Тепловой баланс и мощность электрической печи периодического действия.

Таблица 2 – Тепловой баланс камерной электрической печи сопротивления

Тепловая мощность печи и коэффициент полезного действия.

Для электрических печей установленная мощность определяется по формуле:

, Вт (17)

где k – коэффициент запаса мощности, принимаемый в пределах 1.2…1.6;

– общий расход теплоты, Вт.

=1.2·33981=40777,2 Вт

Обычно коэффициент полезного действия электрических печей 50…80%. КПД для печи определяется по формуле:

η = (18)

где Q_м - полезное тепло, идущее на нагрев металла, Вт;

Q_расх – суммарные затраты тепла печью выбранной конструкции, Вт.

η=()·100 = 44%

Аналогично рассчитываем печь печи при полной загрузке в 350 кг.

7 Электрический расчет нагревательных элементов.

Определение мощности одного нагревателя.

Нагревательные элементы соединены звездой (Υ).

Нагревательные элементы в рассматриваемой печи располагаются на стенах,

и поду рабочего пространства печи.

Мощность печи P_п=70 кВт.

Мощность одной фазы.

P_Ф= P_п / n=70/3=23,3 кВт (19)

Напряжение в сети U _л = 380 Вольт, напряжение на нагревателе

U _ф = U _л / √ 3 = 220 В. (20)

Выбор материала нагревателя.

Максимальная температура в металла t _м=950 ⁰С. С некоторым за-пасом на (100…200) ⁰С принимаем, что температура (максимальная) нагревательные элементы в процессе его работы составит t _наг.max = 1100 ⁰С. Из справочника выбираем материал для нагревателя ОХ23Ю5А (сплав ЭИ 595), максимальная рабочая температура которого t _наг.max = 1200⁰С.

Хромаль – сплав железа с хромом и алюминием. Выпускают хромаль с содержанием хрома 23-27%, алюминия 5%. Хромаль отличается высокойжаростойкостью, высокой температурой плавления (до 1510^оС), большим удельным электрическим сопротивлением 1,3-47 Ом*мм²/м и малым температурным коэффициентом электрического сопротивления. Его плотность 7,2 г/см³. Хромаль более дешевый материал,чем нихром.Удельное электрическое сопротивление этого материала

ρ_t = 1,4 + 5·10^-5 t Ом ·мм² / м. (21)

ρ_t=1,4∙5∙10^-5∙t=1,4∙5∙10^-5∙1100=1,95 Ом∙мм²/м

Определение идеальной поверхностной мощности нагревателя W _ид.

Приведенный коэффициент излучения для идеального нагревателя

C _пр.ид = С ₀ [ 1/ ε_н + 1/ ε_м – 1] = 5,7 [ 1/0,8 + 1/0,3 – 1] = 1,6 Вт/(м²·К⁴),

или C _пр.ид = 1,6 · 10^-4 Вт/(см²·К⁴) (22)

где – коэффициент излучения абсолютно черного тела, ;

Ɛ_м– степень черноты нагреваемого металла = 0,3;

Ɛ_п– степень черноты кладки печи =0,8. С_пр – приведенный коэффициент излучения изделия (ккал/м²∙ч∙(К)⁴).

С_пр=5,7∙(1/ε_п+1/ ε_м-1)=5,7∙(1:0,8+1:0,3-1)=1,6Вт∙(м²∙К⁴)

или С_пр=1,6 ∙10^-4 Вт/(см²∙К⁴)

W_ид = 5,4Вт/см² – по графику совмещенности удельных поверхностных

мощностей идеального нагревателя.

W _ид и ориентировочных мощностей Р, размещенных на 1м² футуровки, в зависимости от температур тепловоспринимающей поверхности t_п и нагревателя t_н.

α = α_эф ∙ α_г ∙ α_с ∙ α_р=0,68 ∙ 1,2 ∙ 0,48 ∙ 1 = 0,39, (23)

где α_эф = 0,68 – коэффициент эффективности излучения данной системы нагревания;

α_г = 1,2 для е/d=3;

α_с = 0,48 –коэффициент, учитывающий зависимость W от С_сп;

α_р = 1 для = 0,797 F_изд =3,014м²; F_ст = 3,78 м²

W_д = W _ид ∙α=5,4∙0,39=2,106 Вт/см², (24)

По номограмме для расчета электрического проволочного нагревателя находим диаметр d = 5,8мм, выбираем по сортименту ближайшее значение с большим диаметром d = 6,3мм. [9]. Ориентировочно длина проволоки 50м.

Шаг зигзага e =18,8 мм.

Проводим уточненный электрический расчет наревателей.

ρ_v = 1,95 ом∙мм²/м при t_н =1100℃

R_ф = = 2,07 Ом

L_ф = =33,07м ≈ 34м

Определяем размеры нагревателя на боковых стенах:

Принимая высоту зигзага на стенах 0,20м, нагреватели на боковых стенках располагаются в 2 ряда, следовательно, длина проволоки одного ряда 17 метров. Определяем шаг зигзага

e = 1,7: (17: 0,20) = 0,02м. Шаг e =0,02 м. Длина спирали 1,8 м.

Определяем размеры нагревателя на поду печи:

Принимаем высоту зигзага на поду 0,12м. Количество спиралей 4, следовательно, длина проволоки на 1 спираль равна 34: 4 =8,5м. Определяем шаг спирали: e = 1,8: (8,5: 0,12) = 0,025м.

Длина спирали на поду 1,8м.