Технологический маршрут термообработки штампа нижнего

    Нихромы применяют в интервале рабочих  температур 800—1000° С в массовых сериях электропечей непрерывного действия. При повышенных требованиях к стойкости нагревателей, работающих в эндогазовой атмосфере; например, при работе в автоматических линиях, целесообразно применять сплав ХН70Ю, наличие алюминия в котором снижает интенсивность науглероживания нагревателя и повышает температуру применения.

         При номинальной мощности Р_н произведём расчет нагревателей, определяется конструкция и способы крепления в зависимости от типа печи.

    Для печей с температурой 1100^оС в качестве нагревательных элементов можно выбрать проволоку (ГОСТ 2238-58) или ленту (ГОСТ 2615-54) из специальных сплавов. Сечение нагревателей ориентировочно может быть выбрано по таблице 4.

    Для расчета сечения нагревательных элементов можно использовать следующие  формулы.

    Диаметр проволоки определяется по формуле:

 

    

  мм,     (1)

где ρ –  удельное сопротивление материала  нагревателя, отнесенное к его рабочей температуре4

Р – мощность печи (или мощность одной параллельной ветви, или мощность одной фазы, если печь трехфазная);

V – напряжение питающей сети;

ω – удельная поверхностная мощность нагревателя.

    При применении проволоки диаметром  d мм сечение будет:

    

  мм².                 (2)

    При использовании ленты толщиной а мм и шириной b мм обычно принимается следующее отношение к толщине: т = b/а = 8÷12; b = та, сечение q_л = та² мм², а толщина ленты определяется из формулы:

   мм;               (3)

обозначения те же, что и для формулы определения  диаметра круглой проволоки.

    Для нагревателей используется лента с  закругленными краями, поэтому в  формулу площади сечения вводится коэффициент 0,97, учитывающий уменьшение площади. Таким образом, q_л = 0.97та² мм².

    Длина элемента сопротивления в одной  параллельной ветви:

м,         (4)

    где R_пв – сопротивление параллельной ветви;

           q – площадь сечения в мм²; 

           ρ_расч – расчетное удельное электросопротивление нагревательных элементов в Ом мм²/м при данной температуре; значение ρ может быть взято по таблице 5.

 

    Длина элементов сопротивления в фазе будет:

    L_ф = NL_пв,   м,         (5)

    где N – число параллельных ветвей. Общая длина элементов сопротивления в печи:

    L_об = 3L,     м.        (6)

 

    Вес элементов сопротивления подсчитывается по следующим формулам: для проволочного нагревателя:

    

   кг,    (7)

где g – вес 1-го пог. метра проволоки в г;

для ленточного нагревателя:

    

   кг,     (8)

где γ – удельный вес;

 q – сечение ленты в мм².

    Расчет  конструкции металлических элементов  сопротивления производят следующим образом.

    1. Для проволочных элементов сопротивления. Проволочные элементы сопротивления располагают в печах в виде цилиндрической спирали, для которой характерны два коэффициента:

1. Коэффициент сердечника

     

    (9)

2. Коэффициент плотности намотки

    

     (10)

    Эти коэффициенты принимаются следующими:

 
 

    Длина витка спирали будет равна:

    L_вит = πD, мм.          (11)

    Длина выводов нагревателя берется:

    L_выв = b + 100, мм,          (12)

где b – толщина стены печи в мм.

    Длина проволоки в спирали без выводов:

    L_сп = L_пв 10³ – 2L_выв,  мм.     (13)

    Количество  витков в спирали:

    

     (14)

    Длина спирали:

    l = hr,     мм.          (15)

    2. Для ленточных элементов сопротивления. Ленточные элементы сопротивления располагают обычно зигзагом на стенках, своде и поде печи. Расстояние внутри зигзагов D принимают не менее ширины ленты – 10-60 мм, чаще 15-25 мм. Высоту зигзагов В выбирают 150-500 мм при вертикальном расположении – на стенках печи и 100-200 мм при горизонтальном расположении – на своде и в поде печи. При больших размерах печи ленточные нагреватели располагают в два-три ряда.

    Длина одного зигзага будет:

    L_зиг = 2πr + 2А = 2 (πr + A), мм,    (16)

где А – высота зигзагов между центрами закрепленной ленты в мм;

       r – радиус закругления ленты в мм.

    Число зигзагов будет:

       

  (17)

    Поверхность излучения нагревательных элементов определяется в см²:

1. Для проволочных нагревателей

S = πdL_об 10³ мм² = πdL_об 10 см².  (18)

где d – диаметр проволоки в мм;

       L_об – общая длина проволоки в м;

2. Для ленточных нагревателей периметр ленты равен:

u = 2а +2b = 2a + 2am = 2a (1 + m).    (19)

Поверхность излучения:

S = 0,97 2а (1 + m) L_об 10³ мм = 1,94 а (1 + m) L_об 10 см²,   (20)

где а – толщина  ленты в мм;

       b – ширина ленты в мм;

        m = b/a;

0.97 – коэффициент,  учитывающий уменьшение величины периметра

           прокатанной ленты с закругленными  краями.

    Удельная  поверхностная нагрузка на нагревательные элементы является конечной целью расчета:

    

  (21)

где Р_ном – номинальная мощность печи в кВт;

      S – поверхность излучения нагревательных элементов в см².

    Удельная  поверхностная нагрузка должна быть не более допустимой.

    Если  при расчете нагревательных элементов нагрузка получается больше допустимой, необходимо сделать перерасчет, чтобы снизить удельную нагрузку путем увеличения поверхности излучения нагревательных элементов. Это можно сделать увеличением сечения нагревательных элементов и соответственно их длины или увеличением числа параллельных ветвей в фазе.

    Непосредственный  расчет нагревателей:

    В качестве нагревательного элемента для печи сопротивления СБЦ выберем проволоку. Ее диаметр можно определить по формуле (1) или исходя из таблицы 4.

    Так как у данной цементационной печи рабочая температура 800-1000 ^оС, то в качестве материала нагревателя выбираем Х15Н60, а диаметр проволоки возьмем равным 5 мм.

    Затем по формуле (2) рассчитаем площадь сечения  проволоки q, которая у нас будет составлять 15,7 мм².

    По  формуле (4) рассчитаем длину элемента в одно параллельной ветви. R (количество параллельных ветвей 5) у нас будет равно 4,36 Ом, тогда L = 57,05м. Тогда по формуле (5) длина элементов сопротивления в фазе будет равна L_ф = 287,5 м, а общая длина элементов сопротивления в печи L_об = 862,5 м.

      Вес элементов сопротивления  находим по формуле (7) G = 112,853 кг.

    По  формуле (18) находим поверхность излучения нагревательных элементов S = 135412,5 см².

    Конечная  цель нашего расчета – удельная поверхностная нагрузка, которую  мы находим по формуле (21) Δ = 1,23 вт/см². В результате расчета удельная нагрузка получилась выше допустимой, поэтому необходимо сделать перерасчет, увеличивая число параллельных ветвей в фазе или сечение нагревательных элементов.