- •Коротка характеристика сплаву
- •Розрахунок матеріального балансу
- •Шихтові матеріали
- •Технологія виплавки
- •Розрахунок шихти
- •Розрахунок матеріального балансу періода плавління
- •Розрахунок теплових втрат під час виплавки сталі 12х25н16г7 в індукційній тигельній печі
- •Розрахунок розмірів робочого простору індукційної тигельної печі
- •Тепловий розрахунок індукційної печі
Розрахунок теплових втрат під час виплавки сталі 12х25н16г7 в індукційній тигельній печі
Розрахунок розмірів робочого простору індукційної тигельної печі
На рисунку 2.1 відображені основні геометричні розміри робочого простору індукційної тигельної печі.
Рисунок 2.1 – Основні геометричні розміри робочого простору індукційної тигельної печі
Приймаємо, що тигель має форму циліндра з внутрішнім діаметром половинного перерізу зрізаного конуса тигля, тоді об’єм металу складе:
(2.1)
де - номінальна маса металу, кг;
- густина рідкого металу, .
Оцінку густини рідкого сплаву12Х25Н16Г7АР проводимо як середньозважену величину по відомим густинам чистого хрому, чистого нікелю і чистого заліза при співвідношенні частин хрому, нікелю і заліза - як 2:2:5. Тоді:
; ;
;
м3.
Форму тигля характеризує співвідношення діаметру тигля до висоти рідкого металу .Дане співвідношення визначається за формулою:
, (2.2)
Тоді, згідно формули 2.2:
.
За графіком дане співвідношення має значення . Для розрахунку обираємо значення . Таким чином:
;
(2.3)
м.
Приймаємо значення діаметру тигля м. Визначимо висоту рідкого металу:
м.
Приймаємо для розрахунку значення висоти рідкого металу рівним м.
Висота тигля з урахуванням висоти можливого меніску на дзеркалі рідкого металу, з урахуванням завантаження етало шихти і за конструктивними вимогами печей, складає:
(2.4)
м.
Приймаємо для розрахунку значення висоти тигля рівним м.
Кут α, між утворюючими і віссю тигля складає (2÷5)̊. Найбільш прості формули товщини стіни тигля запишемо у вигляді:
; (2.5)
; (2.6)
; (2.7)
де G – ємність печі у тонах.
Порівняльна характеристика результатів обчислення товщини стінки за формулами 2.5-2.7 наведена у таблиці 2.1.
Таблиця 2.1 – Порівняння оцінок товщини стінки тигля
Метод оцінки |
Формула 1 |
Формула 2 |
Формула 3 |
За графіком |
Товщина футеровки, м |
0,09 |
0,1053 |
0,1054 |
0,1792 |
Приймаємо товщину футеровки рівною м.
Внутрішній діаметр індуктора складе:
м.
Висоту індуктора оцінюємо за допомогою емпіричної формули:
; (2.8)
де - емпіричний коефіцієнт.
Тоді:
м.
Приймаємо для розрахунку м.
Проведемо перевірку умови для прийнятного КПД індукційної сталеплавильної печі:
;
, умова виконується.
Тепловий розрахунок індукційної печі
Розрахуємо теплові втрати через стінку тигля і через подину. Тепловий опір мідної стінки індуктора дуже малий у порівнянні з тепловим опором шарів, тому її величиною під час розрахунку нехтуємо. Середню температуру рідкого металу приймаємо рівною 1853 К. Стіни тигля складаються з таких компонентів:
магнезитова набивка (0,09 м);
азбестовий картон (0,005 м);
захисна обкладка індуктора – динасовий насип (0,005 м).
Подина складається з:
робочий шар подини – магнезит (0,16 м);
азбестовий картон (0,01 м);
жаростійкий бетон (0,05 м);
азбоцементна плита (0,04 м).
З урахуванням початкових умов, визначимо діаметри зовнішніх шарів футеровки стіни тигля за формулою:
(2.9)
де - діаметр попереднього шару, м;
- товщина шару, м.
Визначимо товщини шарів за формулою 2.9:
м;
м;
м.
Задаємо розподіл температур по межах шарів футеровки стіни: Т1 = 1380̊ К, Т2 = 370̊ К, Т3 = 320̊ К. Температура води в індукторі складе ТВ = 315̊ К. Визначимо середні температури по шарах футеровки:
̊ К;
̊ К;
̊ К.
Знайдемо теплопровідності шарів за емпіричними формулами [8,9]:
;
;
.
Визначимо співвідношення діаметрів зовнішніх і внутрішніх шарів футеровки:
Оскільки усі співвідношення мають значення менше за 1,8, то теплові опори кожного шару Ri визначаємо з урахуванням середньої (розрахункової) площі шару. Середня площа шару визначається за формулою:
, (2.10)
де - внутрішній діаметр шару, м;
- зовнішній діаметр шару, м;
- висота ванни рідкого металу, м.
Таким чином, за формулою 2.10, розрахуємо середні площі шарів:
м2;
м2;
м2.
Розрахуємо теплові опори кожного шару бічної стінки тигля за формулою:
, (2.11)
де - товщина шару, м;
- теплопровідність, ;
- середня площа поверхні, м2.
За допомогою формули 2.11 розрахуємо теплові опори кожного шару:
;
;
.
Потужність теплових втрат через бічну стінку визначається за формулою:
(2.12)
Таким чином, потужність теплових втрат через бічну стінку складе:
.
Перевіримо прийняті значення температур на межах шарів за допомогою теплового потоку, з урахуванням відповідного теплового опору, за формулою:
. (2.13)
Таким чином прийняті температури матимуть значення:
;
;
.
З урахуванням припустимої погрішності визначення температури (менше ±25̊К) розрахунок проведений коректно.
Визначимо теплові втрати випромінюванням у дзеркалі ванни рідкого металу. Загальні втрати енергії випромінюванням розраховуються за формулою:
(2.14)
де - приведений ступінь чорноти робочого простору індукційної печі при випромінюванні в навколишнє середовище з температурою ТВ;
ТВ – температура навколишнього середовища (ТВ = 295̊К);
- коефіцієнт випромінювання абсолютно чорного тіла;
- площа дзеркала металу, м2;
- час, с.
Приведений ступінь чорноти для індукційних печей залежить від співвідношення розмірів діаметру тигля і різниці висоти тигля і висоти металу в тиглі:
.
З урахуванням даного співвідношення, приймаємо, що коефіцієнт діафрагмування простору складе 0,28. Тоді, загальні втрати випромінюванням за формулою 2.14 складе:
Теплові витрати через футеровку подини визначають за формулою:
(2.15)
де - коефіцієнт тепловіддачі з поверхні тигля напрямленої донизу,;
- температура повітря в зоні дна печі, ̊К;
-площа зовнішньої поверхні подини, м2.
Температуру повітря в зоні дна печі приймаємо рівною 295̊ К, коефіцієнт тепловіддачі - . Задамо розподіл температур по перетину шарів подини: Т1 = 1750̊ К, Т2 = 605̊ К, Т3 = 580̊ К, Т4 = 340̊ К. Також розрахуємо середні температури шарів та коефіцієнти теплопровідності шарів [8-10]:
̊ К;
̊ К;
̊ К;
̊ К.
;
;
;
.
Приймаємо значення діаметрів шарів таким чином: Тоді площі поверхонь шарів будуть дорівнювати:
Визначимо теплові опори шарів подини:
;
;
.
;
.
Таким чином, теплові втрати через футеровку подини визначимо за формулою 2.15:
Проведемо перевірку прийнятих значень температур шарів за тепловим потоком, за формулою 2.13:
;
;
.
.
З урахуванням припустимої погрішності визначення температури (менше ±25̊К) розрахунок проведений коректно.
Загальні теплові витрати для печі складуть:
Активна потужність необхідна для компенсації теплових втрат змінюється залежно від товщини реальної футеровки тигля. В кінці кампанії печі теплові втрати можуть збільшитися на (10-20) %. З урахуванням цього :
Розраховані геометричні розміри робочого простору індукційної тигельної печі наведені на рисунку 2.2.
Рисунок 2.2 – Основні розраховані геометричні розміри робочого простору трьохтонної індукційної тигельної печі
СПИСОК ДЖЕРЕЛ
Зубченко А. С. Марочник сталей і сплавів. 2-е вид., доп. і випр./А.С. Зубченко, М.М. Колосков, М28. Під загальною ред. А.С. Зубченко. – М.: «Машинобудування», 2003. - 784 с.: іл.
Шишков М. М. Марочник сталей і сплавів провідних промислових країн. Довідник. 3-е вид., доп./М. М. Шишков, А. М. Шишков. – Донецьк: «Юго-восток», 2005. – 577 с.
ГОСТ 5905-2004. Хром металічний. Технічні вимоги і умови поставки – Замість ГОСТ 5905-79; введ. 01.07.2005. – Мінськ: Стандартінформ, 2006. – 11 с. – (Міждержавний стандарт).
ГОСТ 977-88. Виливки стальні. Загальні технічні вимоги – Замість ГОСТ 977-75, ГОСТ 2176-77; введ. 01.01.90. – Москва: ІПК видавництво стандартів, 2004. – 35 с. – (Міждержавний стандарт).
ГОСТ 849-97. Нікель. Цинк. Технічні вимоги. Марки – Замість ГОСТ 849-70; введ. 01.07.1998. – Москва: ІПК видавництво стандартів, 2004. – 20 с. – (Міждержавний стандарт)
ГОСТ 1415-93. Феросиліцій. Технічні вимоги і умови поставки. – Замість ГОСТ 1415-78; введ.01.01.1997. – Мінськ: ІПК Видавництво стандартів, 1996. – 11 с. – (Міждержавний стандарт).
ГОСТ 6008-90. Марганець металічний і марганець азотований – Замість ГОСТ 6008-82; введ.01.07.91. – Москва: ІПК Видавництво стандартів, 2002. – 7 с. – (Міждержавний стандарт).
Казанцев Е. І. Промислові печі. Довідковий посібник для розрахунків і проектування. 2-е вид., доп. і випр. – М., «Металургія», 1975. – 368 с.
Ісаченко В. П. Теплопередача. 3-е вид. доп і випр../В. П. Ісаченко, В. А. Осипова, А. С. Сукомел. – М.: «Енергія», 1975, - 483 с.
Чіркін В. С. Теплофізичні властивості матеріалів ядерної техніки. Довідник./Чіркін В. С. – М.: «Атомвидат», 1968. – 484 с.