3.2 Порядок виконання роботи

1. Вивчення методичних вказівок та рекомендованої літератури до зав­дання.

2. Одержання завдання у викладача.

3. Аналіз вихідних даних та обрання матеріалу для нагрівача.

4. Розрахунки параметрів нагрівального елементу.

5. Розрахунки даних для розміщення нагрівача у печі з зображенням схеми розміщення.

6. Аналіз одержаних результатів, наперед усього, можливості використан­ня такого нагрівача для даної печі.

7. Складання звіту.

3.3 Зміст та структура звіту

1. Назва роботи та короткі відомості про стрічкові нагрівачі, які застосо­вуються у термічних печах.

2. Конкретна мета роботи.

3. Методика виконання роботи.

4. Результати роботи у формі опису даних, рисунків, таблиць.

5. Висновки.

3.4 Контрольні запитання

1. У яких типах термічних печей застосовуються стрічкові нагрівачі?

2. З яких матеріалів виробляють нагрівачі, залежно від умов роботи?

3. Перелічити параметри нагрівачів, що розраховують.

4. Які фактори визначають параметри нагрівачів?

5. Приведіть і поясніть основні розрахункові формули для визначення па­раметрів стрічкових нагрівачів.

6. Що таке питоме поверхневе навантаження? Від чого воно залежить і як визначається?

7. Які конструкції стрічкових нагрівачів використовують у промислових печах?

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА 4

ЕЛЕКТРОДИ ПЕЧЕЙ-ВАНН ТА ВИЗНАЧЕННЯ ЇХ ПАРАМЕТРІВ

Мета роботи: отримання навичок та умінь у розрахунку параметрів електродних печей-ванн.

4.1 Методика виконання роботи

В електродних печах-ваннах нагрів робочого середовища здійснюється за рахунок пропускання через нього електричного струму та перетворення частини електричної енергії у теплову внаслідок достатньо високого електричного опору розплаву. Підвод струму до робочого середовища здійснюється за допомогою електродів, які опущені у розплав. При цьому електроди можуть бути як вільно опущеними у розплав, так і розміщеними у спеціальних пазах тиглю.

Нагрів здійснюється у результаті проходження струму між двома електродами, що утворюють пару. Пару можуть утворити два електроди, поряд розміщених з протилежних стінок тиглю.

Порядок розрахунку основних розмірів ванни та електродів викладено нижче.

Вихідними даними для розрахунків є: загальна потужність печі-ванни N, робоча температура Т, напруга на електродах U (вибирають у межах 5-20 В), кількість фаз. Для 3-фазних печей-ванн кількість пар електродів повинна бути кратною 3.

Порядок розрахунку:

1. Вибір оптимальної форми робочого простору печі-ванни, що залежить від її потужності та температури робочого середовища (Т_р). Область прямо­кутних печей-ванн при Т_р ≤600 ºС – для їх загальної потужності N ≥10 кВт; для більших робочих температур межа областей прямокутних та циліндричних ванн може бути приблизно визначена за емпіричною формулою:

Т_гр = 600+15 (N - 10), (4.1)

Якщо робоча температура печі-ванни Т_р<T_гр, то в разі, якщо N >10 кВт, доцільно приймати прямокутну форму перерізу ванни, в інших випадках, а також при N<10 кВт – циліндричну форму.

2. Визначення обсягу ванни. Обсяг ванни з прямокутним тиглем V в за­лежності від N в розрахунках можна приблизно визначити згідно з емпіричною формулою:

V = 7N - 90, (4.2)

де: N – у кВт, V – у літрах (дм³).

3. Визначення довжини робочої частини електроду (частини електроду l, що знаходиться у розплавленій солі): f – умовна густина струму, А/см² (кількість ампер, що припадає на 1 см² тої поверхні робочої частини електроду, яка обернута до парного електроду):

f = N_п / (l·b·U_p), (4.3)

Звідси:

, (4.4)

де: N_п – потужність, що приходиться на 1 пару електродів, кВт (N_п= N/m);

m – кількість пар електродів (для 3-фазних печей-ванн вона повинна бути кратною 3);

l – загальна довжина електродів, яка занурена у розплав, см;

b – ширина електроду, см;

U_p – робоча напруга на електродах, В.

Умовна густина струму f може бути обраною в залежності від темпера­тури солі і знаходиться у межах 5-40 А/см² (див. таблицю 4.1).

Таблиця 4.1 – Умовна густина струму (f) в залежності від температури солі (Т_солі)

f, А/см2	6	9	12	17	24	34	40
Тсолі, ºС	200	400	600	800	1000	1200	1300

Переріз електродів прямокутних ванн має частіше усього квадратну форму. Розміри електродів та допустима густина струму (по перерізу) наведені як приклад у таблиці 4.2

Таблиця 4.2 – Розміри електродів та їх електричні характеристики

Потужність електродної пари, кВт	Сторона квадрату, в, мм	Площа перерізу електроду, см2	Густина струму по перерізу електроду Р, А/см2
12 18 24 30	38 44 51 55	14,5 19,7 25,8 32	86 91,5 93 94

Допустима густина струму P=I/S, де I – сила струму, А (I= N_п/ U_р); Р повинна знаходитися у межах 0,5...0,95 А/мм² (50...95 А/см²); оптимальними можна вважати значення Р у межах 0,8...0,9 А/мм².

По заданій потужності печі N визначають кількість пар електродів m, знаходять потужність пари електродів N_п (див. таблицю 4.2), обирають переріз електроду S з урахуванням того, що за формулою 4.5 його можна визначити як:

, мм² (4.5)

Звідки для квадратної форми електроду:

, мм (4.6)

Далі, згідно з обраною умовною густиною струму f, знаходять l:

l = N_n / (f·b·U_р) (4.7)

4. Визначення загальної глибини ванни Н, см:

Н= l + h + a, (4.8)

де а – відстань від дзеркала ванни до краю тиглю, може прийматися в інтервалі 100...150 мм;

h – відстань від нижнього кінця електроду до дна тиглю:

h = (2,5…3)*r, мм (4.9)

де r – отвір між електродами, мм, він може прийматися у межах 18...30 мм чи 50...70 мм; частіше r=25..30 мм. Тому значення h можна прийняти в інтервалі 70..100 мм.

Відстань від дзеркала ванни до дна тиглю Н₁, розраховують, як:

Н₁=l + h, мм (4.10)

В розрахунках слід орієнтуватися на те, що відношення l/Н₁ повинне бути не меншим, ніж 0,7.

Довжина по фронту А, см, та кількість пар електродів можуть бути визначеними згідно з графіками або, знаючи m, можна скористатися формулами:

А=30·m – для N≤24 кВт; чи А=40·m – для N >24 кВт; (4.11)

де: 30 та 40 – відстань між вісями пар електродів, см.

Слід враховувати, що пари електродів можуть розташовуватися як з однієї сторони прямокутника печі-ванни (по довжині), так і з двох сторін її, звичайно при n>3, що дозволяє зменшити сторону ванни по фронту (А).

Ширина ванни С, см:

, (4.12)

Після виконання розрахунків студент повинен зобразити схему печі-ванни (у перерізі) з відображенням розташування електродів.

Інтервали змінення вихідних даних для виконання роботи наведені у таблиці 4.3.

Таблиця 4.3 – Вихідні дані для формулювання варіантів завдань лабораторної роботи

Максимальна робоча температура печі-ванни Т, ˚С	Загальна потужність печі-ванни N, кВт
650	48…90
850	30…120
1300	36…150

Примітка: Всі печі-ванни – 3-фазні; робоча напруга на електродах U_р може змінюватися у межах 5…20 В (в деяких випадках – до 30 В).