Расчет и проектирование индукционной тигельной печи ИАТ- 40

 

Частота источника питания, Гц

 

,

 

где  

– относительная магнитная проницаемость.

Частота источника питания

 Гц.

Удельная  мощность, Вт/м

 

 

где

– активная мощность подводимая к загрузке, =3795 кВт;

– средний радиус тигля, =1,184;

– высота загрузки, =3,465 м.

 

 

Электродинамическое давление на оси тигля, Па

 

 

где

– удельная мощность, = Вт/м ;

– удельное сопротивление расплава, = Ом м;

– частота, =50 Гц.

 

 

 

Высота  мениска, м

 

 

где

– электродинамическое давление на оси тигля, =11116 Па;

– удельная мощность, = Вт/м ;

– удельное сопротивление расплава, = Ом м;

– частота, =50 Гц;

– плотность алюминиевого расплава, =2400 кг/м .

 

 

3 Определение активной мощности  и теплового коэффициента полезного  действия

 

Полезная  мощность, необходимая для нагрева  загрузки до температуры разливки, кВт

 

где

- теплосодержание металла, =1017 Дж/кг;

G- емкость печи, G=6 т;

- время  плавления металла;  = 0,5 ч.

 

 

Тепловые  потери от расплава

предварительно принимаем равные 0.2; =495 кВт.

Активная  мощность, которая должна подводиться  к загрузке, чтобы обеспечить требуемую  производительность, кВт

 

 

где

– полезная мощность, необходимая для нагрева загрузки до температуры разливки, =3390кВт;

– тепловые потери от расплава, =495 кВт.

 

 

Тепловой  коэффициент полезного действия печи

 

 

где

– полезная мощность, =3390 кВт;

– активная мощность, которая должна подводиться к загрузке, чтобы обеспечить требуемую производительность, =3885 кВт.

 

Удельная  мощность, Вт/кг

 

 

где

– тепловой коэффициент полезного действия печи, =0,87;

– электрический коэффициент полезного действия печи, принимаем =0,5;

G– емкость печи, G=6000 кг;

– активная мощность, которая должна подводиться к загрузке, чтобы обеспечить требуемую производительность, =1051,5 кВт.

 

 

4 Тепловой расчет индукционной  тигельной печи

 

Задачей расчета является определение температуры наружной поверхности футеровки, расчет тепловых потерь и теплового коэффициента полезного действия печи.

Расчет тепловых потерь ведут отдельно для следующих  элементов: боковой поверхности  тигля, подины, крышки, потери измерением через открытый проем.

Расчет тепловых потерь через боковую поверхность тигля. Пусть боковая поверхность тигля  состоит из трех слоев: огнеупорный бетон, шамот класса Б, асбест.

Тепловые  потери через боковую поверхность, Вт

 

,

 

где

– высота слоев футеровки, =2,111 м;

Т– температура расплава, Т=1073К;

– температура наружной поверхности, =323 К;

– средний диаметр садки, =0,978 м;

, , - наружные диаметры первого, второго и третьего слоя футеровки, =1,378 м, =1,478 м, =1,578 м;

, , - теплопроводность огнеупорного бетона, шамота класса Б, асбеста, .

Для определения  теплопроводностей возьмем значения температур на границе слоев, К:

, , ,

Исходя  из этих значений, определим средние  значения температур, К:

 

 

 

 

Находим теплопроводности слоев футеровки,

 

,

 

 

,

 

.

 

,

 

.

 

 

Определяем  потери через боковую поверхность, Вт

 

 

Тепловые потери излучением с зеркала ванны, Вт

 

,

 

где Т– температура расплава, Т=1073К;

– температура наружной поверхности, =323 К;

– степень черноты расплава, ;

– коэффициент диафрагмирования. Определяем по рисунку П– 6 /2/,

– коэффициент излучения абсолютно черного тела, =5,7;

– внутренний диаметр тигля, =1.508 м.

 

 

Определяем  тепловые потери подины печи.

Поверхность слоев,

 

 

где

- внутренний диаметр тигля, =1,508 м.

 

 

где

- наружный диаметр первого слоя, =1,378 м;

 

 

 

где

- наружный диаметр второго слоя, =1,478 м;

 

 

 

где

- наружный диаметр третьего слоя, =1,578 м;

 

 

Находим средние значения поверхностей слоев,

 

 

 

 

 

 

 

Для определения  тепловых потерь через подину задаемся условно температурами,  К

 

, , ,

 

Исходя  из этих значений, определим средние  значения температур, К:

 

,

 

,

 

,

 

Находим теплопроводности слоев футеровки,

 

,

 

 

,

 

.

,

 

.

 

 

Тепловые  потери через подину, Вт

 

 

где Т– температура расплава, Т=1073К;

– температура наружной поверхности, =323 К;

- толщина первого, второго,  третьего слоя футеровки;

=0,2 м, =0,1 м, =0,1 м;

– коэффициент теплоотдачи, =120 ;

– поверхность тигля, = 1,786 ;

- средние поверхности слоев,  =1,108 , =1,604 ,

=1,836

 

Определяем  тепловые потери через крышку.

 

Для определения  тепловых потерь через крышку задаемся условно температурами, К

 

, , ,

 

Исходя  из этих значений, определим средние  значения температур, К:

,

 

,

,

Находим теплопроводности слоев футеровки,

,

 

 

,

 

.

 

,

 

.

Тепловые  потери через крышку, Вт

 

где Т- температура  расплава, Т=1073К;

- температура наружной поверхности,  =323 К;

- толщина первого, второго, третьего  слоя футеровки;

=0,1 м,  =0,05 м, =0,05 м;

- коэффициент теплоотдачи,  =120 ;

- поверхность тигля,  = 0,724 ;

- средние поверхности слоев,  =1,108 , =1,604 ,

=1,836

 

Суммарные тепловые потери печи, Вт

 

,

 

где

– тепловые потери через крышку, =1815 Вт;

– тепловые потери через подину, =888,886 Вт;

– тепловые потери через боковую поверхность, =6865 Вт;

– тепловые потери излучением с зеркала ванны, =9099 Вт.

 

 

 

 

5 Электрический расчёт печи для горячего режима

Определим глубину проникновения тока в  материал индуктора, м

 

,

 

где

– удельное активное сопротивление меди , = ;

– частота, =50 Гц.

 

 

Глубина проникновения тока в материал загрузки, м

 

,

 

где

– удельное электрическое сопротивление загрузки,                  = ;

– частота; =50 Гц;

– относительная магнитная проницаемость материала загрузки,   =1.

 

Определим относительный радиус загрузки

 

,

 

где

– внутренний диаметр тигля, =2,367 м;

– глубина проникновения тока в материал загрузки, =0,0035 м.

 

 

Активное  и  внутреннее реактивное сопротивления индуктора,

 

,

 

где

– удельное активное сопротивление меди , = ;

– глубина проникновения тока в материал индуктора, =0,01 м;

– высота индуктора, =5,303 м;

– коэффициент заполнения индуктора, =0,85;

– расчетный диаметр индуктора, равен

 

,

 

где

– внутренний диаметр индуктора, =2,818 м.

 

,

 

 

Определим активное сопротивления  загрузки,

 

,

 

где

– высота расплава в тигле, =3,788 м;

– внутренний диаметр тигля, =2,367м;