При проектировании электропечи сопротивления периодического действия обычно задается либо часовая ее производительность, либо ее единовременная загрузка. Последняя необходима для конструирования камеры печи, поэтому, если она неизвестна, ею приходится задаваться с последующей проверкой ее соответствия заданной производительности печи.
Конструируют печную камеру, определяют ее размеры и параметры, учитывая следующие положения:
• внутренние размеры камеры печи должны быть по возможности малы и соответствовать размерам загрузки; наличие вредного, неиспользованного пространства в камере печи приводит к увеличению ее внешних размеров и тепловых потерь.
• внешние габариты печи определяются ее внутренними размерами и толщиной кладки. Кладка должна обеспечить низкие температуры кожуха печи (не выше 60°С при температуре окружающего воздуха в 20°С). Не следует при проектировании электрических печей экономить на теплоизоляции, так как она очень быстро окупает себя. Огнеупорная часть кладки должна выполняться из возможно более легкого, допустимого по условиям прочности материала, с тем, чтобы снизить аккумулированное тепло. Ни в коем случае не следует применять излишне прочный и, следовательно, тяжелый материал и по возможности избегать тепловых коротких замыканий (металлические детали, проходящие через кладку), способных значительно повысить тепловые потери печи,
|
|
Расположение нагревателей в печи должно определяться как технологическими требованиями, так и возможностью размещения их в печи. Следующим этапом является определение времени нагрева садки. Если часовая производительность печи задана, то время цикла, ч, легко определяется из формулы
,
где - масса загрузки печи, кг;
М - ее часовая производительность, кг/ч.
Время цикла в общем виде
,
где - время нагрева;
- время выдержки;
- время простоя печи.
Остывание, как правило, проводят вне печи, чтобы сохранить накопленное кладкой за время нагрева тепло.
Время простоя печи складывается из времени ее загрузки и выгрузки, а иногда также из времени, необходимого на ее чистку или подправку.
Время выдержки изделий в печи задается технологическим процессом, в противном случае оно сливается с последним этапом нагрева.
Для определения времени нагрева необходимо задаться значением удельного полезного теплового потока . Полезный тепловой поток, Вт/м2, определяется из следующего выражения
,
где - приведенный коэффициент лучеиспускания;
- степень черноты изделия;
- степень черноты стен камеры;
- тепловоспринимающая поверхность изделия;
|
|
- поверхность стен камеры;
- температура в камере печи;
- температура изделия.
После определения времени нагрева и производительности печи следует приступить к расчету тепловых потерь печи и к составлению энергетического баланса.
,
где - полезное тепло;
- тепло, расходуемое на нагрев вспомогательного оборудования;
- тепловые потери за время одного цикла.
Полезное тепло, идущее на нагрев садки,
где - теплосодержание;
С - удельная теплоемкость;
- температура;
- масса материала.
Тепло, идущее на нагрев вспомогательного оборудования,
.
Тепловые потери за время одного цикла складываются из тепловых потерь за отдельные периоды цикла, т.е. из потерь за время нагрева, выдержки, остывания и простоя печи при загрузке и выгрузке
Отдельно подсчитываются тепловые потери через закрытую и открытую дверцы, причем учитывается время открытого состояния последней
.
Потери через тепловые короткие замыкания следует подсчитывать, оценивая температуру на обоих концах металлического стержня ( и ), проходящего через стенку:
,
где - длина стержня;
- сечение стержня;
- коэффициент теплопроводности.
Расход энергии на единицу обрабатываемой в печи продукции может быть определен из выражения
.
Тепловой КПД печи равен
.
Мощность печи периодического действия
,
где К - коэффициент запаса.
Особое место занимает нагрев в таре илимуфеле. В этих условиях определение времени нагрева расчетным путем затруднительно, и оно обычно задается на основе опытных данных.