3 Тепловой расчёт /6/
3.1 Тепловые потери через боковые стенки ванны
3.1.1 Боковая стенка ванны состоит из трёх слоёв:
- огнеупорный – шамот ШЛБ-0,4, толщина стенки b1 = 0,07 м;
- теплоизоляционный – каолиновая вата ВК, толщина стенки b2 = 0,08 м;
- теплоизоляционный – асбестовый картон, толщина стенки b3 = 0,005 м;
3.1.2 Принимаем следующее распределение температур на границах слоёв:
t1 = tр = 1020 0С, t2 = 920 0С, t3 = 380 0С, t4 = 70 0С.
3.1.3 Средние температуры слоёв:
(101)
(102)
(103)
3.1.4 Коэффициенты теплопроводности слоёв при средних температурах:
(104)
(105)
(106)
3.1.5 Тепловые сопротивления слоёв:
(107)
(108)
(109)
3.1.6 Тепловые потери через боковые стенки ванны:
(110)
3.1.7 Проверка значений температур на границах слоёв:
(111)
(112)
(113)
Расчётные значения температур близки к заданным (см. 3.1.2).
3.2 Тепловые потери через крышку печи:
3.2.1 Крышка ванны состоит из трёх слоёв:
- огнеупорный – огнеупорный бетон, толщина стенки b1 = 0,07 м;
- огнеупорный – шамот ШЛБ-0,1, толщина стенки b2 = 0,03 м;
- теплоизоляционный – асбестовый картон, толщина стенки b3 = 0,005 м;
3.2.2 Принимаем следующее распределение температур на границах слоёв:
t1 = tр = 1020 0С, t2 = 890 0С, t3 = 320 0С, t4 = 70 0С.
3.2.3 Средние температуры слоёв:
(114)
(115)
(116)
3.2.4 Коэффициенты теплопроводности слоёв при средних температурах:
(117)
(118)
(119)
3.2.5 Площадь поперечного сечения слоёв с учётом толщины слоёв стенки ванны (см. 3.1.1):
(120)
3.2.6 Тепловые сопротивления слоёв:
(121)
(122)
(123)
3.2.7 Принимаем согласно таблице П-18 /6/ для данной температуры t4 = 70 0С коэффициент теплоотдачи естественной конвекцией с наружной поверхности крышки равным αк = 35,5 Вт/(м·0С). Тогда тепловое сопротивление слоя воздуха на внешней поверхности крышки:
(124)
3.2.8 Тепловые потери через крышку печи:
(125)
3.2.9 Проверка значений температур на границах слоёв:
(126)
(127)
(128)
Расчётные значения температур близки к заданным (см 3.2.2).
3.3 Тепловые потери излучением с зеркала ванны:
(129)
где ε – степень черноты расплава, для данной температуры разливки по таблице П-21 /6/ определяем ε = 0,2;
с0 – коэффициент излучения абсолютно чёрного тела, с0 = 5,7;
Тк = tр + 273 = 1293 0К, Т0 = t0 + 273 = 293 0К;
ζ – коэффициент диафрагмирования, определяется по таблице П-22 /6/ по выбранным геометрическим размерам проёма в крышке (0,3х0,45 м) и толщине проёма b1 + b2 + b3 = 0,105 м, ζ = 0,73.
(130)
3.4 Тепловые потери через канальную часть наружу:
(131)
где αвн – коэффициент теплоотдачи естественной конвекцией с внутренней поверхности канальной части, имеющей температуру tвн = tр = 1020 0С, согласно таблице П-18 /6/ αвн = 215 Вт/(м·0С);
αн – коэффициент теплоотдачи естественной конвекцией с наружной поверхности канальной части, имеющей температуру tн = 70 0С, согласно таблице П-18 /6/ αвн = 12,75 Вт/(м·0С);
λ1 – коэффициент теплопроводности огнеупорного слоя канальной части при средней его температуре tср = 970 0С, для кварцитовых набивных масс по таблице П5-1 /5/ λ1 = 2,09 + 1,861·10-3·970 = 3,104 Вт/(м·0С);
λ2 – коэффициент теплопроводности теплоизоляционного слоя канальной части при средней его температуре tср = 495 0С, для асбестового картона по таблице П5-1 /5/ λ2 = 0,128 – 0,256·10-3·495 = 1,28·10-3 Вт/(м·0С);
δ1 – толщина огнеупорного слоя канальной части δ1 = 0,095 м;
δ2 – толщина теплоизоляционного слоя канальной части δ2 = 0,005 м;
3.5 Тепловые потери через канальную часть внутрь печи:
(132)
где λ1 – коэффициент теплопроводности футеровочного слоя канальной части при средней его температуре tср = 545 0С, для кварцитовой набивной массы по таблице П5-1 /5/ λ1 = 2,09 + 1,861·10-3·545 = 3,104 Вт/(м·0С);
δ1 – толщина футеровочного слоя канальной части δ1 = dф = 0,065 м.
3.6 Общие тепловые потери:
(133)
где kд – коэффициент неучтённых тепловых потерь, kд = 1,1…1,2;
kτ – коэффициент, учитывающий время работы печи с закрытой крышкой:
(134)
3.7 Полезная мощность, необходимая для нагрева, расплавления и перегрева расплава до конечной температуры:
(135)
3.8 Тепловой КПД:
(136)
3.9 КПД печи:
(137)