Описание конструкции печи

Расчет теплообмена на примере электрической камерной печи сопротивления

по дисциплине «Тепло- массообмен»

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

КП 150400.000.000.419 ПЗ

Руководитель

к.т.н., доцент Е.В. Киселев

^{должность, звание подпись расшифровка подписи}

Нормоконтролер

к.т.н., доцент Е.В. Киселев

^{должность, звание подпись расшифровка подписи}

Студент

Мт-420001 А.В.Плешкова

^{номер группы подпись расшифровка подписи}

Екатеринбург

2015 г.

РЕФЕРАТ

Пояснительная записка содержит 21 с., 4 рис., 2 табл., 7 библиогр. наименований.

ТЕПЛООБМЕН, КАМЕРНАЯ ПЕЧЬ СОПРОТИВЛЕНИЯ, ПЕРИОД НАГРЕВА, ИЗЛУЧЕНИЕ, СТАЦИОНАРНЫЙ РЕЖИМ, МОЩНОСТИ.

Данный курсовой проект посвящен расчету теплообмена в камерной электрической печи сопротивления на примере титановых заготовок. При высоких температурах основную роль в процессе теплообмена играет излучение.

По принятой методике был произведен расчет продолжительности первого периода нагрева, второго периода нагрева, также рассчитаны основные показатели работы и установочная мощность печи. Полученные в результате расчета продолжительности периодов оценены с помощью графического метода, погрешность не превышает 1%.

В работе сделан вывод о зависимости рассчитываемых величин от заданных параметров печи, условий нагрева и материала.

СОДЕРЖАНИЕ

РЕФЕРАТ. 2

ВВЕДЕНИЕ. 4

1 ОПИСАНИЕ КОНСТРУКЦИИ ПЕЧИ.. 5

2 РАСЧЕТ ТЕПЛООБМЕНА В КАМЕРНОЙ ПЕЧИ СОПРОТИВЛЕНИЯ.. 7

2.1 Расчет продолжительности первого периода нагрева τ₁ 7

2.2 Расчет продолжительности второго периода нагрева τ₂ 13

2.3 Расчет основных показателей работы печи. 15

2.4 Расчет потребляемой и установочной мощности. 16

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. 20

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.. 21

ВВЕДЕНИЕ

Производство редких цветных металлов, сплавов и изделий из них связано с процессами, протекающими при высоких температурах, и осуществляются в специальных печах, называемых металлургическими.

Металлургические печи служат для нагрева, отжига или плавления металлов, полуфабрикатов или изделий, для подготовки их к дальнейшей обработке или придания им требуемых свойств. Качество и себестоимость получаемых металлов и изделий из них во многом определяется не только технологическим процессом, но и совершенством конструкции, экономичностью работы печи. В свою очередь, экономичность работы печи определяется расходом и стоимостью используемых источников тепловой энергии, величиной потерь металла в результате его окисления, улетучивания или перехода в шлак, стоимостью и сроком службы печи и затратами на обслуживание.

Современные металлургические печи с газовым, мазутным, пылеугольным отоплением или электрическим нагревом, работающие с заданной атмосферой или вакуумом, с программным управлением режима нагрева, представляют собой сложный агрегат.

Электрические печи сопротивления и электронагревательные приборы полу­чили широкое распространение в промышленности, транспорте, строительстве, сельском хозяйстве, медицине и быту благодаря таким достоинствам, как про­стота, надёжность, относительно высокий КПД, экологичность. В промышленности электрические печи сопротивления (ЭПС) применяют для плавления цветных металлов, нагрева металлических изделий перед пластической деформацией, термообработки, сушки. ЭПС обеспечивают сравнительно точный и равномерный нагрев при высоком КПД и скорости нагрева, могут ра­ботать с защитной атмосферой и вакуумом, что позволяет применять их для широкого круга технологических процессов. Данными факторами и обуславливается актуальность работы.

ОПИСАНИЕ КОНСТРУКЦИИ ПЕЧИ

Электрическими печами сопротивления называют многочисленный класс электротермических приборов, используемых для нагревания ряда изделий в результате прохождения тока сквозь материал изделия (в печах прямого действия) или сквозь проводниковую систему (печи косвенного действия) [1].

Электропечи преимущественно выполняются как печи косвенного нагрева. Превращение электроэнергии в тепло в них происходит в твердых нагревательных элементах, от которых тепло путем излу­чения, конвекции и теплопроводности передается нагре­ваемому телу, либо в жидком теплоносителе - расплавленной соли, в которую погружается нагреваемое тело, и тепло передается ему путем конвекции и теплопровод­ности. Печи сопротивления, как было отмечено, — распространенный и многообразный вид электропечей.

В цветной металлургии всё более широкое использование электрического нагрева определяется целым рядом преимуществ по сравнению с топливным:

1. Возможность получения в объеме печи более высокой температуры, нежели в топливных печах.

2. Простота регулирования, т.е. автоматическое регулирование температуры в рабочем пространстве печи. Автоматическое управление нагревом печи позволяет улучшить качество нагреваемого металла.

3. Возможность проведения процессов нагрева в любой среде, в том числе и в вакууме, что позволяет снизить угар нагреваемого металла.

4. Более высокий КПД печей в связи с отсутствием дымовых газов и потерь тепла с ними.

5. Улучшение условий труда и отсутствие загрязнения атмосферы дымовыми газами.

Недостатками электрического нагрева являются:

1. Более высокая стоимость единицы тепловой энергии по сравнению с топливными печами, однако, малый угар металла и повышение его качества часто компенсируют повышение расходов на единицу тепловой энергии.

2. Меньшие надежность, долговечность и ремонтопригодность электропечей.

Простейшей и в то же время универсальной печью является камерная печь соответственно приложенному чертежу 150 400 000 000 419. Она состоит из прямоугольной камеры с огнеупорной футеровкой и теплоизоляцией, перекрытой сводом и помещенной в металлический каркас. Боковые и задние стенки, теплоизоляционный слой которых состоит из шамота легковесного ШЛ 0,4, а огнеупорной футеровкой является шамот легковесный ШЛ 1,3. Теплоизоляционный слой свода также состоит из ШЛ 0,4, огнеупорная футеровка - ШЛ 1,3. Также в соответствии с чертежом 150 400 000 000 419 под выполнен из ШЛ 0,4, а огнеупорным слоем является ШБ 11. Печь загружается и выгружается через отверстие в передней стенке, прикрываемое заслонкой. Заслонка камерной печи выполнена с подъемным приводом.

При косвенном нагреве в камерных печах сопротивления электрический ток проходит по специальным нагревательным элементам, расположенным внутри печи. На проектируемой печи нагреватели располагаются и на задней стенке печи, и на дверцах для обеспечения большей равномерности распределения температур в камере печи. Подовые нагреватели перекрывают жароупорной плитой, на которую и укладываются нагреваемые изделия. Тепло от нагревателей металлу передается излучением и конвекцией [2].

При высоких температурах (выше 500– 600 ), основную роль в теплопередаче играет излучение. При более низких температурах роль излучения падает, и передача тепла переходи в результате конвекции. Повышение температуры нагревателей приводит к возрастанию количества тепла, которое передается металлу. Скорость нагрева определяется не только мощностью, выделяемой нагревателями, но и условиями теплообмена в рабочем пространстве.