Термическая обработка стали

Подставим численные значения в формулу (11): 

       

Потери  тепла на нагрев приспособлений 

     Потери  тепла на нагрев приспособлений можно по следующему выражению:

           (16)

где – масса приспособлений, нагреваемая в единицу времени, кг/с;

    – средняя теплоемкость металла  приспособления в интервале температур от до , Дж/(кг∙К);

    – температура загружаемого в  печь приспособления, ˚С; =750˚С;

    – температура выгружаемого из печи приспособления, ˚С; =1000˚С. 

Примем  вес подвески равным 25% от веса садки, тогда 

      .

   Подвеска  изготавливается из стали 20Х23Н18. Согласно справочным данным для стали 20Х23Н18  =538 Дж/(кг∙К).

Подставим численные значения в формулу (16):

       

Тепло, теряемое вследствие теплопроводности кладки печи 

     Тепло, теряемое вследствие теплопроводности кладки печи можно определить по формуле:

         (17)

     Потери  тепла в результате теплопроводности через под и стены печи определяется уравнением:

         (18) 

где t_п – температура рабочего пространства печи, ˚С; t_п=1000˚С;

   t_о – температура окружающего воздуха, ˚С; t_о=20˚С;

   S₁, S₂, …, S_n – толщина отдельных слоев кладки, м;

   λ₁, λ₂,…, λ_n,–коэффициенты теплопроводности слоев кладки, Вт/(м∙К);

   F₁, F₂, …, F_n – средние расчетные поверхности слоев кладки, м²;

   α_в – коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности кладки печи в окружающую среду, Вт/(м²∙К);

   F_нар – наружная поверхность кладки.

   α_в примем равным 12 Вт/(м²∙К).

   Средние расчетные поверхности слоев  кладки рассчитываются по формулам:

      ,      (19)

     где F_вн – внутренняя поверхность кладки;

     F_1,2 – поверхность между первым и вторым слоем кладки.

Расчет  боковых стенок 

     Боковые стенки печи состоят из двух слоев: огнеупорного материала – шамот класса А, толщиной S₁=124мм; теплоизоляционного материала – диатомит Д– 600, толщиной S₂=220мм. 

Размеры слоев кладки печи представлены в таблице 12.

Таблица 12 – Размеры слое кладки печи

 

   Найдем  площади боковых стенок (рисунок 11):

     F_вн = H_вн∙L_вн = 0,36∙0.38 = 0.137 м²;

     F_1,2 = H_1,2∙L_1,2 = 0,48∙0,62=0,298 м²; 

     F_нар = H_нар∙L_нар = 0,72∙1,068=0,769 м².

   Рассчитаем  средние площади слоев:

      ;

     

   Коэффициенты теплопроводности для:

     – шамот класса А (ША):

     

     – Диатомит (Д– 600):

     

   Зададимся температурами между слоями футеровки  и наружной поверхности кладки соответственно равными t_1,2 = 810˚С, t_нар = 60˚С тогда:

      ;

      ;

     

     

       

   Проверка:

      ;

      ;

   R₁, R₂– тепловые сопротивления слоев кладки; К/Вт. 

;

   Результаты  расчета считаем удовлетворительными. 

   

   Рисунок 11 – Эскиз боковых стенок печи  

Расчет  торцевых стенок 

   Количество  слоев, их состав и толщина торцевых стенок такие же, как у боковых стенок (рисунок 12).

   Используя данные, приведенные в таблице 12, найдем площади торцевых стенок:

     F_вн = H_вн∙В_вн = 0,36∙0.36 = 0.130 м²;

     F_1,2 = H_1,2∙В_1,2 = 0,48∙0,6=0,288 м²;

     F_нар = H_нар∙В_нар = 0,72∙1,040=0,749 м².

   Рассчитаем  средние площади слоев:

    ;

   

   Коэффициенты  теплопроводности для:

   – шамот класса А (ША):

   

   – Диатомит (Д– 600):

         

   Зададимся температурами между слоями футеровки  и наружной поверхности кладки соответственно равными t_1,2 = 810˚С, t_нар = 60˚С тогда:

;

 

   Проверка:

;

;

;

Результаты  расчета считаем удовлетворительными.

Рисунок 12 – Эскиз торцевых стенок печи 

Расчет  пода

   Под ванны состоит из двух слоев: огнеупорного материала – шамот класса А, толщиной S₁=124мм; теплоизоляционного материала– диатомит Д–600, толщиной S₂=240мм (рисунок 13).  

   Используя данные, приведенные в таблице 12, найдем площади пода:

   F_вн = В_вн∙L_вн = 0,36∙0,38 = 0.137 м²;

   F_1,2 = В_1,2∙L_1,2 = 0,6∙0,62=0,372 м²;

   F_нар = В_нар∙L_нар = 1,04∙1,068=1,111 м²

   Рассчитаем  средние площади слоев:

    ;

   

   Коэффициенты  теплопроводности для:

   – шамот класса А (ША):

    ;

   – Диатомит (Д– 600):

    .

   Зададимся температурами между слоями футеровки  и наружной поверхности кладки соответственно равными t_1,2 = 795˚С, t_нар = 55˚С тогда:

;

.

, 

.

   Проверка:

;

;

;

.

Результаты  расчета считаем удовлетворительными.

   

   Рисунок 13 – Эскиз пода печи 

     Тепло, теряемое вследствие теплопроводности кладки печи найдем, подставив численные значения потерь тепла в результате теплопроводности через под и стены печи в формулу (17): 

          

Потери  тепла через зеркало расплавленной  соли

     Передача  тепла через зеркало ванны  в окружающее пространство происходит лучеиспусканием, и потери тепла могут быть определены по формуле:

       (20)

где С– коэффициент лучеиспускания расплавленной соли, С=4,6 Вт/(м²∙К);

    – коэффициент диафрагмирования;

   F_изл– поверхность зеркала ванны, ;

   Т_П–температура расплава, К; Т_П=1273К;

   Т_В – температура окружающей среды, К; Т_В=293К.

     Исходя из размеров рабочего пространства электродной печи–ванны, определяем поверхность зеркала ванны:

F_изл= (L_вн–140)∙ В_вн=(0,38–0,14) ∙0,36=0,0864м².

     Согласно  справочным данным коэффициент диафрагмирования принимаем равным =0,9.

     Подставляем полученные данные в формулу (20):

 

Потери  тепла вследствие тепловых коротких замыканий

     В большинстве случаев эти потери не могут быть точно учтены и их принимают обычно равными 50…100% от потерь теплоты через стенки, то есть:

           (21)

   Подставим численные значения в формулу (21):

Тепловой  баланс электродной печи–ванны СП–35/15