Электрическая печь сопротивления для нагрева стальных изделий в окислительной атмосфере имеет мощность на фазу

Электрическая печь сопротивления для нагрева стальных изделий в окислительной атмосфере имеет мощность на фазу Pф=50 кВт и напряжение Uф=380 В. Требуется: 1. Описать принцип работы печи сопротивления прямого нагрева. 2. Рассчитать ленточный и проволочный зигзагообразные свободно подвешенные металлические нагреватели при температуре нагрева изделия tu=800 ºC, приняв коэффициент теплового излучения стали ε2=0,8 3. Выбрать стандартные размеры сечений нагревательных элементов. Уточнить расчет по удельной поверхностной мощности.

Принцип работы печи сопротивления прямого нагрева: прохождение тока по проводнику, в нем выделяется тепло. В соответствии с законом Джоуля-Ленца, количество выделившегося тепла пропорционально квадрату силы тока, сопротивлению проводника и времени прохождения тока. Выбирая необходимые значения силы тока и сопротивления, существует возможность получения мощности, необходимой для плавления металлов. Установки, в которых элементом сопротивления является само нагреваемое тело, называют печами сопротивления прямого нагрева.
2. При выборе материала нагревателя делаем запас рабочей температуры в 50-200ºС, поэтому выбираем сплав Х23Н18, обладающий следующими свойствами: плотность 7800кгм3, удельное электрическое сопротивление при 20 ºС: 0,9×10-6 Ом×м; температурный коэффициент электрического сопротивления 0,4×10-31ºС, температура плавления 1420 ºС, максимальная рабочая температура 900ºС.
Для выбранного материала с учетом его максимальной рабочей температуры и определенной конструкции нагревателя определяем значение допустимой удельной поверхностной мощности нагревателя ωд.
Допустимую удельную поверхностную мощность нагревателя ωд определяем по формуле:
ωд=αэф×ωид=0,46×8370,5=3850,43Втм2
где αэф - коэффициент эффективности излучения нагревателя, который определяем по табл.1.2.; ωид - удельная поверхностная мощность идеального нагревателя.
ωид=5,71ε1+1ε2-1×Tн1004-tu1004,Втм2
Величину коэффициента излучения материала нагревателя ε1 принимаем равной 0,7.
ωид=5,710,7+10,8-1×9001004-8001004=8370,5Втм2
Расчетный диаметр (м) нагревателя круглого сечения (проволочный зигзаг, спиральный) определяем по формуле:
d=34×Pф2×ρгорπ2×Uф2×ωд
где ρгор - удельное электрическое сопротивление материала в горячем состоянии, Ом×м; ωд - допустимая удельная поверхностная мощность нагревателя, Втм2.
d=34×500002×0,9×10-63,142×3802×3850,43=0,012 м
Округляем величину до ближайшего стандартного сечения, но не менее 5 мм:
d=15 мм
Расчетная длина проволоки на фазу, м:
Lф=π×Uф2×d24×Pф×ρгор=3,14×3802×0,01524×50000×0,9×10-6=566,77 м
Для ленточного нагревателя прямоугольного сечения размеры сечения (м) определяем по формуле:
a=3Pф2×ρгор2×m×m+1×Uф2×ωд=3500002×0,9×10-62×10×10+1×3802×3850,43=0,03 м
где m=ba