4.4. Проектирование электропечей сопротивления Проектирование электропечей сопротивления периодического действия (садочных)

При проектировании электропечи сопротивления перио­дического действия обычно задается либо часовая ее производи­тельность, либо ее единовременная загрузка. Последняя необходи­ма для конструирования камеры печи, поэтому, если она неизвест­на, ею приходится задаваться с последующей проверкой ее соответ­ствия заданной производительности печи.

Конструируют печную камеру, определяют ее размеры и параметры, учитывая следующие положения:

• внутренние размеры камеры печи должны быть по возможности малы и соответствовать размерам загруз­ки; наличие вредного, неиспользованного пространства в камере печи приводит к увеличению ее внешних раз­меров и тепловых потерь.

• внешние габариты печи определяются ее внутренними размерами и толщиной кладки. Кладка должна обеспе­чить низкие температуры кожуха печи (не выше 60С при температуре окружающего воздуха в 20°С). Не следует при проектировании электрических печей эко­номить на теплоизоляции, так как она очень быстро окупа­ет себя. Огнеупорная часть кладки должна выполняться из возможно более легкого, допустимого по условиям прочности материала, с тем, чтобы снизить аккумули­рованное тепло. Ни в коем случае не следует применять излишне прочный и, следовательно, тяжелый материал и по возможности избегать тепловых коротких за­мыканий (металлические детали, проходящие через кладку), способных значительно повысить тепловые потери печи,

Расположение нагревателей в печи должно определять­ся как технологическими требованиями, так и возмож­ностью размещения их в печи. Следующим этапом является определение времени нагре­ва садки. Если часовая производительность печи задана, то время цикла, ч, легко определяется из формулы

,

где - масса загрузки печи, кг;

М - ее часовая производительность, кг/ч.

Время цикла в общем виде

,

где - время нагрева;

- время выдержки;

- время простоя печи.

Остывание, как правило, проводят вне печи, чтобы сохранить накопленное кладкой за время нагрева тепло.

Время простоя печи складывается из времени ее за­грузки и выгрузки, а иногда также из времени, необходимого на ее чистку или подправку.

Время выдержки изделий в печи задается технологи­ческим процессом, в противном случае оно сливается с последним этапом нагрева.

Для определения времени нагрева необходимо задать­ся значением удельного полезного теплового потока. Полезный тепловой поток, Вт/м², определяется из следующего выражения

,

где - приведенный коэффициент лучеиспускания;

- степень черноты изделия;

- степень черноты стен камеры;

- тепловоспринимающая поверхность изделия;

- поверхность стен камеры;

- температура в камере печи;

- температура изделия.

После определения времени нагрева и производительно­сти печи следует приступить к расчету тепловых потерь печи и к составлению энергетического баланса.

,

где - полезное тепло;

- тепло, расходуемое на нагрев вспомогательного оборудования;

- тепловые потери за время одного цикла.

Полезное тепло, идущее на нагрев садки,

где - теплосодержание;

С - удельная теплоемкость;

- температура;

- масса материала.

Тепло, идущее на нагрев вспомогательного оборудования,

.

Тепловые потери за время одного цикла складываются из тепловых потерь за отдельные периоды цикла, т.е. из потерь за вре­мя нагрева, выдержки, остывания и простоя печи при загрузке и выгрузке

Отдельно подсчитываются тепловые потери через закры­тую и открытую дверцы, причем учитывается время открытого со­стояния последней

.

Потери через тепловые короткие замыкания следует под­считывать, оценивая температуру на обоих концах металлического стержня (и), проходящего через стенку:

,

где - длина стержня;

- сечение стержня;

- коэффициент теплопроводности.

Расход энергии на единицу обрабатываемой в печи про­дукции может быть определен из выражения

.

Тепловой КПД печи равен

.

Мощность печи периодического действия

,

где К - коэффициент запаса.

Особое место занимает нагрев в таре или муфеле. В этих условиях определение времени нагрева расчетным путем затрудни­тельно, и оно обычно задается на основе опытных данных.