Расчеты плавильных и нагревательных печей литейных цехов: Учебное пособие, страница 22

6. Выбор теплогенерирующих устройств и их расчет

6.1 Расчет электрических нагревателей печей сопротивления

Исходными данными для расчета нагревателей для печей сопротивления являются: мощность печи, геометрические размеры печи, напряжение питающей сети, начальная и конечная температура металла.

Целью расчета нагревателей является определение геометрических размеров, схемы включения (звезда, треугольник) и расположения нагревателей в печи, обеспечивающее при выбранном материале нагревателей оптимальные условия их службы.

Мощность печи определяется при составлении теплового баланса и находится по формуле, кВт:

P= k * Q,

где k- коэффициент запаса мощности, учитывающий возможность падения напряжения сети, против номинального значения, увеличение сопротивления нагревателей с течением времени  (старение нагревателей); k = 1,2...1,3 для непрерывно работающих печей; k= 1,4...1,5 для периодически  работающих печей; Q - общий расход тепла на технологический процесс, полученный из расчета теплового баланса печи, кВт.

Общий расход тепла равен, кВт: Q=Q_пол+ Q_пот+ Q_т.к.з., где Q_пол- полезное тепло, идущее на нагрев материала, кВт; Q_пот - суммарные потери тепла, кВт; Q_т.к.з.- потери на тепловые короткие замыкания (можно принимать до 70% от потерь тепла теплопроводностью через кладку печи).

Расчет нагревателей производится в следующей последовательности:

Находится рабочая температура нагревателя по формуле:

t_н= t_м^к+100,                                                                         (6.1)

где t_н- температура нагревателя, ⁰С; t_м^к - конечная температура нагрева материала в печи, ⁰С.

По приложению 23 определяется материал нагревателя и  величина удельного сопротивления нагревателя.

Определяется удельная поверхностная мощность идеального нагревателя по формуле:

W₁= (C₀*10^-3 /(1/e_н +1/e_м -1)[(T_н/100)⁴ - (T_м/100)⁴],           (6.2)

где W₁-удельная поверхностная мощность нагревателя, кВт/м²; C₀- постояннная излучения, равная 5,67 Вт/(м²К⁴); e_н , e_м - степень черноты нагревателя и материала (см. приложение 24) T_н, T_м - температура нагревателя и материала, К.

Выбирается тип нагревателя с учетом относительной мощности стен по табл. 6.1: 

Р_отн=Р/(F_ст* W₁),                                                          (6.3)

где Р_отн- мощность нагревателей, приходящаяся на данную стенку, кВт; F_ст - площадь поверхности стены, на которой предполагается разместить нагреватели, м².

Таблица 6.1

Относительная мощность стен для разных типов нагревателей, кВт

Удельную поверхностную мощность реального нагревателя (W) определяют по формуле:

W=aW₁,                                                           (6.4)

где a - поправочный коэффициент, который определяют по приложению 25.

Принимается схема электрического соединения нагревателей и находится величина фазового напряжения:

при схеме соединения треугольник  U_ф = U_л;

при схеме соединения звезда U_ф = U_л / 3^1/2, где U_ф  -  фазное напряжение, В; U_л    -  линейное напряжение, В.

Зная мощность печи Р, фазное напряжение U_ф, удельное электросопротивление r, удельную поверхностную мощность реального нагревателя рассчитывают геометрические размеры нагревателей.

Расчеты металлических, карбидкремниевых и дисилицидмолибденовых нагревателей имеют определенные особенности.