Расчет печи сопротивления (стр. 4 из 5)

Рис 8. Значение удельной поверхностной мощности идеального нагревателя W_ИД и мощности, размещаемой на 1м² футеровки, Р_УД и зависимости от температур изделия t_И и нагревателя t_Н .

Рис.9 График удельных поверхностных мощностей для идеального нагревателя при нагреве изделий из различных материалов.

Таблица 3

Рекомендуемые коэффициенты α при нагреве различных материалов

Тип нагревателя	Сталь ε=0,8	Медь ε= 0,7	Латунь ε= 0,6	Сталь в защитной атмосфере ε = 0,45	Алюминий ε= 0,3
Ленточный зигзагообразный нагреватель ( е/b = 0,8 )	0,46	0,47	0,48	0,51	0,54
Проволочные спирали, открытые и на трубках (s/d = 2,0; S/D0 = 2,0 )	0,46	0,47	0,48	0,49	0,51
Ленточный зигзаг в пазу ( е/b= 0,8; h/c = 0,3; S/c = 1,25 )	0,44	0,45	0,46	0,50	0,54
Проволочная спираль в пазу ( s/d= 2,0; S/D0= 2,0; h/c- 1,5; S/c =1,5)	0,31	0,32	0,33	0,34	0,36
Ленточный зигзаг на керамической полочке (е/b = 0,8; S' = 10,5 см )	0,41	0,43	0,44	0,47	0,50
Проволочная спираль на керамической полочке (s/d = 2,0; S' = 10,5 см )	0,39	0,40	0,41	0,44	0,47
Проволочный зигзаг ( e'/d = 3,0 )	0,68	0,69	0,71	0,73	0,75

После расчета d или а, задавшись значением m, выбирают ближайшее стандартное значение d или ( а × b ) из табл. 4, после чего определяют длину L_HЭ и массу G_НЭ нагревательного элемента.

(11)

(12)

где γ - плотность материала нагревателя, кг/м³

Таблица 4

Геометрические характеристики и масса 1м проволоки и ленты

Диаметр проволоки (размер ленты) d·103м	Площадь поперечного сечения 106, F·106 ,м2	Поверхность 1 метра S·104, м2	Масса 1 м, г
Х12Н60 Х20Н80	Х25Н80 ХН70Ю	ОХ23Ю5А ЩХ27Ю5А
Проволока
2,0	3,14	62,8	26,7	24,8	22,8
2,2	3,80	69,0	31,2	29.3	27,6
2,5	4,90	78,5	41,2	38,8	35,6
2,8	6,10	87,7	51,8	48,7	45,7
3,2	8,00	100,5	67,7	63,6	59,7
3,6	10,00	113,0	85,5	80,3	73,8
4,0	12,5	125,6	105,5	99,1	91,1
4,5	15,8	141,3	133,5	125,6	115,2
5,0	19,6	157,0	164,8	145,0	141,3
5,6	24,6	175,9	206,7	181,9	177,2
6,3	31,1	197,9	261,6	246,0	225,7
7,0	38,4	219,8	322,9	303,6	278,7
8,0	50,2	251,2	422,0	396,6	364,6
9,0	63,3	282,6	532,0	500,3	459,2
10,0	78,5	314,0	659,4	620,1	569,1
11,0	94,9	345,4	797,9	750,4	698,6
12,0	113,0	376,8	949,5	893,0	819,6
13,0	132,7	408.4	1114,4	1048,0	961,8
14,0	153,9	439,8	1292,3	1215,4	1063,2
15,0	176,7	471,2	1487,4	1395,2	1220,5
Лента
2,0×10	20,0	240	168	158	145
1,5×15	22,5	330	189	178	163
2,0×15	30,0	340	252	237	217
2,2×20	44,0	444	370	347	319
2,5×20	50,0	450	420	395	363
3,0×20	60,0	460	504	474	435
2,2×25	55,0	540	462	434	399
2,5×25	62,5	550	525	494	453
3,0×25	75,0	560	630	593	545
2,2×30	66,0	644	554	521	478
2,5×30	75,0	650	630	593	543
3,0×30	90,0	660	756	711	653
2,2×36	79,0	764	664	624	573
2,5×36	90,0	770	756	711	653
3,0×36	108,0	780	907	853	783
2,2×40	88,0	844	740	695	638

Для определения общей длины L_н и массы G_Hнагревателя печи для трёх фаз умножают L_НЭ и G_НЭ на число НЭ.

8. Выполняют эскиз размещения нагревателя в печи, руководствуясь рекомендуемыми соотношениями взаимного расположения проводников нагревателя приведёнными на рис. 3-5 и в табл. 5.

Таблица 5

Нагреваемый материал	εИ	Fakt
Сталь	0,8
Медь	0,7
Латунь	0,6
Сталь в защитной атмосфере	0,45
Алюминий, цветные металлы в защитной атмосфере	0,3

Для проволочного спирального нагревателяобщая длина спирали в свёрнутом виде

(13)

Для зигзагообразного нагревателя общая длина зигзага в свёрнутом виде

(14)

Эскиз выполняют в виде развёртки внутренней поверхностипечи, на которой размещены нагревательные элементы. Нагревательные элементы показывают в виде полей, ограниченных контуром, не изображая отдельных витков спирали или волн зигзага.

На эскизе должны быть показаны размеры, определяющие взаимное расположение рядов нагревателя на внутренней поверхности печи. Примеры выполнения эскиза приведены на рис. 10.

Число рядов нагревателя выбирают, учитывая число фаз, число нагревательных элементов, условие равномерности нагрева и эффективного использования поверхности стенки печи. Длина ряда нагревателя должна быть на 100-200 мм меньше длины стенки печи, на которой он расположен.

Если выяснится, что нагреватель не может быть размещён в печи, то для уменьшения его размеров необходимо увеличить рабочую температуру нагревателя, при необходимости выбрав более жаростойкий материал, либо уменьшить напряжение на НЭ, например от 220 до 127 В, однако последнее заметно повышает стоимость печи за счет понижающего автотрансформатора. После этого расчет повторяют.

Рис.10 Примеры выполнения эскиза размещения нагревателей: а) камерная печь, зигзагообразный нагреватель на стенке; б) камерная печь, спиральный нагреватель на трубках; в) шахтная печь, спиральный нагревательна полочках

Проверка температуры нагревателя в работе.

Температура нагревателя в работе определяется из уравнения

(15)

где Р_И=Р_П(1 -γ), причем γ - расчетный коэффициент тепловых потерь, который приближенно может быть принят равным 0,25; Т_Н,Т_И - абсолютная температура соответственно нагревателя и изделия, К; ε_н, ε_и - степень черноты поверхности соответственно нагревателя и изделия, причем можно принять ε_н = 0,8, а значение ε_идля разных материалов приведены в табл. 5; F_И - площадь поверхности изделия, которую можно приближенно принять равной 0,4 от общей площади футеровки рабочей камеры печи; F_АКТ - активная поверхность нагревателя (формула(6)).

Выражения для расчета F_aкtприведены в табл. 5. Взаимные поверхности облучения F₁₂,F₁₃,F₃₂ определяют из выражений:

(16)

где F_H - площадь поверхности нагревателя; F_ФУТ - площадь футеровки печи; φ_12Н, φ_12НН - коэффициенты взаимною облучения, характеризующие экранирование отдельными гранями нагревателя друг друга и взаимоэкранирование соседних рядов нагревателя.