Расчет мощности тепловой печи

Масса стержней
mд=nд*γ*π*d24*l=6*7,7*3,14*0,324*1=3,26 кг
где nд – число стержней, 6 шт.;
γ – плотность стали, 7,7 кг/дм3;
d – диаметр стержня, 0,3 дм;
l – длина стержня, 1 дм.
Энергия, необходимая для нагрева деталей
Q=c*mдtвн-tнар=0,817*3,2*830-20=2160,03 кДж
где c – теплоемкость стали=0,817 кДж/(кг*0С).
Полезная мощность
Pпол=Qτ=21602*3600=0,3 кВт
Вычерчиваем эскиз футеровки печи (рис.1)
Рис.1 Эскиз футеровки закалочной печи: 1 – слой теплоизоляции; 2 – слой огнеупорной изоляции; 3 – нагреваемые детали; 4 – контейнер из жаропрочной стали.
Внутренние габариты печи примем (по эскизу) 650х350х500 мм. Габариты шамотовой кладки 750х450х650 мм. Наружные габариты печи 1250х950х1150 мм.
Внутренняя поверхность печи
F1=0,65*0,35+0,65*0,55+0,35*0,5*2=1,52 м2
Наружная поверхность шамотовой кладки
F2=0,75*0,45+0,75*0,65+0,45*0,65*2=2,235 м2
Наружная поверхность печи
F3=0,95*1,25+0,95*1,15+1,25*1,15*2=7,435 м2
Средняя поверхность шамотовой кладки
Fш=F1*F2=1,52*2,235=1,84 м2
Средняя поверхность теплоизоляционной засыпки
Fв=F2*F3=2,235*7,435=4,07 м2
Масса шамотовой кладки
mш=γш*Fш*δш=2,58*1,84*0,065=0,309 т=309 кг
где γш – плотность шамотовой кладки=2,58 кг/дм3=2,58 т/м3
Масса теплоизоляционной засыпки
mв=γв*Fв*δв=0,25*4,07*0,25=0,25 т=254 кг
где γв =0,25 кг/дм3=0,25 т/м3
Массу жаропрочных изделий подсчитывают после проектирований контейнера для загрузки деталей и других установочных конструкций . Примем ориентировочно
mж=0,25*mд=8,1 кг
Тепловые потери печи
Pпот=tвн-tнар1αнар*F3+δвλв*Fв+δшλш*Fш+1αвн*F1=830-20112*7,435+0,250,116*4,07+0,0651,25*1,84=1425 Вт
где αнар=12Втм2*℃ для кирпичных и металлических окрашенных стен при t=40-60 0C;
λв – теплопроводность =0,116 Вт/м*0С
λш – теплопроводность шамота=1,25 Вт/м*0С
Теплоотдачей внутренней стенки пренебрегаем 1αвн*F1=0
Мощность, необходимая для нагрева деталей в стационарном режиме
P=Pпол+Pпот=0,3+1,42=1,72 кВт
Температура между слоями
tсл=tвн-Pпот*δшλш*Fш=830-1425*0,0651,25*1,84=789 ℃
Эта температура должна быть ниже допустимой рабочей температуры для выбранного типа изоляции
Температура наружной шамотовой кладки
tст=tнар+Pпотαнар*F3=20+142512,0*7,43=35,9 ℃
Средняя температура шамотовой кладки
tш=tвн+tсл2=830+7892=809 ℃
Средняя температура теплоизоляционной засыпки
tв=tсл+tст2=789+352=412 ℃
Количество тепла, необходимое для нагрева шамотовой кладки
Qш=cш*mш*tш-tнар=1,08*309*(809-20)=264286 кДж
где cш – теплоемкость шамота
cш=0,88+0,25*10-3*t2=0,88+0,25*10-3*809=1,08кДжкг*℃
Количество тепла, необходимое для нагрева засыпки
Qв=cв*mв*tв-tнар=0,81*254*412-20=81077 кДж
где cв – теплоемкость =0,81 кДжкг*℃
Количество тепла, необходимое для нагрева жаропрочных изделий
Qжд=cжд*mжд*tвн-tнар=0,482*20*810=7808 кДж
Суммарное количество тепла, необходимое для нагрева конструкции печи
Qконстр=Qш+Qв+Qжд=264286+81077+7808=353173 кДж
Продолжительность нагрева печи при мощности 6,4 кВт
τ=Qконстр3600*P-Pпот2=3531733600*1,7-1,42=9,6 ч
Полученный результат надо проанализировать с точки зрения сменности работы установки