7.6. Потери тепла через тепловые короткие замыкания.

В конструкциях электрических печей часто (почти всегда) встречаются устройства, соединяющие рабочее пространство печи с окружающим воздухом (нагреватели, трубы, муфели и т.д.). Потери тепла через эти устройства называют потерями на тепловое короткое замыкание. Тепловой расчет этих выступающих конструкций очень сложен. В простейшем случае для однородного длинного стержня постоянного сечения, выступающего из печи

, (7.24)

где: – коэффициент теплопроводности материала стержня;

– длина стержня;

– площадь поперечного сечения стержня;

– температура печи;

.- температура стержня на выходе из футеровки печи (можно принять равной 80 – 120⁰С).

Мелкие тепловые короткие замыкания, например, выводы нагревателей, термопар и т.п., обычно отдельно не рассчитываются, а включаются в общую сумму тепловых потерь, как неучтенные.

7.7. Потери тепла с охлаждающей водой.

Во многих (особенно, высокотемпературных) печах имеются детали, которые из-за их условий работы необходимо охлаждать водой (дверцы, валы барабанов, подшипники роликов и т.д.). Тепло, уносимое водой, в тепловом балансе может достигнуть 8-15%.

, (7.25)

где: – расход воды, ;

– температуры воды при входе и выходе из охлаждаемых частей печи (теплоемкость воды равна 1).

7.8. Потери тепла на аккумуляцию кладкой.

При нагреве от комнатной до рабочей температуры происходит разогрев всех деталей и узлов конструкции печи, то есть затрачивается достаточно значительное тепло на аккумуляцию этими узлами и, в первую очередь, - футеровкой. Эти потери тепла являются очень важной составляющей теплового баланса и особенно для печей периодического действия.

(7.26)

где: – объем кладки, м³;

– объемный вес кладки, кг/м³;

– температуры кладки до и после нагрева ( можно принять равной 20 ⁰С);

– теплоемкости кладки при и ;

– период работы печи (период времени от одного до другого включения холодной печи).

Расчет ведется отдельно на аккумуляцию тепла стенками, подом, сводом, дверцами и кожухом печи, для различных слоев кладки.

При непрерывной работе очень велико и составляет малую долю теплового баланса, которой можно пренебречь.

7.9. Неучтенные потери тепла.

Неучтенные потери принимаются в виде доли от учтенных потерь. Например, для закрытых камерных печей до 15-20%, для механизированных печей до 25% и для открытых печей-ванн до 30-35%.

8. Изготовление чертежа футеровки.

На данном этапе проектирования студент выполняет чертеж футеровки в тонких линиях на формате А1 в масштабе 1:5 (для крупных печей лист формата А1+А2) не менее двух проекций рассчитанной футеровки, оставив на листе место для необходимых в будущем разрезов и выносок.

Часто в задании на проект требуется рассмотреть два варианта футеровки. В этом случае рассчитываются две возможные в данном случае футеровки, они сравниваются между собой минимум по трем показателям (обычно это – потери тепла теплопроводностью через кладку, масса кладки, габариты футеровки, ее стоимость и др.) и делаются два чертежа. На втором дается на формате А2 в масштабе 1:10 схема футеровки (две проекции), признанной менее удачной, и приводится таблица, в которой сравниваются рассмотренные показатели обеих футеровок.

В дальнейшем (после расчета нагревательных элементов и механизма печи) производится окончательная проработка чертежей футеровки.

9. Термические показатели электрических печей.

После определения расхода тепла определяют необходимый приход тепла:

, (9.1)

где 1,016 – коэффициент, учитывающий потери в электрических кабелях ( ).

Установленная (полная) мощность электрической печи

(9.2)

где: – мощность холостого хода, необходимая только для поддержания температуры пустой печи;

– коэффициент, учитывающий возможность падения напряжения в сети в период пиковых нагрузок, ( );

– коэффициент, учитывающий увеличение тепловых потерь печи вследствие естественного старения в течение 15 лет эксплуатации, ( );

- вспомогательное тепло.

Термические показатели электрической печи.

- КПД:

; (9.3)

- удельный расход электроэнергии:

(9.4)

КПД термических печей обычно находится на уровне 40–60%, печей для химико-термической обработки – 15-20%.

Время разогрева печи до рабочей температуры

(9.5)