Тепловой расчет оборудования

2.3.1.Статьи прихода тепла

Тепло вносимое твердыми металлами

Q=C*M*t/t_время (7)

Где

С-теплоемкость

М-масса

Q_AL=C*M*t/t_время=0,98*6,83*60/2=200,8 кДж\моль

Q_Fe=C*M*t/t_время=0,71*3,26*60/2=69,44 кДж\моль

Q_Cu=C*M*t/t_время=0,57*58,38*60/2=1005,14 кДж\моль

Q_Ni=C*M*t/t_время=0,63*3,28*60/2=61,99 кДж\моль

Q_Mn=C*M*t/t_время=0,75*0,61*60/2=13,73 кДж\моль

Тепло от окисления металлов

2AL+1.5O₂=AL₂O₃+164700 кДж\моль

Х=6,83*0,015*1647000/54=3124,7 кДж

Fe+1/2O2→FeO+63700 кДж/моль

X=3,26*0,08*63700/56=296,7 кДж\моль

Cu+0.5O2→CuO+155449 кДж/моль

X=58,78*0,011*155449/65=2108,61 кДж

Mn+0,5O2→MnO+200460 кДж\моль

X=0,61*0,02*200460/55=44,47 кДж

Ni+0,5O2→NiO+58400 кДж\моль

X=3,28*0,09*58400/58=297,24 кДж

2.3.1.Статьи расхода тепла

Тепло на нагрев, перегрев и расплавление твердых металлов

Q=(C*(t_кон-t_нач) +Q_пл +C*(t_кон-t_пл))M (8)

Q_AL=(0.96*(660-60+400+1.14(1240-660))*6,83=11182,08 кДж

Q_Fe=(0.71*(1538-60+270)*3,26= 4301,18 кДж

Q_Cu=(0,57*(980-60)+205+0,49*(1240-980))*58,78=499837,03 кДж

Q_Ni=(0,63*(1455-60)+290)*3,28=3833,83 кДж

Q_Mn=(0,75*(1246-60)+270)*0,61=707,3 кДж

Потери тепла в окружающую среду

Q=(lк* + *C*(( ⁴* ⁴)*F*3.6 (9)

lк-коэффициент конвекции

для стен = 2.56

для свода = 3.26

для пода = 1.63

Потери тепла сводом

F= *R² (10)

F= *R²=3.14*0,19²=0,11м²

Q=(3.26* +0.3*5.7(( ^{4 4})*0,11*3.6=101,11 кДж\ч

Потери тепла подом примем 50% от потерь тепла сводом

Qпод=50,56кДж/ч

Потери тепла через стенки

F= 2 R*h=2*3.14*0,4=0,48м²

Q=(2.56* +0.5*5.7*(()⁴-( ⁴)*0,48*3.6=72,1кДж\ч

Потери тепла кладкой составят:

Qобщ=∑Q (11)

Qобщ=101,11+50,56+121,6=276,27кДж/ч

Таблица 4-Тепловой баланс печи

Тепло от индуктора

Q=Qрасход-Qприход (12)

X=70610,78-7230,81=63379,97 кДж

2.4 Электрический расчет индукционной тигельной печи

Для проведения электрического расчета в качестве исходных данных не-обходимо знать:

1) наименование расплавляемого металла или марку сплава и его состав;

2) конфигурацию и характерные размеры кусков шихты;

3) исходную температуру загружаемой шихты, температуру плав-ления и температуру разливки;

4) удельные электросопротивления шихты для вышеуказанных температур;

5) теплосодержание или энтальпию, теплоемкость и скрытую теп-лоту плавления металла или сплава для вышеуказанных темпе-ратур;

6) емкость тигля;

7) производительность печи;

8) длительность процесса плавки;

9) длительность вспомогательных операций;

10) параметры питающей сети.

2.4.1. Расчет мощности индукционной тигельной печи

Расчет мощности источника питания индукционной тигельной печи емкостью G = 0.16 т.

Печь предназначена для плавки бронзы, имеющей следующие характери-стики:

температура разливки t_k = 1240 ^o С;

1) плотность при температуре разливки γ = 7550 кг/м³; теплосодержание при температуре разливки q = 1,42 * 10⁶ Дж/кг;

2) энтальпия при температуре разливки с_p = 0,5 45 кВт*ч/кг;

3) удельное сопротивление стали в холодном состоянии ρ _х = 0, 172 * 10 ^{− 6} Ом*м;

4) удельное сопротивление бронзы перед сплавлением кусков шихты

ρ′ _ш = 0, 9 * 10 ^{− 6} Ом*м;

5) сопротивление бронзы при температуре разливки ρ ₂ = 1 * 10 ^{− 6} Ом*м.

6) Плавка стали производится без рафинирования, режим работы – на твер-дой завалке. Время плавки t_пл = 2 ч;

7) Средний диаметр кусков шихты d_ш = 0,08 м;

Полезная мощность ИТП, рассчитываемая по

где q - теплосодержание расплавляемого металла или сплава при температуре

разливки, Дж/кг;

G - емкость печи, т; t_пл - время плавки, ч.

Р_пол = 1,42 *10⁶ *0,16 (3,6 *2)= 315555 Вт

Для последующих расчетов принимаютсяP_пол = 32кВт, тепловые по-тери ∆Р_т = 2.2 кВт (6,875 % от полезной мощности).

Активная мощность Р₂, передаваемая в загрузку, определяется по

Р₂ = 32 + 2.2 = 34200 Вт.

Термический КПД индукционной тигельной печи находится по

η_m = Pпол/Р2 (15)

η_m=315555/34200=0.92

Активная мощность печи при электрическом КПД η_э = 0,85 рассчитыва-ется по

Р_п = Р₂ /η_э (16)

Р_п = 1710 /0,85 = 40237.92 Вт.

Мощность источника питания с учетом потерь в токоподводе и в конден-саторной батарее

Принимаем мощность потерь ∆Р_т.к. = 1351 Вт (3,36 % от активной мощности печи).

Р_ист = Р_п + ∆Р_т.к. (17)

Р_ист = 40237 + 1351 = 41589 Вт.

2.4.2 Рассчитать частоту источника питания и индукционной тигельной печи.

Минимальная частота тока индукционной тигельной печи, определяе-

мая по

f _min ≥ 2 * 10⁶ * ρ’_{ш /} d_ш² (18)

f _min ≥ 2 * 10⁶ * 0.9 * 10 ^{− 6} 0,08 ² = 367 Гц

Для выбора частоты и мощности источника питания и для последующих расчетов примем вариант, при котором обеспечиваются минимально приемлемые условия нагрева

Выбираем из ряда рекомендованных частот частоту f = 500 Гц.

2.4.3Рассчет основных геометрическх размеров ИТП

Полезный объем тигля определяется по

где γ ₂ - плотность металла или сплава при температуре разливки, т/м³.

V =0.16/7550=0.021 м³

По графикам определяются коэффициенты c₁ и c₂ при

G = 0.16 т: с₁ = 0,78, c₂ = 0,11. Значение коэффициента c₃ принимается c₃ = 1,1.

Высота загрузки определяется по выражению

a₂ = D₂ / c₁ (20)

где D2-диаметр тигля,м.

a₂ = D₂ / c₁ = 0,38/0,78 = 0.487 м

Высота индуктора определяется по выражению

a₁ = c₃ *a_{2 (21)}

a₁ = 1,1 ⋅ 0.487 = 0.536 м

Толщина футеровки в среднем сечении тигля определяется по выраже-

нию

∆ _ф = c₂ D₂ (22)

∆ _ф = 0,11 ⋅ 0,38 = 0,057 м.

Внутренний диаметр индуктора рассчитывается по

D₁ = D₂ + 2 ∆ _ф + 2 ∆ _из. (23)

Для расчета принимаем ∆ _из = 8 мм.

D₁ = 0,38 + 2 ⋅ 0,057 + 2 ⋅ 0,008 = 0.51 м

Внутренний диаметр магнитопровода можно ориентировочно определить из соотношения

D_м D₁ = 1,1 ÷ 1,5 (24)

Принимая D_м D₁ = 1,1, определим

D_м = 1,1D₁ = 1,1 * 0.51 = 0.561 м

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: