Санкт-Петербургский государственный институт
(Технический университет)
Кафедра технологии электротермических Факультет V
и плазмохимических производств Курс V
Группа 566
КУРСОВАЯ РАБОТА
Тема: «Расчет электрической печи сопротивления
периодического действия»
Студент /__________/ Блинова Марина Владимировна
Руководитель /__________ / Лавров Борис Александрович
Оценка за курсовую работу ____________
СПб
2010 г.
Содержание
Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1 Тепловой расчет . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4
1.1 Расчет полезной мощности . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5
1.2 Определение установленной мощности . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.3 Расчет тепловых потерь . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2 Расчет и конструирование нагревательных элементов . . . . . . . . . . . . . . . . .10
2.1 Материал нагревателя . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
2.2 Рекомендации по конструированию металлических нагревателей . . .11
2.3 Определение допустимой удельной поверхности мощности нагревателя . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11
2.4 Расчет размеров нагревателей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2.5 Определение ориентировочного срока службы нагревателя . . . . . . . . 16
Выводы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18
Введение
Электрические печи сопротивления (ЭПС) – это самый распространенный тип электрического аппарата в химической технологии. В них электрическая энергия преобразуется в тепловую в соответствии с законом Джоуля-Ленца. Наиболее распространенный тип печей сопротивления – печи косвенного нагрева, в которых электрический ток протекает по специальному элементу – нагревателю. Передача тепла от нагревателя к загрузке печи может осуществляться теплопроводностью, конвекцией, излучением. При температурах выше 600 °С преобладает теплопередача излучением, при этом другими видами теплопередачи можно пренебречь. Такие печи относят к средне- и высокотемпературным, а их расчет осуществляют на основании законов физики и ряда эмпирических закономерностей, обнаруженных на опыте.
В последнее время в связи с бурным развитием металлургии большое значение приобретает термическая обработка металлов. Так термическая обработка сталей требует очень точной выдержки заданного температурного режима и высокой степени равномерности нагрева изделий, регулировать же этот режим и обеспечивать его равномерность в электрической печи можно намного легче и точнее, чем в топливной. Также электрическую печь легко герметизировать и создать в ней нужную газовую атмосферу, при помощи электронагревательных устройств можно получить избирательный нагрев отдельных участков изделия или его поверхности. Поэтому в металлургии все больше применяются электрические печи и индукционные установки для термической обработки самых разнообразных конструкций.
Для проведения режима термообработки, требующего равномерного прогрева детали и поддержание температуры с высокой точностью отлично подходят электропечи муфельного типа. Главной особенностью таких печей является наличие так называемого муфеля, защищающего обрабатываемый материал и являющегося главным рабочим пространством муфельной печи (то есть, муфель предохраняет материал от контакта с топливом и продуктами его сгорания, в том числе газами).
В данной курсовой работе проведем расчет муфельной электропечи для отпуска изделия.
1 Тепловой расчет
Цель теплового расчета электрических печей сопротивления определение оптимальных параметров (энергетических, геометрических, экономических) при которых обеспечивается проведение заданного технологического процесса. По результатам расчета выбирают конструкцию футеровки печи, определяют установленную мощность печи, вычисляют тепловые потери печи.
Завершают тепловой расчет вычислением производительности печи, удельного расхода электроэнергии и теплового КПД. Производительность садочных (периодических) ЭПС:
,
(1.1)
где G – производительность печи, кг/с;
М – масса единовременной загрузки, кг;
tц – время технологического цикла, с.
Время цикла состоит из:
,
(1.2)
где tн – время нагрева;
tзаг – время загрузки и выгрузки;
-
время на охлаждение.
Данные материала:
λ=30 кккал/м˚Сч, с=0,16 ккал/кг˚С, γ=7850 кг/м3 , отсюда коэффициент температуропроводности изделия
Нагрев заготовок. Для tпечи =850°С, коэффициент теплопередачи α850=140 ккал/м2˚Сч
Критерий Био
К концу нагрева, когда температура поверхности достигнет 800˚С,
температурный критерий
По графику для расчета нагрева поверхности цилиндра определяем критерий Фурье:
отсюда
Такому критерию Фурье соответствует
откуда
Перепад между температурами поверхности и оси заготовок составляет, т. о., через 3,7 ч с начала нагрева - 12˚С.
Таким образом, время технологического цикла составляет:
Отсюда,
