2 Тепловой расчет печи сопротивления

2.1. Для печей данного типа при двухстороннем нагреве изделий напряжение активного пода 500 – 700 кг/(м²∙ч) [3]. Принимая р = 700 кг/(м²∙ч) [8], находим площадь пода, занятую металлом:

2.2. Нагрев заготовок производится на поддонах. Принимая ширину поддона равной 0,5 м [3], определим длину поддона:

2.3. Учитывая, что нагревательные элементы, расположенные на стенках печи, выступают внутрь стен рабочего пространства на 50-150 мм, а расстояние от нагревательных элементов до металла не должно быть меньше 100-250 мм [4], принимаем ширину печи B = 0,9 м, длину печи L = 1,5 м.

2.4. При двустороннем нагреве нагревательные элементы расположены также на своде и на поде. Учитывая рекомендованные расстояния между нагревателями, стенками печи и нагревательным металлом, принимаем расстояние между сводом и нагреваемым металлом l₁ = 0,4 м, расстояние между поддоном и подом l₂ = 0,2 м.

2.5. Общая высота печи (с учетом толщины нагреваемого металла) равна:

2.6. Принимая за теплоотдающую поверхность печи внутреннюю поверхность ее футеровки и считая газовую среду лучепрозрачной, найдем приведенный коэффициент излучения по формуле:

где ε_м и ε_п – соответственно степени черноты поверхностей металла и футеровки печи (для футеровки ε_п = 0,8; для стали при нагреве в закрытой защитной атмосфере ε_м = 0,45); F_м – тепловоспринимающая поверхность нагреваемого металла, F_п – теплоотдающая поверхность электрической печи, определяемые по формулам:

2.7. Средний коэффициент теплоотдачи излучением:

2.8. Принимая коэффициент теплоотдачи конвекцией ∝_конв = 11,63 Вт/(м²∙К) [3], находим суммарный коэффициент теплоотдачи к металлу:

2.9. Критерий Био:

где S = l₁ ∙ l_2­ = 0,4 ∙ 0,2 = 0,08 м².

2.10. Температурный критерий для поверхности заготовок:

По номограмме Будрина находим величину критерия Фурье F₀ = 4,25 [3].

2.11. Коэффициент температуропроводности, входящий в критерий Фурье:

2.12. Продолжительность нагрева:

2.13. По монограмме ([3], рис. 20) температурный критерий для центра нагреваемых заготовок при

2.14. Конечная температура центра нагреваемых заготовок:

2.15. Для обеспечения заданной производительности в печи одновременно должно находиться следующее количество металла:

2.16. Одновременно в печи должно находиться:

2.17. При плотной укладке на поддоны 20 заготовок занимают площадь:

2.18. Напряжение пода:

Двадцать заготовок на поддоне располагаем в пять рядов по четыре заготовки в ряду. В таком случае ширина и длина поддона соответственно:

При температуре электрической печи, находящейся в пределах 1300-1500 °С, рекомендуется использовать двухслойную футеровку [3], поэтому необходимы огнеупорная кладка из шамота класса А толщиной S₁ = 0,125 м и тепловая из диатомитового кирпича толщиной S₂ = 0,4 м.

2.19. Расход тепла на нагрев металла в электрической печи:

2.20. С учетом принятой толщины стен наружная поверхность кладки:

Принимаем, что толщина слоев кладки всех стен, пода и потолка электрической печи одинакова.

2.21. Коэффициент теплопроводности шамота и коэффициент теплопроводности диатомита соответственно равны:

где t_Ш – средняя температура слоя шамота, t_Д – средняя температура слоя диатомита. Они определяются по следующим формулам:

2.22. Определение параметров шамота и диатомита:

Так как рассматриваем потери тепла через кладку в стационарном режиме, то можно записать:

где:

t­_п – температура внутренней поверхности кладки, принятая равной температуре печи t_печ = 1500 °С;

t₀ - температура окружающего воздуха (25 °С);

t’ - температура на границе раздела слоев, °С.

Тогда получаем равенство:

откуда t’ = 150,9 °С.

Следовательно, определяемые в п. 2.21 параметры равны:

2.23. Потери тепла теплопроводностью через кладку электрической печи при стационарном режиме работы:

2.24. Потери на тепловые короткие замыкания принимаются равными 70% от потерь тепла через кладку:

2.25. Общий расход тепла в электрической печи:

2.26. Мощность электрической печи:

где К – коэффициент запаса мощности, учитывающий возможность падения напряжения сети против номинального значения и увеличение сопротивления нагревателей с течением времени. Для непрерывно работающих печей К = 1,2 ÷ 1,3.