Колпаковая электрическая печь сопротивления, страница 5

Приход

Расход

Садка 12000кг

Садка 12000кг

Итого: 12000кг

Итого 12000кг

Происходит отжиг материала с целью получения заданных механических свойств. Для того чтобы защитить поверхность металла от окисления и от обезуглероживания, нагрев производят в защитной атмосфере. Газ циркулирует по рабочему пространству печи.

2. Расчет времени нагрева

Поверхность металла воспринимает тепло от муфеля:

,     м2.

Начальный тепловой поток при температуре 20 0С:

,     кДж/м2ּчас.

Приведенный коэффициент излучения системы «муфель - металл»:

, [2]

где , м2;

       с1 и с2 – коэффициенты излучения стенок муфеля и металла, кДж/м2ּчасּК4;

       ε1 – степень черноты стали;

       ε2 – степень черноты меди; [5]

, кДж/м2ּчасּК4. [5]

Коэффициент теплоотдачи:

, кДж/м2ּчасּ0С.

Тепловой поток при температуре металла 6500С:

, кДж/м2ּчас.

, кДж/м2ּчасּ0С.

Средний коэффициент теплоотдачи:

, кДж/м2ּчасּ0С.

Эквивалентный коэффициент теплопроводности:

, кДж/мּчасּ0С.

где x – число слоёв металла в рулоне;

      s1 – толщина ленты, м;

      s2 – толщина зазора между витками, м;

      λ1 – коэффициент теплопроводности ленты, кДж/мּчасּ0С;

      λ2 - коэффициент теплопроводности зазора, кДж/мּчасּ0С;

      ∆ - толщина рулона, м.

Средний коэффициент теплопроводности меди:

 кДж/мּчасּ0С

где   - [2].

Вычислим коэффициент теплопроводности при 20 и 6500С для газовой смеси состава: Н2 – 1,7%, СО – 1,5%, N2 – 96,8% по формуле

,

где μ – динамический коэффициент вязкости газа, Паּс;

     ;

       - показатель адиабаты;

        и  - удельная теплоемкость газа при постоянном давлении и при постоянном объёме, Дж/кгּК.

Значения физико-химических свойств для отдельных компонентов смеси:

компонент

ρ, кг/м3

ּ103, Дж/кгּК

μоּ10-3, Паּс

Н2

0,09

10,14

1,4

0,00885

СО

1,25

0,75

1,4

0,0166

N2

1,25

0,75

1,4

0,017

Массовый состав газовой смеси:

компонент

м3, [% (об.)]

кг

% масс

Н2

1,7

1,7ּ0,09 = 0,153

0,12

СО

1,5

1,5ּ1,25 = 1,875

1,52

N2

96,8

96,8ּ1,25 = 121

98,36

всего

100

123,03

100

,

где С – постоянная Сатерленда;

       С(Н2) = 73, С(СО) = 100, С(N2) = 114

, кДж/мּчасּ0С

Толщина рулона:

, м.

Число витков металла в рулоне:

.

Коэффициент температуропроводности:

, м2/час,

где   -  средняя теплоемкость металла, кДж/кгּ0С;

  - объёмный вес садки, кг/м3.

Объём садки металла:

, м3.

Объемный вес садки:

, т/м3.

Средняя теплоёмкость металла:

,

где   - [1].

Определим время нагрева от 200С до 6500С (на поверхности рулона). В расчете полый цилиндр рассмотрим как свернутую, односторонне нагреваемую пластину при Тпеч = const.

Расчетная толщина пластины:

.

Коэффициент формы:

, м.

Функция поверхности пластины:

.

Критерий Био:

По графику ПЗ-1 [4] определяем , отсюда .

Функция середины Фс  при  и  по графику ПЗ-2 [4]:

;

.

Перепад температур: .

Определим время выдержки при постоянной температуре поверхности до достижения заданного  перепада .

Степень выравнивания температур: .

По графику 35 [2]: , отсюда .

Общее время нагрева:  , час.

3. Тепловой баланс печи

3.1. Выбор футеровки

Стены колпака:

Первый слой - пеношамот δ1, мм;

Второй слой - пенодиатомит δ2, мм;

Третий слой – вата минеральная δ3, мм.

Общая толщина футеровки стен (с учетом шва между слоями):

.

Свод колпака:

Первый слой – шамот легковесный δ1, мм;

Второй слой - пенодиатомит δ2, мм;

Третий слой – вата минеральная δ3, мм.

Общая толщина футеровки свода:

.

Стенд:

Первый слой – бетон жароупорный δ1, мм;

Второй слой - пенодиатомит δ2, мм;