2.4 Расчет размеров нагревателя

При расчете нагревательных элементов ЭПС, работающих при температуре выше 600^оС, исходят из ряда предпосылок:

- вся забираемая электропечью из сети мощность N_ц выделяется в ее нагревательных элементах в виде тепла, при этом питающее напряжение U постоянно.

(2.5)

- нагреватель имеет неизменную длину и постоянное сечениеS, удельное электрическое сопротивление  при работе печи в заданном температурном режиме неизменно, тогда его сопротивление:

(2.6)

- выделенная на нагревателе энергия передается изделиям и кладке печи излучением с поверхности нагревателя F_н. Удельная поверхностная мощность нагревателя:

(2.7)

Для определения размеров нагревателя необходимо найти соотношения между его геометрическими и электрическими параметрами. Для нагревателя круглого сечения (проволока, стержень и т.п.) диаметром d эти соотношения описываются уравнениями:

, (2.8)

, (2.9)

, (2.10)

где М – масса нагревателя, кг;

_н – плотность материала нагревателя, кг/м³.

=1,3

U=220В

_н=8300 кг/м³

Таким образом,

2.5 Определение ориентировочного срока службы нагревателя

В процессе эксплуатации нагреватели «стареют», т.е. изменяют свои электрические параметры, что в конечном итоге приводит к необходимости их замены. Если принять скорость окисления _ок постоянной во времени, тогда для круглого нагревателя

, (2.11)

где n – отношение площади сечения окисленного слоя к первоначальной площади сечения нагревателя;

t – время работы нагревателя.

Скорость окисления _ок для некоторых сплавов приведена на рисунке 6.

Рекомендуется ориентировочный срок службы нагревателя принимать равным времени его работы, в течении которого сечение нагревателя окислится на 20% от первоначальной площади, т.е. когда n достигнет 0,2. Исходя из этого условия срок службы нагревателя t_с, будет равен: ; (2.12)

1 – Х15Н60; 2 – Х25Н20; 3 – Х15Н60-Н; 4 – Х20Н80ТЗА;

5 – Х20Н80Т; 6 – Х20Н80; 7 – Х20Н80-Н.

Рисунок 6 - Зависимость скорости окисления от температуры нагревателя для различных сплавов

Выводы

Расчеты были проведены для электрической печи сопротивления периодического действия. Размер печи: высота – 800мм, длина – 800 мм, ширина – 800 м. Загрузкой печи является стальная цилиндрическая деталь d=500 мм, h=500 мм, толщина стенки t=10 мм. Масса изделия – 60,39 кг. Температурный режим: нагрев до 800˚С, затем остывание в течении 3 часов в печи. Материал нагревателя - ферронихром Х15Н60. Футеровка печи двухслойная: внутренний огнеупорный слой представляет собой шамотный кирпич, размерами 113×65×230 мм. по ГОСТ 4247-48, наружный теплоизоляционный слой – стекловата. Были получены следующие данные:

Производительность периодической ЭПС:

Время цикла:

Удельный расход электроэнергии:

=0,66 МДж/кг

_{Мощность, расходуемая на нагрев в загруженном образце:}

Мощность, потребляемая печью из сети:

_{Установленная мощность:}

_{Потери через стенки печи:}

_{Поверхностная мощность идеального нагревателя:}

Предельно допустимая удельная поверхностная мощность:

Диаметр нагревателя:

d=м

Длина нагревателя, расположенного на четырех стенках:

L=82,44 м

Масса нагревателя:

М=9,93 кг

Срок службы нагревателя:

17