Электрические печи с преобладанием излучения.
Методические печи в большинстве случаев по длине делятся на несколько отдельно регулируемых тепловых зон. Нагревательные элементы в пределах одной зоны обычно размещаются равномерно. Поэтому каждая зона характеризуется постоянным тепловым потоком, передаваемым лучеиспусканием на тепловоспринимающую поверхность изделий. Температура зоны печи по мере нагрева изделий повышается в соответствии с основным уравнением теплообмена излучением:
(46)
где qл - интенсивность теплового потока (излучением),
Т1 - температура в данной зоне печи, К;
Т2 - температура изделий, °К;
εп - приведенная степень черноты изделий и внутренней поверхности печи.
Интенсивность теплового потока qл связана с полезной мощностью зоны:
(47)
где N'п - полезная мощность зоны печи, кВт;
F' - тепловоспринимающая поверхность изделий в зоне, м2.
Итак, температура зоны определяется следующим выражением:
(48)
При этих условиях уравнение теплового баланса аналогично уравнению (31)
(49)
где G’ - масса загрузки изделий в одной зоне, кг.
Интегрируя уравнение (49) в пределах от начальной температуры изделий 
до конечной 
в данной зоне, получим следующую формулу, определяющую продолжительность нагрева изделий в зоне:
(50)
Масса загрузки изделий в зоне равна
(51)
где g’ - нагрузка на метр пода печи, кг/м;
V - длина зоны, м.
Для первой зоны печи 
= 
, для последней зоны = 
. Если известно время нагрева, то можно определить скорость движения изделий в печи, т.е
(52)
где 
- скорость движения изделий в печи, м/сек.
В большинстве случаев скорость движения изделий во всех зонах печи должна быть одинаковой, поэтому время нагрева изделий в каждой зоне ограничивается ее длиной. В этом случае необходимо рассчитывать температуру нагрева изделий в каждой зоне на основании выражения (50):
|
|
(53)
Нагрузка на погонный метр пода g' и скорость движения изделий в печи ν выбираются из следующего соотношения:
(54)
где Nп- полезная мощность печи, кВт. Произведение 
равно производительности печи
Р = 3600 
(55)
где Р - производительность печи, кг/ч.
Печи с конвективным теплообменом.
В методических топливных печах и в электрических печах с искусственной циркуляцией воздуха нагрев изделий происходит как за счет теплообмена излучением, так и конвективного теплообмена. Особенно велика роль конвективного теплообмена в низкотемпературных конвекционных печах. Процесс нагрева изделий в методических конвекционных печах зависит от схемы движения газов (воздуха) и нагреваемых изделий в рабочей камере печи. Существуют три основные схемы движения газов
|
|
Рисунок 9 – Схемы прямоточной (а) и противоточной (б) методических конвекционных печей и распределение температуры по их длине: 1— нагревательные элементы; 2 — вентилятор
В печах, работающих по схемам прямотока и противотока, изменение температуры газов по длине рабочей камеры определяется теплообменом между газами и изделиями (рис. 9). При определении продолжительности нагрева изделий в этих печах обычно задаются температура газов (воздуха) на входе в рабочую камеру печи t1вх, начальная tн и конечная tк температуры изделий. Температура газов на выходе из рабочей камеры печи определяется из уравнения теплового баланса:
|
|
(56)
где ср - удельная теплоемкость газов в печи, Дж/(кг ∙° С);
рг- плотность газов в печи, кг/м3;
Vг - объем газов, проходящий в единицу времени через поперечное сечение рабочей камеры печи, м3/ч;
Р - производительность печи, кг/ч;
с -удельная теплоемкость изделий, Дж/(кг· ° С).
Установившийся квазистационарный режим теплообмена в рассматриваемых печах позволяет определить среднюю разность температур газов и изделий: для схемы прямотока:
(57)
И в случае противотока
(58)
В результате этого время нагрева изделий определяется следующим образом:
(59)
где G2 - масса изделия, кг;
F2 - активная поверхность изделия, м2.
Анализ нагрева изделий в методических конвекционных печах показывает, что схема прямотока с теплотехнической точки зрения менее эффективна, чем схема противотока. В печах, работающих по схеме прямотока, необходима повышенная температура газов на входе в рабочую камеру печи:
(60)
Это создает опасность перегрева и пережога изделий в случае изменения ритма работы печи, на пример при задержке подачи изделий в печь или остановке конвейера печи и т.д. Схема противотока обеспечивает также повышенную скорость нагрева изделий при данном режиме работы печи.
Методические конвекционные печи с перекрестным током разбиваются по длине на ряд самостоятельных тепловых зон (рис. 10).
Рисунок 10 – Схема методической конвекционной печи с перекрестным током и возможное распределение температуры по ее длине
|
|
Длина зоны определяется шириной газового (воздушного) потока, создаваемого одним или двумя вентиляторами. Большая интенсивность, высокая турбулентность потока обеспечивает практически постоянную температуру в зоне. Устанавливая температуру отдельно в каждой зоне, можно получить требуемое распределение температуры по длине печи.
Расчет нагрева изделий в печах с перекрестным током необходимо выполнять по отдельным зонам или по труппам зон, имеющим одинаковую температуру. Так как температура газового потока постоянная, то для расчета нагрева изделий в отдельной зоне печи можно применить формулу (27). При этом конечная температура нагрева изделий в данной зоне печи принимается за начальную в следующей зоне.
В данном случае применяется методика расчета нагрева изделий в методических печах с заданным распределением температуры по длине печи.
Список Литературы
1. Термическая обработка в машиностроении справочник. Под ред. Ю.М Лахтина.- М.: Машиностроение, 1980. – 783 с.
2. Оборудование Механизация и автоматизация в термических цехах Под ред. Д.Я Вишнякова.- М.: Металлургия, 1964. -467 с.
3. Исаченко В.П. и др. Теплопередача.- М.: Энергоиздат, 1981. -416 с.