Электрический расчет печи сопротивления.

Исходными данными для электрического расчета являются:

1) мощность печи (или зоны для многозонных печей), полученная в результате теплового расчета;

2) мощность тепловых потерь через кладку печи или зоны;

3) конечная температура нагрева изделий;

4) характеристика нагреваемых изделий: габаритные размеры, материал;

5) напряжение питающей сети;

6) особые условия нагрева: наличие защитной атмосферы, вакуума, требования к материалу нагревателей и т. п.

Для многозонной печи, если мощности зон различны, электрический расчет проводится отдельно для каждой зоны. Нагревательные элементы могут получать питание непосредственно от цеховой сети напряжением 220, 380 или 660 В или от понижающих электропечных трансформаторов, специально разработанных для электрических печей сопротивления.

Цель электрического расчета заключается в определении размеров (сечения и длины) нагревателей (по фазам) в соответствии с требуемым для выделения необходимой мощности сопротивлением, а также в зависимости от условий теплообмена между нагревателями и нагреваемыми изделиями.

Если представить себе электрическую печь, в которой тепловые потери через кладку равны нулю (Р_пот = 0), а нагреватель выполнен в виде тонкого сплошного листа, охватывающего загрузку (рис. 2.41), то, принимая равными поверхности изделия и нагревателя, можно записать уравнение лучистого теплообмена между таким идеальным нагревателем и поверхностью нагреваемого изделия в виде:

, (25)

где температура нагревателя Т_н = t_н + 273, K, равна

, (26)

а удельная поверхностная мощность идеального нагревателя

, (27)

где Р_н – мощность печи, Вт; F_н – площадь поверхности нагревателя, м²;

Т_н и Т_изд – температуры нагревателя и изделия, K; - приведённая излучательная способность; с_s = 5,7 Вт (м² ⋅ K⁴) – излучательная способность абсолютно черного тела; ε_н, ε_изд – коэффициенты теплового излучения нагревателя и изделия.

Рис. 2.41. Идеальный нагреватель:

1 – нагреватель; 2 – изделие; 3 – футеровка

Из уравнения (27) видно, что удельная поверхностная мощность идеального нагревателя зависит от температур нагревателя и нагреваемого изделия, а также от коэффициентов теплового излучения материалов нагревателя и изделия ε_н = с_н/с_s , ε_изд = с_изд/с_s . Идеальный абсолютно черный нагреватель (ε_н =1), излучающий на абсолютно черное изделие (ε_изд = 1), имеет удельную поверхностную мощность, Вт/м2:

, (28)