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 Т_печ = const.

Расчетная толщина пластины:

.

Коэффициент формы:

, м.

Функция поверхности пластины:

.

Критерий Био:

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

Функция середины Ф_с  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;