Электротермические процессы и установки. Учебное пособие по теоретическому курсу. Учебное пособие по теоретическому курсу Под ред. В. Н. Тимофеева, Е. А. Головенко, Е. В
 Скачать 7.73 Mb.
|
|
2.2.1.2 Нагрев тонких изделий На рис. 2.25 показаны графики нагрева изделий при постоянной температуре печи. Термин «температура печи» является условным, так как в действительности в камере печи температуры в отдельных точках различны. Так, можно говорить о температуре нагревателей, поверхности огнеупорной кладки, поверхности жароупорных деталей и т. д. Под температурой печи следует понимать некую среднюю темтературу, которая с точки зрения нагрева изделий обусловит тот же эффект, что и вышеперечисленные нагретые части камеры печи. Такую температуру показала бы установленная около изделий термопара, если бы она была заэкранирована от последних и в то же время «видела» бы стены и свод печи. Эта температура и является 112 расчетной, задаваемой при нагреве. Если конец регулирующей режим печи термопары не находится очень близко к нагревателям, то ее показание не будет сильно отличаться от расчетной температуры печи. В противном случае персоналу приходится опытным путем находить уставку терморегулятора, которая должна обеспечить условия нагрева при расчетной температуре (обычно это увеличение сверх расчетной на 10—20 °С). Рис. 2.25. График нагрева изделий в печи периодического действия при постоянной температуре печи. а — тонкие изделия; б — массивные изделия В действительности нагрев изделий в электрических печах сопро- тивления происходит с самого начала при постоянной температуре лишь в редких случаях, когда тёпловоспринимающая способность изделий низка (длительный режим нагрева), или при существенном недоиспользовании печи, работающей в режиме, приближающемся к холостому ходу, а также при загрузке и разгрузке ее малыми порциями. Если же печь периодического действия загружается нормально и притом в один прием, то при этом происходит резкое снижение температуры в камере, что обусловливает довольно существенное увеличение времени нагрева изделий по сравнению с временем нагрева при постоянной температуре печи (рис. 2.26). Поэтому в электрических печах периодического действия приходится разбивать нагрев на два этапа. Первый этап — от начала нагрева до достижения в камере печи заданной температуры—характеризуется тем, что вследствие низкой температуры садки она поглощает всю выделяющуюся в камере печи полезную мощность (мощность печи минус тепловые -потери). В этот период температура печи меняется, она медленно поднимается к заданному значению, терморегулятор не работает, а так как при этом мощность печи остается постоянной (тепловые потери ее в первом предположении также можно считать постоянными), то, следовательно, мы будем иметь дело с режимом нагрева при постоянном тепловом потоке. 113 Рис. 2.26. График нагрева тонкого изделия в электрической печи периодического действия Значение этого теплового потока легко определяется из формулы где q п — постоянный тепловой поток, воспринимаемый единицей поверхности нагреваемых изделий; Р печи — мощность печи; Рпот — мощность тепловых потерь печи; F изд —тепловоспринимающая поверхность изделий. Если речь идет о высокотемпературной печи, то влиянием естественной конвекции в ней можно пренебречь, и уравнение теплопередачи будет иметь вид: , 100 100 q 4 '' 4 изд ⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎢ ⎣ ⎡ ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ − ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ ⋅ = изд п пр T T C 114 здесь Т печи и Т изд — текущие значения температур печи и изделия; С пр —приведенный коэффициент лучеиспускания. Так как изделие находится в камере печи и его поверхность обычно намного меньше поверхности стен последней, то с будет Степень черноты стен печной камеры и нагревателей близка к 0,9, как мы уже указывали, F изд существенно меньше F печи , поэтому во многих случаях с достаточной для практических целей точностью можно принять: В тех же случаях, когда значения . F изд и F печи близки друг к другу, приведенный коэффициент лучеиспускания равен: Конец первого и начало второго этапа характеризуются достижением заданного значения температуры рабочего пространства. При этом для тонких изделий их температура может быть определена: 273 100 ' 100 " 4 − − ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ = пр п печи с q T t . Количество тепла, воспринятое изделием за период первого этапа, будет равно:q п F изд τ 1 , где τ 1 — длительность первого этапа. Это тепло пойдет на нагрев изделий от начальной температуры t’ изд до t” изд , поэтому можно написать: и, следовательно, ; (2.1) 115 здесь G — масса изделий; с — средняя удельная теплоемкость. Для низкотемпературных печей и для печей с принудительной циркуляцией необходимо учитывать конвекцию, поэтому уравнение теплопередачи удобнее переписать в иной форме здесь α изл — коэффициент теплоотдачи излучением, может быть определен из Коэффициент теплоотдачи конвекцией α конв может быть рассчитан в зависимости от характера конвекции, формы изделий и параметров среды. В печах с естественной конвекцией он меняется сравнительно мало и может быть в среднем принят равным 10 Вт/(м 2 ·°С). Учитывая это для момента времени, соответствующего достижению температурой печи заданного значения Т” печи , будем иметь ( ) изд печи изд печи пр изд t t T T C q '' 4 4 " 10 100 100 " − ⋅ + ⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎢ ⎣ ⎡ ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ − ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ ⋅ = (2.2) Выражение (2.2) действительно, если поверхности изделий, воспри- нимающие тепло излучением и конвекцией, равны, что обычно имеет место для тонких изделий. Из (2.2) может быть определена температура изделия в момент окончания регулярного режима Т"изд. Длительность первого этапа τ 1 может быть определена, как и раньше, из (2.1). По достижении печью заданного значения температуры начинает работать терморегулятор, поддерживая ее неизменной, мощность печи при этом начинает снижаться. В течение второго этапа работы, следовательно, нагрев изделий осуществляется при постоянной температуре печи (рис. 2.26). При нагреве тонких изделий в них практически отсутствует внутренний перепад температур, поэтому выдержка их в печи при постоянной температуре является необходимой, лишь когда требуется время 116 на прохождение в материале тех или иных процессов. Следовательно, при нагреве тонких изделий наличие выдержки и ее время всецело определяются технологами. 2.2.1.3 Остывание тонких изделий Остывание изделий может происходить в самой печи или вне ее, в специальной камере, на воздухе, в струе воздуха. В первом случае печь будет остывать вместе с изделием. При этом все аккумулированное в печи тепло, т. е. тепло кладки, жароупорных деталей, самих изделий, должно быть из нее удалено. Естественно, что это связано с большими потерями тепла, поэтому остывание изделий в печи применяется лишь тогда, когда технологический процесс термической обработки требует их медленного остывания или если не только нагрев, но и остывание должно быть проведено в вакууме или в защитной атмосфере. В последнем случае, однако, там, где это возможно, предпочитают проводить остывание изделий не в самой печи, а в специальных герметических муфелях или горшках с тем, чтобы сохранить аккумулированное кладкой тепло. Если не приняты специальные меры по ускорению процесса остывания (вдувание в печь холодного воздуха, опускание в печь охлаждаемых водой змеевиков), то аккумулированное печью тепло может быть удалено лишь через ее тепловые потери. Поэтому если бы между тепловыми потерями печи и ее температурой имелась прямая пропорциональность (что в действительности и имеет место при высоких и средних температурах), то для получения времени остывания изделий в печи достаточно было бы разделить аккумулированное ею тепло на средние за время остывания потери: , где q” пот – тепловые потери печи при температуре, соответствующей началу остывания; q” пот — тепловые потери печи, соответствующие температуре концаостывания, при которой изделие может быть вынуто из печи; Q” ак – аккумулированное печью тепло при температуре начала остывания; Q”’ ак – аккумулированное печыо тепло при температуре конца остывания. Для расчета времени остывания печи тепловые потери ее могут быть определены по ориентировочному эскизу ее футеровки. Аккумулированное 117 печью тепло определяется отдельно для каждого слоя кладки, для жароупора и для изделия как произведение массы на удельную теплоемкость и на среднюю температуру: для огнеупорного слоя Q огн =G огн c огн t ср.огн ; для теплоизоляции Q тепл =G тепл c тепл t ср. тепл и т.д.; Q ак =Q огн +Q тепл +Q жар +Q изд Средние температуры огнеупора и теплоизоляции берутся из расчета тепловых потерь печи. Температуры жароупорных деталей и изделий в начале остывания могут быть приняты равными заданной температуре нагрева изделий, а в конце остывания — расчетной для этого момента температуре печи. При желании получить несколько более точное решение с учетом отклонения кривой тепловых потерь от прямой (печи с экранной теплоизоляцией, печи с тонкой теплоизоляцией), можно применить графиче- ский метод в соответствии с построением, показанным на рис. 2.27. На нем нанесены кривые аккумулированного печью тепла при разных температурах и кривая тепловых потерь. Если от аккумулированного печью при температуре t" 1 тепла отнять ее часовые тепловые потери при той же температуре, то, построив треугольник ABC, по точке С можно определить, какую температуру t 1 примет печь через час от начала остывания и какое тепло останется в ней при этом аккумулированным. Если затем от этого тепла отнять часовые потери тепла, соответствующие температуре t 1 , осуществив построение треугольника CDE, то можно определить темпе- ратуру печи t 2 в конце второго часа остывания. Продолжая дальше такие же построения до момента достижения температуры конца процесса остывания t’”, можно не только определить время остывания, но и построить график изменения температуры внутри печи (соответствующей температуре изделий) по времени. 118 Рис. 2.27. Построение кривой остывания изделия в печи Полученные при помощи графического построения результаты дадут для времени остывания более точное решение (особенно при низких температурах), если количество построений будет достаточно велико (не менее 7—8, так как принимается, что в период одного интервала q пот =const). При этом, если процесс остывания длится всего лишь 3—4 ч., треугольники ABC, CDE и т. д. следует строить не для часовых интервалов времени, а для более мелких, принимая значения тепловых потерь, например, за 1/2 ч. Наоборот, если длительность остывания составляет десятки часов, то эти интервалы целесообразно соответственно увеличить. При проведении вышеизложенного метода расчета времени остывания изделия в печи необходимо иметь в виду, что в наших рассуждениях мы не учитывали перераспределения тепла в кладке, вызванного нестационарным процессом ее остывания. Поэтому значения времени остывания, полученные графическим путем, также не будут вполне точными. Получить, однако, более точное решение с учетом указанного процесса перераспределения тепла в толще кладки практически очень трудно, так как стены электрических печей неоднородны, скорость их остывания будет различна и поэтому в процессе остывания будет происходить перераспределение тепла 119 не только в их толще, но и между отдельными стенками печной камеры. Кроме того, при этом и само остывание изделий будет не вполне симметричным. При остывании изделий на воздухе они отдают окружающему пространству аккумулированное в них тепло излучением и конвекцией. Коэффициент теплоотдачи излучением очень сильно зависит от температуры, и со снижением температуры изделия отдаваемое последним тепло резко падает. Поэтому в начале остывания изделие охлаждается очень быстро, затем скорость остывания уменьшается все больше и в конечном счете общее время охлаждения определяется именно остыванием при низких температурах. Весьма значительное изменение коэффициента теплоотдачи изделия в процессе охлаждения делает невозможным использование для него средних значений, поэтому определение времени остывания изделий на воздухе (или в камере охлаждения) следует вести графическим путем, по участкам, разбивая температурную кривую на интервалы и подсчитывая для каждого из них свои средние значения коэффициентов теплоотдачи излучением и конвекцией аналогично тому, как это было указано при построении графиче- ским методом кривой нагрева тонких изделий. 2.2.1.4 Нагрев массивных изделий При нагреве массивных изделий в печах периодического действия время нагрева изделий, как и в предыдущем случае, может быть разбито на два этапа: первый этап — нагрев при постоянном тепловом потоке— и второй этап — нагрев при постоянной температуре печи (рис. 2.29). По достижении температурой поверхности изделия значения t” пов закончится первый этап, так как при этом температура печи достигнет за- данного значения Т печи и в дальнейшем благодаря paботе терморегулятора остается неизменной, начнется второй этап нагрева при постоянной температуре печи. К этому моменту температура центра изделия станет равной t” центр =t пов -Δt,а по сечению его установится параболическое (для плиты) распределение температуры. Расчет нагрева на втором этапе должен, очевидно, вестись с учетом этого распределения температуры в начальный период этапа. Это легко выполнить, если принять для этого момента в сечении изделия наличие некоторой средней температуры t” ср .Формулы расчета параметров приведены в табл. 2.2. Расчет времени остывания массивных тел в печи может быть осу- ществлен так же, как и для тонких изделий, построением по рис. 2.27. Наличие вокруг изделий нагретой кладки печи с весьма большим тепловым сопротивлением приводит к тому, что теплоотдача поверхности изделий падает во много раз, остывание ее происходит медленно и внутренние тем- 120 пературы изделий успевают выровняться. Следовательно, помещение изделий для остывания в печь приводит к резкому уменьшению числа Био, к тому, что массивные изделия остывают как тонкие. Таблица 2.2 Расчет параметров первого этапа Пластина Сплошной цилиндр a S 3 , 0 2 ' 1 ⋅ = τ a R 25 , 0 2 ' 1 ⋅ = τ λ ⋅ ⋅ = Δ 2 S q t изд 1 λ ⋅ ⋅ = Δ 2 R q t изд 1 0 ' пов t t 27 , 1 t + Δ ⋅ = 0 ' пов t t 5 , 1 t + Δ ⋅ = 1 ' пов ' ц t t t Δ − = 1 ' пов ' ц t t t Δ − = ( ) S С q изд ⋅ ρ ⋅ = Θ ( ) R С q 2 изд ⋅ ρ ⋅ ⋅ = Θ Θ − = τ ' пов '' пов '' 1 t t Θ − = τ ' пов '' пов '' 1 t t '' 1 ' 1 1 τ + τ = τ '' 1 ' 1 1 τ + τ = τ При остывании массивных изделий на воздухе в них получается существенный внутренний перепад, который постепенно уменьшается по мере снижения температуры их поверхности. Так же как и при остывании тонких изделий, коэффициенты теплоотдачи, а следовательно, и числа Био очень сильно меняются, поэтому пользование средними значениями λ и Bi может привести к крупным ошибкам. Расчет остывания на воздухе крупных изделий необходимо, следовательно, вести по графикам Будрина, но по участкам, с определением для каждого участка средних значений λ и Bi и по- строением кривых остывания для поверхности и центра изделия. 121 Рис. 2.27. График нагрева массивного изделия в электрической печи периодического действия. 2.2.2 Электрический расчет электрических печей сопротивления Всю выделяющуюся в нагревателе мощность можно разбить на три составляющих: 1) мощность P пол , воспринимаемую изделием от нагревателя (полезная мощность); 2) мощность P пот , воспринимаемую футеровкой (мощность тепловых потерь); 3) мощность переизлучения между футеровкой и изделием. Схема теплопередачи в электрической печи сопротивления представлена на рис. 2.28. Схемы расположения нагревательных элементов в ЭПС показаны на рис.2.29. Первый вариант (рис.2.29) соответствует реально существующим, но не широко применяемым печам; он близок к идеализированному варианту теплообмена системы «нагреватель–нагреваемое изделие-футеровка» - «идеальному нагревателю». Два других варианта(рис.2.30 и рис. 2.31) наиболее широко применяемые схемы рабочей камеры ЭПС. 122 Рис. 2.28. Схема теплопередачи в электрической печи сопротивления Рис. 2.29. Электропечь со сплошным нагревателем Если в первом случае нагреватель, отдавая тепло нагреваемому изделию и футеровке, экранирует их друг от друга, то во втором и третьем – футеровка и нагреваемое изделие «видят друг друга». При рассмотрении процессов теплопередачи в печи с таким нагревателем приходится базироваться на следующих допущениях: 123 1) процесс теплообмена в камере печи принимается стационарным, соответствующим режиму наибольшей температуры нагреваемых изделий; 2) все участвующие в теплообмене тела являются серыми; 3) температуры всех точек поверхностей каждого из тел принимаются равными; 4) процесс теплопередачи между каждыми двумя из трех включенных в теплообмен тел рассматривается как раздельный. Рис. 2.30. Электропечь с нагревателем с нарушенной сплошностью (например, зигзагообразный) Рис. 2.31. Электропечь с нагревателем, расположенным в пазах футеровки 124 Тогда можно представить энергетический баланс нагревателя, нагреваемого изделия и футеровки следующим образом: Энергетический баланс нагревателя P F T T C F T T C Q Q = ⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎢ ⎣ ⎡ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ − ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ + ⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎢ ⎣ ⎡ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ − ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ = + 13 4 3 4 1 13 12 4 2 4 1 12 13 12 100 100 100 100 Энергетический баланс изделия пол P F T T C F T T C Q Q = ⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎢ ⎣ ⎡ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ − ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ + ⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎢ ⎣ ⎡ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ − ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ = + 32 4 2 4 3 32 12 4 2 4 1 12 32 12 100 100 100 100 Энергетический баланс футеровки пот P F T T C F T T C Q Q = ⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎢ ⎣ ⎡ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ − ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ − ⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎢ ⎣ ⎡ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ − ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ = − 32 4 2 4 3 32 13 4 3 4 1 13 32 13 100 100 100 100 Используя любые два из них, получим ( ) [ ] C , T F C F C F C F C F C F C F C F C т t t н 0 4 4 2 32 32 12 12 32 32 13 13 13 13 12 12 32 32 13 13 1 273 100 1 100 − ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ + + + + − = = γ , (2.3) где , т т •” = γ Уравнение (2.3) позволяет для уже работающей печи, у которой известны материал и размеры нагревателей, изделия и футеровки, а также температура изделия t 2 , определить температуру нагревателя t 1 Если приведенных выше данных нет, необходимо определить удельную поверхностную мощность реального нагревателя нагр F P W / = У реального нагревателя лишь часть энергии доходит до изделия, кроме того, он покрывает не только полезное тепло, но и тепловые потери. Поэтому необходимо ввести фиктивную активную поверхность нагревателя, т.е. такую поверхность, вся энергия с которой идет на нагрев изделия. 125 ( ) γ − ⋅ ⋅ = ⋅ = 1 нагр акт ид пол F W F W P ( ) γ − ⋅ = 1 нагр акт ид F F W W Другими словами, активной поверхностью реального нагревателя принято считать поверхность эквивалентного ему идеального нагревателя. Дадим определение идеальному нагревателю. Идеальный нагреватель – это нагреватель, обладающий следующими свойствами 1) расположен в идеальный печи, у которой нет тепловых потерь, т.е. вся мощность нагревателя тратится на нагрев изделия; 2) является сплошным; 3) расположен в плоскости поверхности изделия; 4) все поверхности, участвующие в теплообмене с идеальным нагревателем, являются серыми с ε = 0.8 Мощность идеального нагревателя находится по формуле F Т Т . P Р изд н изд н печи ид ⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎢ ⎣ ⎡ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ − ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ − + = = 4 4 100 100 1 1 1 67 5 ε ε Следовательно, можно ввести понятие удельной поверхностной мощности идеального нагревателя, т.е. количества тепла, отдаваемого с единицы поверхности ⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎢ ⎣ ⎡ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ − ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ = 4 4 100 100 изд н пр ид Т Т С W (2.4) 1 1 1 67 5 − + = изд н пр , С ε ε Для идеального нагревателя можно написать ⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎢ ⎣ ⎡ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ − ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ = − = 4 2 4 1 12 100 100 1 Т Т F C ) ( P P акт пол γ 126 или 4 2 4 1 12 100 100 1 ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ − ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ = − T T F C ) ( P акт γ После преобразований мы можем получить [ ] 32 32 12 13 13 12 1 32 32 12 12 32 32 13 13 13 13 12 12 1 F C C F C C ) ( F F C F C F C F C F C F C W W ид + − + + = γ (2.5) Анализ выражений (2.4) и (2.5) показывает, что удельная поверхностная мощность реального нагревателя зависит от: 1) температур нагреваемого изделия и нагревателя; 2) степени черноты изделия и нагревателя; 3) геометрии нагревателя, футеровки и изделия. Определенную трудность в применении (2.5) представляет вычисление взаимных поверхностей излучения F12, F13, F32. Отношения F12 / F1, F32 / F3, F32 / F12 являются угловыми коэффициентами системы "нагреватель - изделие - футеровка". Поэтому необходимо применения зонального метода расчета при конкретном конструктивном исполнении нагревательного элемента: ленточного или проволочного зигзага, проволочной спирали, или стержневого нагревателя. Рассмотрим определение электрических параметров нагревателей электрических печей сопротивления (мощности и напряжения расчетной фазоветви). Для этого необходимо установить количество тепловых зон в электропечи и выбрать схему соединения нагревателей зоны. Количество тепловых зон принимается на основании общих рекомендации: в печах с высокими камерами, в шахтных и колпаковых высота зоны 1…1,5 м., в протяженных в длину и печах непрерывного действия – длина зоны 1,5…2,5 м. В крупных печах периодического действия мощности зон могут быть приняты равными. С точки зрения обеспечения работы нагревателей от сети 220/380 В, мощность трехфазной зоны может составлять 100…160 кВт, но не более 250 кВт. Необходимо выделять тепловые зоны для перемещающихся частей печей, например выдвижного пода. Маломощные зоны или печи могут быть однофазными. 127 Если при проектировании рассчитывалось время нагрева в печи непрерывного действия, то из этого расчета получается количество зон и их мощность. В остальных случаях установленная мощность тепловых зон распределяется так, чтобы максимальное значение было в первой зоне у загрузочного окна, а далее мощность уменьшается в каждой следующей зоне на 10...15 %, При питании от трехфазной сети напряжением 380/220В могут быть применены две схемы соединения нагревателей: треугольник - на нагревателе линейное напряжение 380В, звезда - фазное напряжение 220 В. Для, однофазной зоны, как правило, принимается напряжение 220 В. В отдельных обоснованных случаях, например для питания нагревателей маломощных зон в печах непрерывного действия, допускается применение понижающих трансформаторов. Рассмотрим выбор размеров нагревателя по номограммам. Номограммы связывают электрические и геометрические параметры нагревателя. По мощности P, напряжению на нагревателе U и допустимой удельной поверхностной мощности W определяются диаметр d и длина проволочного нагревателя L - из никельхромовых сплавов (рис.2.32), - из железохромоалюминиевых сплавов (рис. 2.33). Рис. 2.32. Номограмма для расчета проволочных нагревателей из никельхромовых сплавов 128 Рис. 2.33. Номограмма для расчета проволочных нагревателей из железохромоалюминиевых сплавов С помощью номограмм можно просмотреть несколько вариантов питания нагревателя. Выбирается нагреватель более массивный с большим сроком службы, более удобный для размещения, соответствующий предварительно выбранной конструкции (проволочный зигзаг d = 6,3…11 мм, спираль d = 4...5,6 мм). Принимается стандартный диаметр проволоки: 4; 4,5; 5; 5,6; 6,3; 7; 8; 9; 10; 11; 12 мм. Рассмотрим уточненный расчет параметров нагревателя - сопротивление нагревателя (фазоветви) , P 10 U R 3 2 r = где U - напряжение на нагревателе, В; Р - мощность фазы, кВт; - развернутая длина нагревателя, м r r 2 p 4 R d L ρ π ⋅ = , 129 где ρ г - удельное сопротивление материала при рабочей температуре, Ом.мм2/м; - расчетная удельная поверхностная мощность p p L d P W ⋅ ⋅ = π 3 10 Проверка нагревателя на аварийный режим производится для печей периодического действия и для последних зон нагрева печей непрерывного действия. При задержке изделия в печи или в зоне (поломка механизма передвижения) температура его поверхности может достигнуть температуры печи и нагреватели могут перегреться. Определяется значение tн' по W'и.д и tтп=tпечи. Полученная температура нагревателя должна превышать максимально допустимую для данного сплава. Расчетный срок службы нагревателя определяют по следующим формулам: - для никельхромовых сплавов и железохромоалюминиевых сплавов при температуре до 1200ºС , к к d к L p ⋅ ⋅ ⋅ = 1 τ τ - для железохромоалюминиевых сплавов при температуре, большей или равной 1200°С, , к к d к L , p ⋅ ⋅ ⋅ = 1 9 1 τ τ Кк - коэффициент конструкции, учитывающий затемнение отдельных участков нагревателя, при работе в воздушной атмосфере можно принять Кк=1 - для никельхромовых сплавов, Кк=0,82 - зигзагообразный нагреватель из железохромоалюминиевых сплавов; к L – коэффициент, зависящий от длины нагревателя, определяется по табл. 2.3. Таблица 2.3 Коэффициент, зависящий от длины нагревателя L,м Менее 30 30…50 Более 50 KL 1-0,005L 0,85 0,7 |