Расчет тепловой изоляции и определение мощности закалочной печи

Задание:

Рассчитать тепловые потери для нагрева под закалку стальных стержней диаметром 80мм и длиной 350мм. В печь одновременно укладывается 6 деталей. Между деталями и тепловой изоляцией рекомендуется зазор размером 110 - 140мм. Продолжительность нагрева 2ч. Температура закалки 870°С. Тепловая изоляция состоит из двух слоев: первый слой толщиной 65мм - из шамотовых кирпичей; второй слой - вермикулитовая засыпка толщиной 250мм. Подсчитать мощность, необходимую для нагрева, и К.П.Д. нагрева для холодной и горячей печи. Какую температуру должна иметь наружная стенка печи? Какова температура между слоями изоляции?

Решение:

1. Масса стержней:

где: m_д - число стержней, 6 шт;

γ - плотность стали, 7,8 кг/дм³ (приложение 1);

d - диаметр стержня, 0,8 дм;

l - длина стержня, 3,5 дм.

2. Энергия, необходимая для нагрева деталей,

где с - теплоемкость стали = 0,482 кДж/(кг×°С) (приложение 1);

3. Полезная мощность

4. Вычерчиваем эскиз футеровки печи

Рис. 1. Эскиз футеровки закалочной печи: 1 - слой теплоизоляции; 2 - слой огнеупорной изоляции; 3 - нагреваемые детали;

4 - контейнер из жаропрочной стали

5. Внутренние габариты печи примем (по эскизу) 600×300×500мм. Габариты шамотовой кладки 730×430×630мм. Наружные габариты печи 1230×930×1130мм.

6. Внутренняя поверхность печи:

7. Наружная поверхность шамотовой кладки:

8. Наружная поверхность печи:

9. Средняя поверхность шамотовой кладки:

10. Средняя поверхность теплоизоляционной засыпки:

11. Масса шамотовой кладки:

где: γ_ш - плотность шамотовой кладки = 2,58 кг/дм³ = 2,58 т/м³.

12. Масса теплоизоляционной засыпки:

где: γ_в= 0,25 кг/дм³ = 0,25 т/м³.

13. Массу жаропрочных изделий подсчитывают после проектирования контейнера для загрузки деталей и других установочных конструкций. Примем ориентировочно:

14. Тепловые потери печи:

где: α_нар=12 Вт/(м²×°С) для кирпичных и металлических окрашенных стен при температуре 40-60°С;

λ_в - теплопроводность вермикулита =0,15 Вт/(м×°С);

λ_ш - теплопроводность шамота = 1,25 Вт/(м×°С).

Теплоотдачей внутренней стенки пренебрегаем

15. Мощность, необходимая для нагрева деталей в стационарном режиме,

16. Температура между слоями:

Эта температура должна быть ниже допустимой рабочей температуры для выбранного типа изоляции(проверяется по приложению 2).

17. Температура наружной стенки печи:

18. Средняя температура шамотовой кладки:

19. Средняя температура теплоизоляционной засыпки:

20. Количество тепла, необходимое для нагрева шамотовой кладки:

где: с_ш - теплоемкость шамота;

21. Количество тепла, необходимое для нагрева вермикулитовой засыпки:

где: с_в - теплоемкость вермикулита = 0,63 кДж/(кг-°С).

22. Количество тепла, необходимое для нагрева жаропрочных изделий:

23. Суммарное количество тепла, необходимое для нагрева конструкции печи:

24. Продолжительность нагрева печи при мощности 6,4 кВт

Полученный результат надо проанализировать с точки зрения сменности работы установки. При односменной работе такое время прогрева вполне допустимо, так как для разогрева печи может быть использовано время между сменами. При двухсменной работе это время надо довести до 7ч. Тогда мощность печи надо увеличить до 11 кВт.

25. К.П.Д. горячей печи: