246, 257; 2, с.115, 120; 3, с.255/.

4.2 Полезная тепловая мощность,

потребляемая садкой

4.2.1 Для расчета полезной тепловой мощности Р_энт, Вт, потребляемой садкой, необходимо предварительно определить:

а) q_энт – плавильную производительность печи, т.е. производительность по НРП, кг/с или т/ч;

б) Q_энт – полезную активную энергию, затраченную на НРП металла в тигле до температуры разливки, т.е. теплосодержание (энтальпию) этого металла, Дж/кг или кВт ∙ ч/т.

4.2.2 Плавильная производительность, кг/с или т/ч, печи

q_энт = , (4.1*)

где τ_энт – время, необходимое для НРП металла в тигле до температуры разливки, с или ч.

В исходных данных q_энт может быть задана.

Согласно техническим паспортам: а) q_энт ≈ 0,78 т/ч, τ_энт ≈ ≈ 0,51 ч у печи ИСТ-0,4/0,5-ИЗ; б) q_энт ≈ 0,79 т/ч, τ_энт ≈ 1,26 ч у ИСТ-1/0,5; в) q_энт ≈ 1,3 – 1,1 т/ч, τ_энт ≈ 0,77 – 0,91 у ИСТ-1/0,8 М5.

∆Р_{а.ист.вх} – электрические потери мощности в ИП, Вт; Р_{а.ист.вых} – мощность, которую отдает ИП, Вт; ∆Р_а.ток, ∆Р_а.кб – электрические потери активной мощности соответственно в токопроводе и КБ, Вт; Р_инд.вх – активная мощность печи, т.е. активная мощность, поступающая в индуктор, Вт; ∆Р_{а.инд.вх} – электрические потери активной мощности в индукторе, Вт; Р_а.сад – активная мощность, передаваемая в садку печи, Вт; ∆Р_а.сад – тепловые потери активной мощности, поступившей в садку печи, Вт; Р_энт – полезная тепловая мощность печи, потребляемая садкой на ее нагрев, расплавление и перегрев (НРП), Вт.

Рисунок 4.1 - Энергетическая диаграмма системы

электрическая сеть – садка печи

4.2.3 Теоретическое теплосодержание (энтальпия) Q_энт, Дж/кг, некоторых расплавов, т.е. удельный расход энергии на их НРП до температуры разливки, представлены в таблице 4.1.

Таблица 4.1

Вид или марка сплава	Температура τмет.ж разливки, оС	Теплосодержание Qэнт, Дж/кг	ЛИ
Чугун Сталь Углеродистая сталь	1500 ─ ─	1278000 1420000 1224000	4,с.226, 239, 293 3, с.257 2, с.81
Качественная сталь Качественная (шарикопод-шипниковая) сталь Алюминий Латунь Л68 Латунь Л62	─ 1580 ─ ─ 1070	1424000 1440000 1017000 646000 645000		1, с.247 2, с.81, 87 1, с.379, 386 1, с.367 3, с.284

4.2.4 Полезную тепловую мощность, Вт, потребляемую садкой, находят по формуле /2, с. 80, 81; 3, с. 254; 4, с. 222, 223/

Р_энт = q_энт Q_энт. (4.2)

4.2.5* В паспортах типовых ИПУ иногда указывают удельный расход Q_{ипу.общ}, Дж/кг (кВт · ч/т), общей активной электроэнергии сети на НРП конкретного вида сплава (стали, чугуна и др.). Если при этом задаться средним общим КПД η_{ипу.общ} такой ИПУ, то можно определить полезную тепловую мощность, Вт, потребляемую садкой, по формуле

Р_энт = q_энт Q_{ипу.общ} η_{ипу.общ}. (4.3*)

Удельный расход общей активной электроэнергии на НРП металла в печи одного и того же типа и металлоемкости может быть разным, так как он зависит от КПД η_{ипу.общ}, но всегда Q_{ипу.общ} > Q_энт. Например, согласно паспортам Q_{ипу.общ} = 2333 – 2477 кДж/кг у печи ИСТ-0,4/0,5-И; Q_{ипу.общ} = = 2250 – 2322 кДж/кг у ИСТ-1/0,8 М5.

Общий КПД ИПУ зависит от КПД основных звеньев системы электрическая сеть – садка печи /2, с. 117/:

η_{ипу.общ} = η_ист η_ток η_к.б η_инд η_энт, (4.4*)

где η_ист – КПД ИП;

η_ток – КПД токоподвода;

η_к.б – КПД КБ;

η_инд – КПД индуктора;

η_энт – тепловой (термический) КПД ИТП.

КПД η_{ипу.общ} по формуле (4.4*) не вычисляют, а принимают равным η_{ипу.общ} = 0,50 – 0,65 /2, с. 117 - 121/. В /1, с. 257/ η_{ипу.общ} = 0,44.

4.2.6* Нужно обращать внимание на то, какая из производительностей печи (плавильная или цикловая) указана в используемом ЛИ. Разница в том, что при расчете плавильной производительности q_энт по формуле (4.1) учитывают только время τ_энт, а при расчете цикловой производительности q_{итп.цик} учитывают время τ_цик полного цикла использования печи /1, c. 246; 2, c. 87, 89/

τ_цик = τ_заг + τ_энт + τ_обр, (4.5*)

где τ_заг – время загрузки тигля шихтой, с;

τ_обр – время обработки металла в тигле, слива металла и пр., с.

Тогда цикловая производительность, кг/с (т/ч),

Q_{итп.цик} = . (4.6*)

Отсюда следует, что q_энт > q_{итп.цик}.