Электропечь сопротивления барабанная СБЗ-3.19/10

Мощность печи вычисляется из формулы:

 

(2.1.1)

 

где К – коэффициент запаса мощности, учитывающий падения напряжения в сети (К=1,4 - 1,5 – для печей периодического действия).

Расход тепла в печи равен:

 

(2.1.2)

 

где  - полезное тепло на нагрев металла, Вт; - потери тепла теплопроводностью, Вт; - потери тепла с коротким замыканием, Вт.

Для теплового расчета и определения  мощности печи необходимо знать коэффициенты теплопроводности материалов кладки и  деталей.

Футеровка боковых стенок и пода печи выбирается трехслойной.

В качестве первого огнеупорного слоя применяем шамот легковесный  ШЛ-0,9 (шамотные кирпичи нормальных размеров 230х115х75).

Толщина слоя 75 мм.

В качестве второго теплоизоляционного слоя применяем кирпич диатомитовый Д-500 (прямые кирпичи нормальных размеров 230х115х75). Толщина слоя 75 мм.

В качестве третьего теплоизоляционного слоя используем минеральную вату. Толщина слоя 60 мм.

Футеровка свода печи выбирается двухслойной.

В качестве первого огнеупорного слоя применяем шамотно-волокнистую плиту ШВП-550.

Толщина слоя 100 мм.

В качестве второго теплоизоляционного слоя применяем каолиновую вату.

Толщина слоя 200 мм.

Основные характеристики применяемых  футеровочных материалов приведены в табл.2.

 

Таблица 2. Основные характеристики применяемых футеровочных материалов.

Материал	Огнеупорность	Плотность кг/м3	Максимальная температура применения,	Коэффициент теплопроводности Вт/м0С
Шамот легковесный ШЛ-0,9	1670-1740	900	1270	λШЛ= 0,116+0,23310-3 tср -0,00910-6 tср2
Кирпич диатомитовый Д-500	-	500	900	λД= 0,116+0,23310-3 tср
Вата минеральная	-	150	600	λМ= 0,0582+0,18610-3 tср
Вата каолиновая	-	300	1100	λК= 0,0523+0,18610-3 tср
Кожух печи				.

 

Тепловые потери.

Потери через стенку.

Стенка состоит из трех слоев: шамота легковесного и диамитового кирпича и минеральную вату (взятые из паспорта).

Площади раздела:

 

, м² (2.1.3)

 

(2.1.4)

 

 (2.1.5)

 

 (2.1.6)

 

(2.1.7)

 

Средние расчетные  площади шамота-легковеса и диамитового кирпича:

 

(2.1.8)

 

 (2.1.9)

 

 

 

(2.1.11)

 

 

Температуру  внутренней поверхности стенки принимаем  равной 950°С, рабочая температура печи 900°С, температура помещения 20°С.

Температуру пограничной поверхности между 1 и 2 слоями предполагаем равной . Температуру пограничной поверхности между 2 и 3 слоями °C и температуру наружной поверхности стенки .

Таким образом считаем, что , .

Средние расчеты температуры:

Первый  слой

 

(2.1.12)

 

Находим коэффициент теплопроводности для шамота, диамитового кирпича и минеральной ваты:

 

(2.1.13)

 

(2.1.14)

⁽².1.15)

 

Коэффициент теплоотдачи наружной поверхности  стенки (вертикальной при ).

Тепловой  поток через стенку печи:

 

(2.1.16)

 

где – принятая толщина слоя шамота – легковеса, диамита, минеральной ваты соответственно, м.

Проверяем температуры  кладки печи

 

(2.1.17)

 

(2.1.18)

 

поверхности стенки от рабочего пространства в  окружающее пространство.

 

(2.1.19)

 

(2.1.20)

 

где - коэффициент теплоотдачи наружной стенки к окружающему воздуху.

Потери тепла  через загрузочное окно.

Расчет потерь луче испусканием производится по формуле Стефана-Больцмана:

 

 (2.1.21)

 

где  - тепловой поток из отверстия; с – коэффициент лучеиспускания, отверстие в печи можно считать за абсолютно черное тело и принять с = 4,9 ; - абсолютная температура рабочего пространства печи; - абсолютная температура среды, окружающей печь; - эффективная площадь отверстия, равная действительной площади .

 

(2.1.22)

 

(2.1.23)

 

 (2.1.24)

 

Коэффициент диафрагмирования Ф зависит от отношений размеров отверстия – диаметра и длины – к толщине стенки, принимаем Ф = 0,75.

Действительная  площадь отверстия:

 

(2.1.25)

 

Эффективная площадь отверстия:

 

(2.1.26)

 

Определяем  тепловые потери:

 

(2.1.27)

 

 

Определение общих тепловых потерь по формуле (11): в печь загружаются детали весом 150 кг. Производительность составит Р = 0,002 кг/с.

 

·(621.9-13.4)=1217Вт (2.1.28)

 

где - энтальпия при 900 ; - энтальпия при 20 .

 

(2.1.29)

 

(2.1.30)

 

Мощность  на нагрев газа принимается равной 1,5 кВт = 1500 Вт.

Таким образом, потребное количество тепла и  потребная мощность печи будет:

 

(2.1.31)

Определяем  мощность печи по формуле (2.1.1):

 

 Вт (2.1.32)

 

Расчетная мощность печи 70 кВт. Мощность установленной печи СБЗ-3.19/10 72,2кВт, что практически соответствует.

Следовательно установленная печь для закалки выбрана правильно.

 

2.2 Электрический  расчет печи

 

Находим рабочую  температуру нагревателей по формуле:

 

(2.2.1)

 

Выбираем  сплав нихром Х20Н80 с предельной температурой 1100 .

Основные  характеристики сплава приведены в табл.3.

 

Таблица 3. Основные характеристики сплава Х20Н80

Рабочая температура, оС	1050
Максимально допустимая температура, оС	1150
Удельное электрическое сопротивление  при 1000 оС,	1,12

 

Никельсодержащие  сплавы обладают лучшей пластичностью, жаропрочностью, термостойкостью, устойчивостью  к вибрациям по сравнению с  безникелевыми. У нагревателей из сплавов на основе никеля больше срок службы и отсутствует крип, но их применение ограничено из-за дороговизны.

Так как  установленные мощности зон печи невелики, то можно предположить, что  материалоемкость нагревателей печи также  невелика. Следовательно, дороговизна не является основным показателем качества при выборе материала нагревателей.

При вращении двигателя, вращающего барабан, на нагреватели  через корпус печи передаются вибрации. Так как никельсодержащие сплавы обладают лучшей устойчивостью к вибрациям, то выбор материала нагревателей оправдан.

Удельное  электрическое сопротивление нагревателя  при рабочей температуре

 

=

 

=1.24· (2.2.2)

 

       По рисунку 2 - допустимые удельные поверхностные мощности идеальных нагревателей для нагрева материалов с разной степенью черноты,  соответствующему ε_м=0,45 (нагрев стали в защитной атмосфере), находим удельную мощность идеального нагревателя, принимаем температуру изделия равной 900⁰С, тогда ω_ид=27 кВт/м²

 

Рисунок 2 – Допустимые удельные поверхностные мощности идеальных нагревателей для нагрева материалов с степенью черноты ε=0,45

 

 Нагревательные элементы в рассматриваемой печи располагаются на стенах рабочего пространства. Относительная мощность стен несущих нагреватели, равна

 

(2.2.3)

 

где N – мощность нагревателя, приходящаяся на данную стенку, кВт;  F_ст – площадь поверхности стены, на которой расположены нагреватели, м².

В соответствии с полученным значением относительной  мощности стен, несущих нагреватели, выбираем проволочный зигзагообразный  нагреватель.

Проволочный зигзагообразный нагреватель

При нагреве  стали в защитной атмосфере при  использовании  проволочного зигзагообразного нагревателя α=0,465.

Тогда

 

(2.2.4)

 

Поскольку питание печи производится трехфазным током с линейным напряжением  U_c=380 В, то мощность, приходящаяся на одну фазу, составит N_ф=N/3=72,2/3=24,1 кВт.

Зная  мощность печи или зоны N кВт, напряжение питающей сети U, В, удельное сопротивление выбранного нагревателя р, Ом∙м, находим геометрические размеры нагревателя.

Диаметр проволки

 

0,011 м (2.2.5)

 

Длина нагревателя

 

348,8 м (2.2.6)

 

Таким образом, была рассчитана электрическая барабанная печь сопротивления для болтов с  шестигранной головкой.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

 

В ходе выполнения данной курсовой работе была рассмотрена и рассчитана электропечь сопротивления типа СБ3. Данная печь предназначены для проведения термической обработки в диапазоне температур 750ºС-950ºС в условиях контролируемой атмосферы. Была рассчитана мощность, потери тепла через стенку печи, потери тепла на тепловые короткие замыкания, продолжительность нагрева в печи и другие расчеты. По расчетам, мощность печи равна 70кВт, что практически совпадает с данными паспорта (72,2 кВт). Это говорит о том, что расчеты были сделано верно.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список литературы

 

1. Мастрюков Б. С. Расчеты металлургических печей - М.: Металлургия, 1986.
2. Вишняков Д. Я. Оборудование, механизация и автоматизация в термических цехах, 1964.
3. Оверин С. И. Расчеты нагревательных печей – Киев: 1969.
4. Рустем С. Л. Оборудование термических цехов – М.: Машиностроение, 1971.
5. Соколов К. Н. Оборудование термических цехов – Киев: Высшая школа, 1984.