Тепловой баланс электрической нагревательной печи сопротивления. Методические указания к лабораторной работе по дисциплине «Металлургическая теплотехн

Тепловой баланс непрерывно действующей печи отличается от баланса периодически действующей размерностью составляющих уравнения баланса тепла и отсутствием потерь аккумуляции (Q7).

Таким образом, если в уравнениях (1)-(10) принять время нагрева H рав-

ным 1 с или 1 ч, а Q7 = 0, то они превратятся в уравнения для печей непрерыв-

ного действия. При этом каждая составляющая теплового баланса будет выра-

жена в единицах тепловой мощности (тепловой энергии в единицу времени).

3. Описание лабораторной установки

Рис. 2. Схема лабораторной установки

Основным элементом лабораторной установки (рис. 2) является муфель-

ная электрическая печь сопротивления 1. Внутри печи размещается стальной образец 2 с установленной в нем термопарой 5. Сигнал от термопары выведен на 1-й канал внешнего индикатора температуры 4 через отверстие во фронталь-

ной заслонке печи. Температура в печи поддерживается при помощи встроен-

ного в печь терморегулятора 9 по показаниям печной термопары 3. Текущая температура печи отображается на 2-м канале индикатора 4. В состав установки

11

входит ЭВМ (на схеме не показана), на которую передаётся для индикации и регистрации информация об измеренных температурах с индикатора 4. Для определения электрической мощности, потребляемой печью, на стенде уста-

новки смонтированы амперметр 6, вольтметр 7. Количество электрической энергии, потребленной печью за время эксперимента, определятся по показани-

ям электрического однофазного счётчика 8. Для измерения температуры на по-

верхностях печи используется инфракрасный бесконтактный пирометр 10. Для взвешивания образцов и тары используются настольные механические весы с пределом измерений до 3 кг. Для фиксации моментов времени начала и окон-

чания загрузки, а также окончания нагрева используется секундомер.

4.Требования техники безопасности при выполнении работы

Квыполнению работы допускаются студенты, прошедшие инструктаж по технике безопасности в лабораториях кафедры теплофизики и ознакомившиеся

сданными методическими указаниями. При выполнении работы есть угроза получения ожогов, поэтому при перемещении образца необходимо использо-

вать средства защиты: защитные клещи и рукавицы.

При выполнении лабораторной работы запрещается:

самостоятельно включать печь и установку, менять настройки регулятора

печи;

самостоятельно открывать заслонку включенной печи, помещать обра-

зец в печи и извлекать его из печи;

прикасаться руками к кожуху включенной печи и установки;

прикасаться руками к внутренним поверхностям печи и образцу, нахо-

дящемуся в печи;

при выполнении измерений температуры инфракрасным пирометром направлять лазерный целеуказатель в сторону людей и на зеркальные поверхно-

сти;

помещать внутрь печи и на кожух печи посторонние предметы;

12

находиться во время работы установки с тыльной стороны печи и уста-

новки.

5. Порядок проведения эксперимента

Студенты изучают настоящее руководство и другие источники по данно-

му вопросу и опытную установку. Сдают допуск по теоретической части рабо-

ты и ознакомлению с опытной установкой, после чего получают разрешение преподавателя на выполнение работы (эксперимента).

В ходе эксперимента студенты производят:

а. Измерение размеров и определение веса нагреваемой заготовки;

б. Измерение с помощью радиационного инфракрасного пирометра или контактного термощупа температуры наружной поверхности элементов кладки перед загрузкой заготовки (согласно указаниям преподавателя или лаборанта);

в. Фиксацию показаний счетчика электрической энергии перед посадом заготовки;

г. Запись времени начала и конца посада заготовки;

д. Запись температуры печи в начале и конце посада заготовки и далее при нагреве (с использованием ЭВМ установки);

е. Фиксацию времени в момент достижения температурой печи ее зна-

чения перед посадом заготовки и измерение температуры нагрева металла (за-

готовки) с помощью термопары или оптического пирометра;

ж. Фиксацию показаний счетчика электрической энергии после оконча-

ния нагрева заготовки;

з. Повторное измерение температуры наружной поверхности кладки.

На этом эксперимент заканчивается.

Температура заготовки в начале нагрева принимается равной температуре в помещении лаборатории.

Все измерения заносят в журнал наблюдений (прил.).

13

6. Обработка результатов измерений

Отдельные статьи прихода и расхода тепла и величины КПТ , W рассчиты-

вают по методике, описанной в разделе 2, с использованием полученных на установке данных. Результаты расчета оформляют в виде табл. 3.

7. Оформление отчета

Отчет по лабораторной работе должен содержать:

Название и цель работы;

Схему установки с указанием размеров рабочего пространства печи;

Исходные данные для расчета, журнал с результатами измерений

(прил.);

Сводную таблицу с результатами расчета теплового баланса (табл. 3);

Вывод по проделанной работе с кратким анализом полученных резуль-

татов.

8.Контрольные вопросы

1.Задачи составления теплового баланса.

2.Различия в составлении теплового баланса для периодически и непре-

рывно действующих печей.

3.Статьи теплового баланса и их размерность.

4.Отличия при составлении теплового баланса проектируемой и действующей

печи.

5.Способы расчета отдельных составляющих теплового потока.

6.Неизвестные величины при составлении теплового баланса проектиру-

емой печи.

7.Величины, подлежащие измерению при составлении теплового баланса действующей печи.

8.Сущность коэффициента полезного теплоиспользования (кпт) печи и пути его увеличения.

9.Удельный расход тепла и пути его уменьшения.

14

10.Из каких элементов состоит установка испытуемой печи?

11.Какие параметры и для чего подлежат измерению при испытании пе-

чи?

12.Какие приборы используются при испытании печи?

13.Какова последовательность измерений при испытании печи?

14.Источники погрешности и пути повышения точности определения кпт печи и удельного расхода тепла при испытании печи.

15.Как изменится время нагрева (время достижения первоначальной тем-

пературы печи) при увеличении массы заготовки или потребляемой мощности печи?

16. Как и почему полученные результаты отличаются от данных в литера-

турных источниках?

Библиографический список

1. Кривандин, В.А. Металлургические печи [Текст] / В.А. Кривандин,

Б.Л. Марков. – Москва : Металлургия, 1977. – 464 с.

2. Гусовский, В.Л. Методики расчета нагревательных и термических пе-

чей [Текст]: справочник / В.Л. Гусовский, А.Е. Лифшиц. – Москва : Теплотех-

ник, 2004. – 420 с.

3. Industrial Furnaces = Промышленные печи [Текст]: / Willibald Trinks [et al.]. – Hoboken, N. J. : John Wiley & Sons, 2004. – 473 p.

15

Приложение

Журнал наблюдений

Таблица 2

Измерение параметров печи во время нагрева (интервал замеров 15-30 c)

16