33. Расчет электропечей и нагревательных элементов

Расчет электропечей аналогичен пламенным. Отличие заключается в том, что в приходной части теплового баланса Q_хим заменяется Q_эл , отсутствуют статьи – Q_ух, Q₅ – недожог, Q_в и Q_т – тепло, вносимое подогретым воздухом и топливом.

В расходную часть уравнения теплового баланса вводят потери теплоты на короткие замыкания Q_ткз, т.е. потерю теплоты теплопроводностью через металлические части, проходящие через кладку (термопарные трубки, выводы нагревателей, направляющие, оси роликов и т.д.): .

Тепловой баланс позволяет определить Q_эл. Зная Q_эл, вычисляют электрическую мощность печи:

, кВт/ч,

где К – коэффициент запаса, учитывающий возможность форсированной работы печи, понижение напряжения в сети, ухудшение изоляции.

К =1.3–5.0, для камерных печей.

К =1.2–1.3, для проходных.

При расчёте электрических нагревателей необходимо помнить, что для более точного регулирования температуры большие электропечи разделяют на самостоятельно регулируемые тепловые зоны, число которых выбирают в зависимости от соотношения длины L печи к её ширине В или диаметру D.

Наилучшая равномерность распределения температуры при

и .

Распределение мощности:

трёхзонные печи ; ; ;

двухзонные печи ; .

1. в шахтных печах мощность верхней тепловой зоны на 20–40 % больше мощности остальных тепловых зон.

Мощность одного нагревателя каждой зоны должна быть не более 25 кВт. Рабочая температура нагревателей принимается на 50–200^оС выше температуры печи. Для печей с принудительной циркуляцией эта разница может быть и выше.

При расчёте нагревателей определяют диаметр, длину, массу и сечение. Нагреватели могут быть проволочными и ленточными.1- 2-

Здесь d – диаметр, мм; а – толщина, мм; l – длина, м; g – масса, кг; – поверхностная нагрузка нагревателя, ; – плотность, ; Р – мощность, кВт; U – напряжение на нагревателе, В; – удельное электросопротивление, ; (m – соотношение сторон ленты (обычно m = 10);

для нихрома .

Поверхностная нагрузка нагревателя зависит от температуры. Так, например, для нихрома при С ; при С ; при С .

По вычисленной длине l и сечению нагревателей определяют его конструктивные особенности.

39.Электрические нагревательные элементы сопротивления промышленных нагревательных устройств изготавливаются из металлических и неметаллических материалов. Для установок с рабочей температурой до 1000^оС применяют металлические нагреватели, а для высокотемпературных установок (рабочая температура более 1100^оС) керамические нагревательные элементы, обычно из карбида кремния , карбида циркония , карбида гафния и металлические нагреватели из при работе в вакууме. Основные требования к материалу нагревателей сводятся к высокой жаростойкости, прочности при высоких температурах, невысокому коэффициенту линейного расширения, высокому удельному электросопротивлению, отсутствию фазовых превращений, низкой стоимости материала и простоте изготовления. Обычно в качестве материала для металлических нагревателей используют сплавы типа нихром, ферритные высокохромистые стали ( ) с добавками алюминия. Лучшими сплавами являются никель-хромовые композиции – нихромы, но они дорогие, так как содержат много никеля. Хромоалюминиевые сплавы сравнительно дёшевы, но они склонны к старению, росту зерна при нагреве и потере пластичности, что приводит к их механическому разрушению.