Определение мощности печи

На рис. 3.5 представлена в общем виде энергетическая диаграмма электротермической печи.

Для оценки полезной мощности необходимо знать количество тепловой энергии, достаточной для осуществления технологического процесса плавки металла или сплава.

Расчет тепловой энергии с использованием теплоемкости С и скрытой теплоты плавления представлен в виде трех составляющих на блок-схеме, приведенной ниже.

Рис. 3.5. Энергетическая диаграмма электротермической печи

Полезная активная мощность печи может быть определена через теплосодержание [7]

, Вт, (3.8)

где - количество тепловой энергии, необходимой для расплавления металла или сплава;

- полезная емкость печи, т;

и - начальное и конечное удельное теплосодержание металла, [3];

- длительность плавки и подогрева жидкого металла, ч.

Подводимая к печи активная мощность

, Вт, (3.9)

, Вт, (3.10)

де - тепловые потери ванны печи,

- тепловые потери индукционных единиц,

- тепловые потери в меди индуктора,

- общий коэффициент полезного действия (КПД) печи.

Общий КПД печи

, (3.11)

где - электрический КПД печи,

- тепловой КПД печи.

На начальном этапе в предварительном расчете значением обычно задаются в пределах 0,6 ÷ 0,9 в зависимости от емкости, мощности и назначения печи по известным из практики данным (табл. 3.3) [3]. Более высокие значения КПД относятся к печам большей емкости.

Таблица 3.3

Ориентировочные значения коэффициента полезного

действия[4] индукционных канальных печей

Расплавляемый металл	Медь	Томпак (90%Сu +10%Zn)	Латунь (67,5%Сu+32,5%Zn)	Бронза (93%Сu+3%Zn + 4%Sn)	Алюминий	Цинк	Чугун
Общий КПД печи	0,60 – 0,72	0,75 – 0,85	0,75 – 0,90	0,70 – 0,80	0,60 – 0,85	0,80 – 0,90	0,80 – 0,86

Величину подводимой к печи активной мощности также можно определить через энтальпию по выражению [6]

, Вт, (3.12)

где - полезная емкость печи, кг;

[5] - энтальпия металла или сплава при температуре разливки, Вт·ч/кг.

Если величина теплосодержания (энтальпия) не известна, то подводимая к печи мощность определяется в соответствии с блок-схемой по выражению [3]

, кВт, (3.13)

где - тепло, теоретически необходимое для расплавления и доведения до температуры разливки G кг сплава, [ккал].

В свою очередь величина определяется по выражению

, ккал, (3.14)

где - тепло, необходимое для нагрева сплава массой G кг при теплоемкости от начальной температуры до температуры плавления , ккал;

- тепло, необходимое для перевода сплава массой G кг при в расплавленное состояние при скрытой теплоте плавления , ккал;

- тепло, необходимое для доведения сплава массой G кг при теплоемкости от температуры плавления до температуры разливки , ккал.

, (3.15)

, (3.16)

. (3.17)

Значения теплоемкости и скрытой теплоты плавления для некоторых металлов и сплавов приведены в табл. 3.2 [3].

Опыт расчетов показывает, что значения подводимой к печи активной мощности, рассчитанные по выражениям (3.8, 3.10, 3.12, 3.13), имеют расхождения.

Полная мощность печи

, В·А, (3.18)

где - коэффициент мощности индукционной канальной печи.

При предварительном расчете коэффициентом мощности[6] печи обычно задаются в зависимости от расплавляемого металла или сплава, для которого предназначена печь. В табл. 3.5 приведены ориентировочные значения, подтвержденные практикой эксплуатации, коэффициентов мощности индукционных канальных печей по [3, 7] без компенсации реактивной мощности, предназначенных для плавки некоторых металлов и сплавов.

Активная мощность одной индукционной единицы

, Вт, (3.19)

где n – число индукционных единиц (индукционной единицей называется система, состоящая из печного трансформатора и подового камня с каналами).

Число индукционных единиц выбирают, исходя из мощности печи с учетом условий их размещения при принятой конструкции ванны. Мощность однофазной единицы может достигать от 50 до 1000 кВт, но во избежание несимметрии напряжений питающей сети уже при мощности печи 250 – 300 кВт рекомендуется [3, 7] переходить к двухфазным или трехфазным единицам либо применять несколько однофазных единиц.

Полная мощность одной индукционной единицы

, В·А. (3.20)