3. Расчет геометрических размеров плавильного пространства и выбор рабочей частоты
Емкость тигля:
,
Уточняем емкость тигля
Полезный объем тигля:
,
где
-
плотность чугуна
Внутренний диаметр плавильного тигля(в среднем сечении) принимаю равным:
,
(меньшее значение
относится к более крупным печам), здесь
.
Толщина футеровки
в среднем сечении тигля
приближенно определяется по эмпирической
формуле
.
Полученное значение
следует уточнить по значениям толщин
футеровок действующих электропечей.
Высота индуктора определяется из соотношения
Внутренний диаметр
индуктора
.
Рабочая частота
должна обеспечивать возможность
получения максимального электрического
КПД индуктора и необходимого уровня
циркуляции металла в тигле. Электрический
КПД с увеличением частоты растет, и при
значении достигает возможного максимума.
Следовательно, чем выше частота, тем
выше КПД индуктора и ниже скорость
циркуляции металла, так как скорость
циркуляции при равных условиях и ярко
выраженном поверхностном эффекте
пропорциональна
.
, где
- электросопротивление чугуна при 1400
ºС, Ом∙м;
- условный диаметр кусковой шихты, м
Рабочая частота выбирается из стандартного ряда частот источников питания 50, 500, 1000, 2400, 4000, 8000 и 10000 Гц на основании приведенного неравенства. Принимаем f = 1000 Гц.
Выбираем исполнение печи ИЧТ – 1.
Рисунок 1. Эскиз футеровки ИЧТ – 1.
4. Тепловой расчет плавильного узла
Тепловые потери через под:
Первый слой:
Обмазка,
Второй слой:
Асбестовый лист,
Третий слой: Шамот
марки ШБ,
Четвертый слой:
Асбестовый лист,
Площадь поверхности 1-го слоя
;
Площадь поверхности 2-го слоя
;
Площадь поверхности 3-го слоя
;
Площадь наружной поверхности.
Температура между слоями:
Средние температуры слоев:
Находим коэффициенты теплопроводности материалов по средним температурам:
Коэффициент теплоотдачи:
Находим по рисунку 3.3, стр.31 [2]
Тепловые потери через подину:
Где tнар – температура окружающей среды.
Проверка температур:
Погрешность:
Тепловые потери через крышку:
Первый слой: Обмазка
Второй слой:
Асбестовый лист,
Площадь поверхности 1-го слоя
;
Где R - радиус сферы свода, H – высота сегмента сферы свода
Площадь поверхности 2-го слоя
;
Температура между слоями:
Средние температуры слоев:
Находим коэффициенты теплопроводности материалов по средним температурам:
Коэффициент теплоотдачи:
Тепловые потери через крышку:
Проверка температур:
Погрешность:
Расхождение с предварительными принятыми температурами не превышает 5%.
Тепловые потери через стенку:
а) без учета кольца
Первый слой: Обмазка
Второй слой: Асбестовый лист
Температура между слоями:
Средние температуры слоев:
Находим коэффициенты теплопроводности материалов по средним температурам:
Тепловые потери через стенку:
Проверка температур:
Погрешность:
Расхождение с предварительными принятыми температурами не превышает 5%.
б) с учетом кольца
Первый слой: Обмазка
Второй слой: Шамот ШЛ-1,3
Третий слой: Асбестовый лист
Температура между слоями:
Средние температуры слоев:
Находим коэффициенты теплопроводности материалов по средним температурам:
где L1 это расстояние от кольца до крышки
Тепловые потери через стенку:
Проверка температур:
Погрешность:
Расхождение с предварительными принятыми температурами не превышает 5%.
Тепловые потери излучением с зеркала ванны:
-
степень черноты расплава,
- коэффициент
диафрагмирования который определяется
по рисунку 3.4, стр.33 [2],
- температура
внутри печи.
- коэффициент
излучения абсолютно черного тела.
Общие тепловые потери печи в установившемся режиме:
где
- тепловые потери через боковую поверхность
тигля, потери излучением с поверхности
расплава, потери через крышку и подину,
Вт;
- коэффициент
неучтенных потерь, определяющий ухудшение
свойств теплоизоляции в процессе
эксплуатации печи. Рекомендуется
принимать
;
- коэффициент,
учитывающий время работы печи с открытой
крышкой;
Полезная мощность, необходимая для нагрева шихты до температуры плавления, расплавления загрузки и перегрева расплава до конечной температуры:
,
Где
и
теплосодержание стали при температуре
нагрева и температуре окружающей среды
соответственно
Мощность, которую нужно подвести к загрузке, чтобы обеспечить требуемую производительность:
.
Тепловой КПД печи:
.
Полученное значение
необходимо проверить на предельно
допустимое значение удельной мощности
,
приходящейся на единицу массы загрузки
Расчет произвели правильно.