2.2.7 Рассчитаем тепловой поток через кладку по формуле (2.11):

Далее произведём проверку ранее принятых температур границ раздела слоев футеровки t_1,2, и наружной стенки печи t_нар:

Сравним полученные значения с принятыми ранее (таблица 2.1).

Таблица 2.1 Сравнение принятых и полученных температур

Температуры	Принятые значения	Полученные значения
t1,2 ,°С	448	343,17
tнар,°С	50	39,32

Различия в принятых и полученных значениях температур t_1,2 составляет 104,83 °С, а в наружных температурах - 10,68 °С. Произведем перерасчет.

Принимаем: t_1,2 = 343,17 °С,

t_нар = 39,32°С.

На основании принятых температур находим среднюю температуру каждого слоя по формулам (2.16), (2.17):

Зная средние температуры в слоях, находим средний коэффициент теплопроводности _i каждого слоя для этих температур по формулам (2.13), (2.14):

Для 1 слоя: = 0,400+0,383· 451,5 ·10^-3 = 0,57 Вт/(м·град);

Для 2 слоя: = 0,077+0,314· 191,00 ·10^-3 = 0,14 Вт/(м·град);

Рассчитаем тепловой поток через данную стену по формуле (2.11):

Далее произведём проверку ранее принятых температур границ раздела слоев футеровки t_1,2, и наружной стенки печи t_нар по формулам (2.18), (2.19),(2.20):

Сравним полученные значения с принятыми ранее (таблица 2.2).

Таблица 2.2 Сравнение принятых и полученных температур

Температуры	Принятые значения	Полученные значения
t1,2 ,°С	343,17	345,15
tнар,°С	39,32	37,01

Различия в принятых и полученных значениях температур t_1,2 превышает на 1,98 °С, а разница наружных температур составляет 2,31 °С.

Отличие полученных значений температур от принятых составляет менее 10 °С. Расчёт можно считать оконченным.

2.2.8 Потери тепла через тепловые короткие замыкания

N_ткз = k _ткз * N _кл = 0,5 * 3,90 = 1,95 кВт. (2.21)

Для садочных и небольших проходных печей принимают k _ткз = 0,25…0,50.

2.2.9 Затраты тепла на нагрев контролируемой атмосферы в муфельных и безмуфельных печах рассчитывают:

N_АТМ=V_АТМ*(С_АТМк*t_АТМк- С_АТМк*t_АТМк)= 24,8*(1,31* 560- 1,28*20)=

=17558,4 кДж= 4,88 кВт (2.22)

где:

V_АТМ – расход контролируемой атмосферы, м³/с, рассчитываемый по формуле (2.23);

и – теплоемкость контролируемой атмосферы при конечной и начальной температурах, кДж/(м³град);

и – конечная и начальная температуры контролируемой атмосферы, ^оС, конечную температуру контролируемой атмосферы можно принимать равной конечной температуре печи.

Расход контролируемой атмосферы в электропечах определяется по формуле,

V_АТМ= V_П * k= 1* 2.8* 1.77* 5=24.8 м³/с, (2.23)

где V_П – объем рабочего пространства печи, м³; k – коэффициент, показывающий кратность обмена, ч^-1 (для печей с объемом камеры до 1 м³ принимают k = 10 ч^-1, при бóльших значениях объема печной камеры k = 5 ч^-1).

2.2.10 Расчет аккумуляции тепла подом

Q_акк = V_кл*γ_кл*(C^к_кл*t^к_кл– С^н_кл*t^н_кл)/τ_н, (2.24)

где V_кл – объем внутреннего слоя футеровки, определенный по заводскому чертежу.

По формуле (2.24) рассчитаем аккумуляцию для шамота и диатомитового кирпича:

Q_акк.ш. = V_кл.ш*γ_кл.ш*(C^к_кл.ш*t^к_кл.ш– С^н_кл.ш*t^н_кл.ш)/τ_н=

=0,23*1,62*2,8*900*(1,07*476-0,90*20)/24300=18,94 кВт, (2.25)

Q_акк.д. = V_кл.д*γ_кл.д*(C^к_кл.д*t^к_кл.д– С^н_кл.д*t^н_кл.д)/τ_н=

=0,23*1,62*2,8*400*(0,90*221-0,90*20)/24300=3,12 кВт (2.26)

Рисунок 2.3. Эскиз для определения потерь аккумуляцией кладкой

Среднюю начальную и конечную теплоемкость кладки и среднюю начальную и конечную температуры находим с помощью справочных данных [6]

Для ШЛ- 0,9:

С^к₄₇₆ = 879+0,41*476 = 1,07 кДж/кг* ⁰С,

С^н₂₀ = 879+0,41*20 = 0,90 кДж/кг* ⁰С.

Для ПД- 400:

С^к₂₂₁ = 900+0,02*221 = 0,90 кДж/кг* ⁰С,

С^н₂₀ = 900+0,02*20 = 0,90 кДж/кг* ⁰С.

Плотность кладки γ определяем по справочным данным [6] и она равна:

γ_ш = 900 кг/м^3,

γ_д = 400 кг/м³.

Тогда аккумуляция тепла подом получается путем суммирования (2.25) и (2.26):

Q_акк= Q_акк.ш+ Q_акк.д = 18,94+ 3,12= 22,06 кВт.

2.2.11 Неучтенные потери принимаем равными 10...15 % от суммы всех статей расходной части баланса без учета затрат на нагрев металла:

N_неучт =0,15· ( N_тр + N_муф+ N_присп+ N_кл+N_ткз+ Q_акк) =

= 0,15·(5,13+5,6+3,9+1,95+4,88+22,06) = 6,53 кВт. (2.27)

2.2.12 Тепловой баланс приведен в таблице 2.3

Таблица 2.3 Тепловой баланс печи

Статьи теплового баланса	Стадия
	нагрев		выдержка
	N , кВт	%	N, кВт	%
Тепло, затраченное на нагрев металла	5,13	10,25	-	-
Тепло, затраченное на нагрев муфеля	5,60	11,19	-	-
Тепло, теряемое теплопроводностью через кладку печи	3,90	7,79	3,9	22,59
Потери тепла через тепловые короткие замыкания	1,95	3,89	1,95	11,29
Затраты на нагрев контролируемой фтмосферы	4,88	9,74	4,88	28,27
Тепло аккумулируемое футеровкой	22,06	44,07	-	-
Неучтенные потери	6,53	13,07	6,53	37,8
Мощность расчетная	50,05	100	17,26	100

N _дейст = N_расч * (1,25…1,65) = 1,65 * 50,05 = 90 кВт.

2.3 Расчёт конвективных нагревателей

Расчёт произведён по методике [7].

Исходные данные для расчёта:

N_уст = 90 кВт - установленная мощность зоны нагрева,

t_м=530 ⁰С - температура нагрева металла;

U=380, В - напряжение в сети;

V_в=7 м/с - скорость движения воздушного потока.

В курсовом проекте используется нагреватели типа проволочный зигзаг. Электронагреватели располагаются на своде печи в 3 ряда.

Диаметр проволоки принимаем равным d = 4,5 мм (табл. П1 [8]).

Мощность одной секции N₁= N_ /3=90/3=30 кВт.

Исходя из заданной температуры нагрева металла t_м, находится температура воздушного потока t_в = t_м + (2025) =530+20=550 ⁰С

Задается перепад температур t = t_н  t_в — между допустимой температурой нагревателя t_н и максимальной температурой воздуха t_в, поступающей в рабочую камеру печи. Принимается t = 150 ⁰С. Тогда рабочая температура нагревателей выражается формулой (2.28):

Выбираем материал Х15Н60, удельное сопротивление которого ρ_t=1,21 мкОм·м при температуре 700 ⁰С.

Затем производится расчет удельной поверхностной нагрузки нагревателя w_

w_ = w_к + w_л, Вт/см², (2.29)

где w_к — конвективная составляющая, Вт/см²;

w_л — лучистая составляющая, Вт/см².

Т.к. печь конвективная, работающая с воздушной рабочей средой и оснащенная системой принудительной циркуляции воздуха, то w_л = 0 Вт/см², следовательно w_ = w_{к .}

Допустимая удельная поверхностная мощность нагревателя w_к при теплоотдаче конвекцией равна:

w_к = _к · t · 10^-4 , Вт/см² , (2.30)

где _к — коэффициент конвективной теплоотдачи, Вт/ (м²·К).

Рассчитывается число Рейнольдса

Re = V_в · d_экв / _t , (2.31)

где _t — кинематическая вязкость воздуха для принятой t_н=700 ⁰С, _t=115·10^-6 м²/с (табл. П.2 [7]).

Т.к. Re < 1000, то _к рассчитывается по формуле (2.32)

_к = 0,625 · Re ^0,46 · t / d , Вт/ (м²·К), (2.32)

где t - теплопроводность воздуха для принятой t_н=700 ⁰С, t=0,0666 Вт/(м · К).

Допустимая удельная поверхностная мощность нагревателя w_к:

Проверяем диаметр проволоки по формуле (2.33):

Длина проволоки определяется по формуле (1.35)

Согласно табл.2 и табл.4 [7] принимаем шаг спирали e = 4·d = 4·4,5=

= 18 мм и диаметр спирали H=300 мм.

Длина нагревателя в готовом виде рассчитывается по формуле (2.35)

Находится занимаемая рассчитанным нагревателем площадь (2.36):

Площадь стенок печи, отведенная на нагреватели F_п=2,52·2=5,04 м².

Сравниваем с отведенными под них поверхностями стенок печи F_П. Попадаем в заданный интервал F = (0,7...0,95) · F_П. Расчет можно считать законченным.