Расчеты нагревательных устройств. В 3 ч. Ч. 2. Расчеты электрических печей и установок

Министерство образования Республики Беларусь БЕЛОРУССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра «Машины и технология обработки металлов давлением»

М.В. Логачев Н.И. Иваницкий Л.М. Давидович

РАСЧЕТЫ НАГРЕВАТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ

Учебно-методическое пособие для студентов специальностей

1-36 01 05 «Машины и технология обработки материалов давлением», 1-36 01 02 «Материаловедение в машиностроении»

В 3 частях

Ч а с т ь 2

РАСЧЕТЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПЕЧЕЙ И УСТАНОВОК

Рекомендовано учебно-методическим объединением

высших учебных заведений Республики Беларусь по металлургическому оборудованию и технологиям

М и н с к 2 0 1 0

Введение

Электрические печи и электронагревательные устройства полу­ чили широкое распространение в машиностроении и металлургии для расплавления металлов и сплавов и нагрева различных мате­ риалов, заготовок или изделий под пластическую деформацию или термическую обработку.

Такое широкое распространение электрических печей вызвано следующими их существенными преимуществами по сравнению с топливными печами.

1. Возможность концентрировать выделение большого количе­ ства энергии в весьма малых объемах (электрическая дуга, низко­ температурная плазма, индукционный нагрев, электронно-лучевой нагрев, прямой нагрев) и благодаря этому получить очень большие скорости нагрева и любые необходимые температуры.

2.Возможность обеспечить высокую равномерность нагрева из­ делий как путем соответствующего расположения источника выде­ ления тепла по стенкам нагревательной камеры, так и применением принудительной циркуляции атмосферы.

3.Легкость регулирования подводимой мощности, а следова­ тельно, и температуры, легкость автоматизации регулирования тем­ пературного режима печи.

4.Удобство механизации и автоматизации процессов загрузки и выгрузки подвергающихся нагреву материалов или изделий и их пе­ ремещения внутри печи, что существенно облегчает включение элек­ трических печей в технологический поток и автоматические линии.

5.Легкость герметизации электрических печей, возможность бла­ годаря этому защитить нагреваемые материалы или детали от окис­ ления защитной атмосферой или вакуумом или, наоборот, помес­ тить их в специальную атмосферу для насыщения поверхности уг­ леродом, азотом или иными веществами.

6.Компактность, чистота, удобство обслуживания, улучшение ус­ ловий труда, меньшее по сравнению с топливными печами загряз­ нение атмосферы.

3

1. КЛАССИФИКАЦИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПЕЧЕЙ

Широкое распространение электрических печей в различных от­ раслях народного хозяйства (табл. 1.1), разнообразие их конструкций, размеров, принципа действия, назначения и рода обрабатываемых в них материалов или деталей затрудняет их классификацию [1].

Таблица 1.1

Область применения электрических печей

4

5

6

Как видно из табл. 1.2, электрические промышленные печи де­ лятся на пять классов, причем в машиностроении чаще используют­ ся электрические печи сопротивления и установки индукционного нагрева.

Классификация электрических печей сопротивления приведена на рис. 1.1.

Рис. 1.1. Классификация электрических печей сопротивления

8

2. РАСЧЕТ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПЕЧЕЙ СОПРОТИВЛЕНИЯ КОСВЕННОГО ДЕЙСТВИЯ

Почти все электрические печи сопротивления косвенног о дейст­ вия имеют нагревательные элементы того или иного типа, в кото­ рых и происходит превращение электрической энергии в тепловую, передаваемую в дальнейшем нагреваемым заготовкам (изделиям) излучением, конвекцией или теплопроводностью. На рис. 2.1 пред­ ставлена камерная электрическая печь сопротивления.

Рис. 2.1. Камерная электропечь:

1- дверца; 2 - механизм подъемадверцы; 3 - ввод термопары; 4 - кожух; 5 - футеровка; 6 - боковые нагреватели; 7 - сводовые нагреватели; 8 - подовые плиты;

9 - подовые нагреватели; 10 - пламенная завеса

Расчет электрических путей сопротивления включает определе­ ние времени нагрева изделий, определение основных размеров печ­ ного пространства и внешних габаритов печи, составление энерге­ тического баланса и установочной мощности печи и расчет нагрева­ тельных элементов [2].

2.1.Определение времени нагрева заготовок

впечах периодического действия

Время нагрева определяется по-разному для тонких и массивных заготовок (изделий) по методикам аналогично с пламенными печа­ ми [3], но с учетом некоторых особенностей.

9