
- •Московский государственный институт электронной техники
- •Эскиз нагревательного устройства Определение габаритов печи.
- •Расчет времени цикла термической обработки.
- •Расчет времени нагрева изделий.
- •Расчет тепловых потерь.
- •Тепловые потери через отверстие излучением.
- •Потери тепла, затрачиваемые на нагрев газов.
- •Затраты тепла на нагрев деталей конструкции внутри печи.
- •Потери тепла футеровкой.
- •Потери тепла через тепловые короткие замыкания
- •Оценка дополнительных составляющих времени цикла термической обработки.
- •Расчет установленной мощности печи.
- •Электрический расчет нагревателя.
Тепловые потери через отверстие излучением.
.
,
где - коэффициент диафрагмирования, учитывающий глубину отверстия и его экранирующее действие.
.
.
Потери тепла, затрачиваемые на нагрев газов.
,
где: Gг, Ср – масса и средняя удельная теплоемкость газа;
-
начальная температура газа.
;
.
.
Тепловой баланс:
в=60 мин – время выдержки подложек.
-
расход газа.
.
-
скорость газа.
.
dэ=d2-d1=dк-dп=0.24-0.2=0.04 м.
.
.
Re=6< Reкр = 2000 ламинарный режим.
.
.
.
.
.
.
Q1=Q2
.
.
Затраты тепла на нагрев деталей конструкции внутри печи.
Мпд, Спд – масса и средняя удельная теплоемкость деталей конструкции печи
lзагр
=
1.07 м, Dпд
=
0.04м, Спд
=1560
.
.
.
Потери тепла футеровкой.
Расчет футеровки.
tн=1050C; tк=60С; to=25C;
Dк=d1=0.24 м; lк=3.06 м.
Тепловой баланс:
.
.
.
.
.
.
.
турбулентный
режим.
.
.
.
.
Q1=Q2.
d20.72
м.
фут=- толщина футеровки.
,
где :
qб,
qт
– удельный тепловой поток, проходящий
через боковые и торцевые стенки,
;
Fб, Fт – площадь поверхностей боковых и торцевых стен, [м2].
Для цилиндрических поверхностей печи величина удельного теплового потока равна:
.
-
коэффициент теплопередачи через
цилиндрическую футеровку,
,
где
dвн, dн – диаметры внутренней и наружной поверхностей футеровки;
di, i – диаметр и коэффициент теплопроводности i-го слоя футеровки.
Для боковой поверхности:
.
.
.
.
Для торцевой поверхности:
-характерный
размер
.
Ra=1.065109 Raкр =109 турбулентный режим.
.
.
.
.
.
Рфут=2546+78.2=2624.2Вт.
Потери тепла через тепловые короткие замыкания
Потери тепла через ТКЗ можно рассчитать, оценив температуру на обоих концах металлического стержня t1 и t2, проходящую через стенку.
,
где
Lстр, Fстр, стр – длина, сечение и коэффициент теплопроводности материала стержня.
Lcтр=0.1+фут=0.1+0.24=0.25м;
t1=tн=1050С ; t2=tо=25С.
.
.
=1.2( 2624.2+326.3+30.75+85+1081)=4976Вт
Рпотр=Рпот+Рпол=4976+1950=6926Вт
Оценка дополнительных составляющих времени цикла термической обработки.
Qакк=Qфут+Qиз+Qпд.
.
.
.
Qакк=(5.3+3.94+2.2)х106=11.44х106Дж.
Определение
тепловых потерь при
.
тепловые потери через отверстие
потери тепла через тепловые, короткие замыкания
.
потери тепла, затрачиваемые на нагрев газа
.
.
Q1=Q2.
.
.
затраты тепла на нагрев деталей конструкции внутри печи
,
так как
.
потери тепла футеровкой
.
.
.
.
,
так как
.
.
,
где
-
тепло, аккумулированное элементами
печи и загрузкой при температуре
и
,
[Дж];
-
потери тепла элементами печи при
температуре
и
,
[Вт].
.
ц=н+в+о+пр
ц=39+60+39+30=168 мин.
Расчет установленной мощности печи.
,
где:
k=1,21,5 – коэффициент избытка (запаса) установленной мощности.
.
Электрический расчет нагревателя.
Допустимая и идеальная удельные поверхностные мощности связаны между собой следующей зависимостью:
,
где эф, г, с, р – поправочные коэффициенты.
При определении ид под температурой нагревателя подразумевают его максимальную температуру, определяющую срок службы нагревателя из условий окисления.
Коэффициент
р
учитывает влияние размеров изделий и
зависит от соотношения
:
p=0.45
ид определяют по графику:
tн max=1050C; tиз=990С -----ид=4104 Вт/м2.
Выбираем систему нагревателя – проволочный зигзаг эф=0.68 – коэффициент эффективности излучения.
Относительное
межосевое расстояние
г=1.1
– коэффициент шага.
.
Диаметр сечения:
,
где
г=1.35
– удельное сопротивление материала
нагревателя в горячем состоянии,
;
Р – мощность нагревателя, [Вт];
U=220 В – напряжение на нагревателе.
.
Длина нагревателя:
.
Масса нагревателя:
,
где
-
плотность материала нагревателя.
.
Определение ориентировочного срока службы нагревателя, под которым понимают время работы нагревателя, в течение которого его сечение уменьшается на 20%.
Срок службы нагревателя для данного сплава при данной температуре:
,
где
x – толщина окисленного слоя в конце срока службы, м;
vок – скорость окисления сплава, м/с.
.
vок=0.00002
мм/ч =
м/с.
Срок службы нагревателя диаметром d равен:
,
где
- срок службы для железохромалюминиевых
сплавов может быть принят для предельных
температур.
.