Расчёт нагрева металла

Содержание

1. Введение

2. Техническое задание

3. Расчёт нагрева металла

3.1 Определение "массивности" нагреваемых тел

3.1.1 Коэффициент теплоотдачи

3.1.2 Коэффициент теплопроводности

3.1.3 Расчётная прогреваемая толщина нагреваемого тела

3.2 Расчёт нагрева теплотехнически "тонких" тел

3.2.1 Расчёт "тонкого" тела при постоянной температуре печи

4. Определение габаритов печи

5. Выбор огнеупорных и теплоизоляционных материалов конструкции и толщины стен, свода и пода печи, составление рабочего эскиза печи

5.1 Выбор огнеупорных и теплоизоляционных материалов

5.2 Конструкции кладки печей

5.2.1 Рекомендуемые конструкции кладки стен печи

6. Тепловой расчет электропечей сопротивления

6.1 Определение тепла, пошедшего на нагрев вспомогательных устройств

6.2 Определение удельных тепловых потерь стенки

6.3 Определение расчетных поверхностей

6.4 Определение потерь через отверстие

6.5 Потери тепла на короткое замыкание составляет около 90% от потерь через кладку

6.6 Неучтенные потери

6.7 Выходное количество тепла

6.8 Определение мощности

6.9 Определение КПД печи

7. Расчет электрических нагревательных элементов

7.1 Нагревательные элементы соединяют в звезду

7.2 Определение диаметра проволоки

7.3 Сечение проволоки

7.4 Проволочные сопротивления располагают в виде цилиндрической спирали

7.5 Длина витка спирали

7.6 Длина выводов нагревателя

7.7 Длина проволоки в спирали без выводов

7.8 Количество витков в спирали

7.9 Длина спирали одного элемента l=h2, мм, l=14316=4,4м

Список использованной литературы

Введение

 

Электропечи косвенного нагрева с элементами сопротивления широко распространены не только во всех отраслях промышленности, но и в быту. Основные преимущества печей с элементами сопротивления следующие:

возможность равномерного нагрева при соответствующем расположении нагревателей и устройства циркуляции печной атмосферы при нагреве в расславленных солях;

удобство и простота регулирования температуры как ручного, так и автоматического;

компактность, чистота и создание культурных условий для обслуживающего персонала;

возможность и удобство применения контролируемых атмосфер и вакуума.

К недостаткам таких печей следует отнести необходимость периодической смены нагревателей (элементов сопротивления) и высокие затраты энергии на нагрев печи и изделий, доведение рабочего пространства до требуемой температуры.

В металлообрабатывающей промышленности электропечи косвенного нагрева применяются:

для сушки изделий небольших размеров, но выполненных с большой точностью;

термообработки различных деталей и заготовок;

нагрева цветных сплавов и под обработку давлением;

плавление цветных сплавов на алюминиевой и магниевой основе;

нагрева под термообработку и обработку давлением в вакууме и контролируемых атмосферах.

Типы и конструкции печей с элементами сопротивления многочисленны и разнообразны. Их можно разделить по температурам нагрева:

низкотемпературные tн=600 - 650°С;

среднетемпературные tн= (600 - 650) - (1150 - 1200)°С;

высокотемпературные tн=1200°С.

Каждая конструкция из этих печей может быть разделена на:

печи с периодической загрузкой (камерные, шахтные, с выдвижным подом и др.);

печи с непрерывной загрузкой (толкательные - проходные, конвейерные, с роликовым подом и др.).

Конвейерная печь - печь непрерывного действия с перемещением садки на горизонтальном конвейере.

Под печи представляет собой конвейер - полотно, натянутое между двумя валами, которые приводятся в движение специальными двигателями. Нагреваемые изделия укладываются на конвейер и передвигаются на нем через рабочее пространство печи. Конвейерная лента может быть выполнена плетеной из нихромовой сетки, штампованных пластин и соединяющих их прутков, а также для тяжелых нагреваемых изделий - из штампованных или литых цепных звеньев.

Конвейер размещается целиком в камере печи и не остывает. Однако валы конвейера находятся в очень тяжелых условиях и требуют водяного охлаждения. Поэтому часто концы конвейера выносят за пределы печи. В этом случае значительно облегчаются условия работы валов, но возрастают потери теплоты в связи с остыванием конвейера у разгрузочных и загрузочных концов. Нагреватели в конвейерных печах чаще всего размещаются на своде или в поду под верхней частью ленты конвейера, реже - на боковых стенках.

Конвейерные нагревательные печи в основном применяются для нагрева сравнительно мелких деталей до температуры около 1200 К.

Техническое задание

 

Рассчитать и спроектировать нагревательную печь:

Тип печи электрическая

Производительность печи, 350кг/ч

Температура нагрева, 780°С

Размер деталей d=80 mm, l=180mm

Материал сталь 40Х

Топливо электричество

Расчёт нагрева металла

 

Определение продолжительности нагрева обрабатываемой заготовки или детали связано с производительностью печи и размерами пода печи, на котором располагается нагреваемый материал. Поэтому правильное определение времени нагрева имеет большое значение при расчете и конструировании нагревательных печей.

3.1 Определение "массивности" нагреваемых тел

 

Методы расчета нагрева металла (заготовки, детали) зависят от того, к какой категории нагреваемое тело можно отнести, к категории теплотехнически "тонких" или "массивных" тел. "Тонкими" телами с точки зрения нагрева называются такие тела, у которых разность температур по сечению тела невелика и ею можно пренебречь - считать, что температура по сечению тела при нагреве одинаковая. "Массивными" с точки зрения нагрева являются такие тела, у которых разностью температур по сечению пренебрегать нельзя. "Массивность" тел при нагреве определяется безразмерной величиной - числом подобия Био (Bi):

 

Bi= ·S/ ,

 

где  - средний коэффициент передачи тепла на поверхность нагреваемого тела, .

 - средний коэффициент теплопроводности нагреваемого тела, Вт/ (м·град).

S - расчётная прогреваемая толщина нагреваемого тела, м.

Если число подобия Вi<0,25, то продолжительность нагрева можно определить по формулам для "тонких" тел, если же Вi>0,5, то по формулам (и графикам) для теплотехнически "массивных" тел. При значениях 0,25<Bi<0,5 нагреваемые изделия находятся в переходной области, которую при приближенных расчетах следует отнести к области "тонких" тел, а при точных расчетах к области "массивных" тел.