Лабораторная шахтная электрическая печь с жидким теплоносителем

Лабораторная шахтная электрическая печь с жидким теплоносителем

Реферат

ЛАБОРАТОРНАЯ ШАХТНАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПЕЧЬ СПОРОТИВЛЕНИ. ОТКРЫТЫЙ ПРОВОЛОЧНЫЙ НАГРЕВАТЕЛЬ СПИРАЛЬНОГО ТИПА.

Спроектирована лабораторная шахтная электрическая печь с жидким теплоносителем.

Произведены расчеты времени нагрева металла, теплового баланса печи и открытого проволочного нагревателя спирального типа.

Содержание

Условные обозначения

Введение

. Описание печи

. Расчет времени нагрева металла

. Тепловой баланс печи

.1 Тепло, затраченное на нагрев металла

.2 Потери тепла теплопроводностью через стенки

3.3 Потери тепла излучением через открытые отверстия

.4 Потери тепла через тепловые короткие замыкания

.5 Аккумуляция тепла футеровкой

.6 Неучтенные потери

. Расчет металлического проволочного закрытого нагревателя

Заключение

Список использованных источников

Условные обозначения

Со - коэффициент излучения абсолютно черного тела; Со = 5,76 Вт/м К;

 - средняя теплоемкость тела в интервале температур от tнач до tкон, кДж/кг∙К;

 , - средняя конечная и начальная теплоемкости i-го слоя футеровки, кДж/кг∙К;

D - диаметр, м;

δ - толщина нагреваемого изделия, м;

F - площадь, м ;

F_i.-площадь i-го слоя футеровки, м;

к - коэффициент формы;

H - длина, м;

m - масса, кг;

- масса i-го слоя футеровки, кг;- тепловой поток (мощность), Вт, кВт;

S - характерный размер тела, м;

Q - количество тепла, Дж, кДж:.

τ - время, ч, мин, с;

- температура печи, °C;

- температура окружающей среды, °С;

 - начальная температура нагрева металла, ˚С;

 - конечная температура нагрева металла, °С;

Δτ - коэффициент, учитывающий относительное время открытия окна, с/с;- объем, м ;

α - коэффициент теплоотдачи излучением, Вт/м ∙К;

ε - степень черноты;

λ - коэффициент теплопроводности нагреваемого изделия, Вт/м∙К;

- коэффициент теплопроводности i-го слоя, Вт/м∙К;

ρ - плотность материала нагреваемого тела, кг/М ;

Ф - коэффициент диафрагмирования.

U- напряжение питающей сети, В;

- установленную мощность всей печи, кВт;

rt- удельное электросопротивление материала, мкОм×м (Ом×мм /м);

Lм - активная длина муфеля (трубки), м;- число нагревателей в печи;- шаг между витками проволочного нагревателя, мм;

l - теплопроводность материала внешнего огнеупорного слоя (обмазки) при `t=0,5·(tн +t2), Вт/(м·К)- коэффициент конфигурации, учитывающий отличие теплоотдающей поверхности реального нагревателя от сплошного (листового) идеального нагревателя;

g - коэффициент, учитывающий долю тепла, идущего от нагревателя внутрь печи.

Введение

В лабораторной практике для операции нагрева металла применяются трубчатые, шахтные (тигельные) и камерные (муфельные) печи. В этих печах чаще всего используются спиральные нагреватели открытого типа или закрытые с теплоотдачей теплопроводностью. Спроектирована лабораторная шахтная электрическая печь с жидким теплоносителем (BaCl₂) и открытым спиральным проволочным нагревателем. Размеры рабочей шахты печи диаметр 0,15м, длина 0,40 м. Температура печи 1000 °C.

печь проволочный нагреватель теплопроводность

.       
Описание печи

В цилиндрическом корпусе печи собирается футеровка, состоящая из шамотных колец (ШЛ 1.3) 1 и теплоизоляционного слоя, который выполнен из каолиновой ваты (ВГВ 80). Тигель печи изготовлен из ШЛ 1.3. Жидкий теплоноситель (BaCl2). Шамотные кольца имеют кольцевые полочки выполненные идентичного материала, на которых находится спиральный нагреватель (изготовленный из сплава Х15Ю5) .

В печи две термопары:

Т_р - температура в зоне нагревателей, она связана с автоматическим прибором регулирования;

Т_к - термопара является контрольной.

В наружном корпусе печи находится блок приборов, который включает: автоматический регулятор с показывающим прибором, задатчик, ручки управления, сигнальные лампы (красная и зеленая). Наружный корпус играет роль теплового экрана. Изготавливается корпус либо из дюраля, либо из малоуглеродистой стали, но при этом покрывается снаружи белой или алюминиевой краской, что понижает степень черноты, увеличивая отражательные способности, и за счет этого температура на наружной стенке самой печи 1 достигает 90...100 °С, тогда как температура корпуса не превышает 50 ^оС, а это уменьшает время разогрева печи до заданной температуры. Печь размещена на металлических стойках.

Нагрев печи осуществляется вдоль всей цилиндрической стенки.

2. Расчет времени нагрева

Расчет времени нагрева металла производится по методике [2].

Три цилиндрических заготовки изготовленных из стали 30ХГС d=10 мм, l= 100мм, необходимо нагреть до температуры tм=950°C.

Исходные данные:

S = d= 0.005 м, для двустороннего симметричного нагрева изделия μ = 0,5 и S = 0,5∙d

ρ = 7850 кг/м ;

С_р=562,25 Дж/кг∙°С

eм =eн = 0,8;

Тп = 1273 °K;

Тмк = 1223 °K;

Рисунок 1.1. Коэффициенты теплоотдачи при нагреве в расплавленных солях и щелочах коэффициент теплоотдачи при нагреве в расплаве BaCl2 равен α=400 Вт/м2∙˚град

k = 2

По числу Био определяем массивность нагреваемых изделий:

     (2.3)

S= - коэффициент несимметричности нагрева.

Полученное число Био меньше 0,25, следовательно тело является теплотехнически "тонким" и время нагрева изделий, определяем по формуле:

          (2.4)

Время цикла:

Принимаем:

;

3. Расчет теплового баланса печи

.1 Исходные данные

Тигель изготовлен из огнеупорного материала ШЛ-1,3. Для него далее используется индекс 1.  - плотность;  - теплопроводность; - теплоёмкость.    

=75,3 Дж/моль•К теплоемкость хлорида бария

 плотностьсоленного раствора

k=0,75

 = 693 Дж/кг• К

 = 496 Дж/кг• К

      (3.1)

3.2 Потери тепла теплопроводностью через стенки

Исходные данные:

t_п = 1000 ^оС;

α ст.нар = 15 Вт/м²∙град

Материал для стенок печи:

а) огнеупор.

Шамот - легковес ШЛ-1,3. Для него далее используется индекс 1.  - плотность;  - теплопроводность; - теплоёмкость.         

б) теплоизоляция.

Вата Каолиновая ВГВ-80. Для неё далее используется индекс 2.  - плотность;  - теплопроводность;  - теплоёмкость.

Расчёт теплопроводности:

, тогда

где:  - радиус i слоя футеровки;

Проверка теплового баланса:

, тогда

Проверка теплового баланса:

При= целесообразно использовать защитный кожух.

Тепловые потери через под.

Температурная проверка:

;

;

Т.к. температура фактическая отличается от принятой меньше чем на , посчитано верно, температурная проверка завершена.

Суммарные потери через стенки:

3.3 Потери тепла излучением через открытые отверстия

Исходные данные:

 4,52 Вт/м К ;

F =0,0177 ;

;

Ф = 0,4 (принимаем по графику [3, рисунок 7])

        (3.3)

.4 Расчёт потерь на тепловые короткие замыкания

    (3.4)

.5 Аккумуляция тепла футеровкой

Исходные данные:

; ;

;

   (3.5)

.6 Неучтенные потери

Принимают равными 10...15% от суммы всех статей расходной части баланса без учета потерь тепла с уходящими продуктами сгорания и затрат на нагрев металла.

         (3.6)

Тепловой баланс лабораторной печи при полунепрерывном режиме работы

Таблица 1

По максимальному значению одного из периодов работы печи (обычно это стадия разогрева печи) определяем установленную мощность печи по формуле:

Nуст = k ∙Npaсч

где k - коэффициент запаса, k = 1,25...1,40 .

Nуст = k ∙Npaсч =2,4 кВт

4. Расчет нагревателя

Расчет проводится по методике [4]:

Исходные данные:

Нагреватель проволочная спираль [СП]. Изготовлен из сплава Х15Ю5

 = 2,4кВт;= 1;

= 1348K;

 = 1223 K;

В идеальном случае допустимая удельная поверхностная нагрузка находится по

 Вт/см² (4.1)

где С_пр рассчитывается по формуле

 , Вт/(м²·К⁴),    (4.2)

 Вт/(м²·К⁴)

Откуда

 Вт/см²

Диаметр проволоки:

по ГОСТу 12766.1-77 d=1,6мм

Длина проволоки:

Предварительная проверка расчета нагревателя:

Получившаяся температура не превышает допустимую для данного материала нагревателя.

Шаг нагревателя:

Диаметр спирали:

Длина спирали:

Рабочая площадь нагревателя:

Так как искомое соотношение вписалось в интервал 0,5…0,75, расчет можно считать законченным.

Заключение

В курсовом проекте была рассчитана лабораторная шахтная электрическая печь с жидким теплоносителем BaCl₂. Печь применяется для нагрева и термической обработки металла. Максимальная температура применения печи 1000 ^оС.

Конструкция печи содержит один открытыйспиральный проволочный нагреватель. Материал нагревателя Х15Ю5.

Рабочее напряжение печи в конкретном случае 220 В.

Футеровка печи состоит из двух слоев. Огнеупорный материал печи - шамот легковес ШЛ 1,3. Теплоизоляционный материал печи - вата каолиновая ВГВ-80.

Список использованных источников

1.   Физические свойства сталей и сплавов, применяемых в энергетике: справочник / под ред. Б.Е. Неймарк. М. - Л.: Энергия, 1967. 240 с.

2.   Расчет лабораторных печей. Методические указания / Ю.Г. Эйсмондт. Екатеринбург: Изд-во УГТУ-УПИ, 2008. 42 с.

3.   Тепловой расчет термических печей: учебно-методическое пособие / Ю.Г. Эйсмондт, В.А. Хотинов, И.Ю. Пышминцев Екатеринбург: УрФУ, 2010. 50 с.

4.       Расчет закрытых нагревателей: Методические указания / Ю.Г. Эйсмондт. Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 1988, 12 с.