Методика расчета индукционной тигельной печи

Если это условие не выполняется, т.е. полученное из уравнения (95) значение Dр превышает допустимую величину, необходимо разделить индуктор по охлаждению на несколько секций, причем число секций охлаждения определяют из выражения

 

 

Поскольку при этом изменится скорость v_в и число Rе, от которых зависят почти все параметры системы охлаждения, необходимо уточнить весь расчет.

 

Теперь необходимо убедится, что условия конвективной теплопередачи в канале охлаждения обеспечивают отвод от индуктора суммарной мощности потерь Р_охл.

6. Мощность, которая может быть отведена охлаждающей водой:

 

 

 

где Nu – критерий  Нуссельта, который называют безразмерным коэффициентом теплоотдачи при конвективном теплообмене.

При турбулентном режиме

 

 

где Рr – критерий Прандтля, являющийся теплофизической характеристикой теплоносителя (рис.13).

 

 

 

После вычисления Р_в по формуле (99) необходимо убедиться, что соблюдается условие

 

 

 

Если Р_охл > Р_в, следует увеличить расход воды и скорость v_в (изменив число ветвей охлаждения, сечение трубки индуктора и т.п.), если же условие (103) соблюдается, на этом расчет охлаждения индуктора заканчивается.

 

 

 

Следует отметить, что условие (103) может быть несколько  видоизменено. Так, не вычисляя значение Р_в, можно сразу определить максимальную температуру стенки индуктора

и сравнить ее с допустимой температурой Т_ст.доп. Допустимую температуру стенки можно принять равной 373К. В этом случае соблюдение условия Т_ст < Т_ст.доп обеспечивает отсутствие местных парообразований в канале охлаждения индуктора.

 

10. Построение энергетического баланса индукционной установки

 

Принятые обозначения:

 

Р_изл – тепловые потери излучением с зеркала ванны, Вт;

Р_т.б – тепловые потери от расплава через боковую стенку тигля, Вт;

Р_т.д – тепловые потери через днище (подину), Вт;

Р_кр – тепловые потери через крышку, Вт;

Р_эS - суммарные электропотери в элементах установки, Вт;

Р_эи – электропотери в индукторе, Вт;

Р_м – потери в магнитопроводе, Вт;

Р_ток – потери в токопроводе, Вт;

Р_э.б – электропотери в конденсаторной батарее, Вт;

Р_и.п – электропотери в источнике питания (или трансформаторе), Вт;

Р_f – мощность, забираемая из преобразователя, Вт;

Р₂ – активная мощность, подводимая к загрузке, Вт;

Р_к.к – мощность, подведенная к колебательному контуру, Вт;

Р_к.л – потери в кабельной линии, Вт;

Р_с – активная мощность, потребляемая из сети, Вт;

Р_пол – полезная мощность, идущая на расплавление и перегрев, Вт;

Р_т.п – суммарные тепловые потери от расплава, Вт;

I_{ток i} , r_i – сила тока и активное сопротивление участка токопровода (кабельной линии, короткой сети и гибких кабелей);

q – удельный расход электроэнергии, кВт·ч/т;

h_y – общий КПД индукционной установки;

q_к – энтальпия металла при конечной температуре t_к ,кВт·ч/т;

t_пл – длительность плавки, ч;                                                                     

G_сл – масса металла, сливаемого из печи, т;                                               

g – производительность  по расплавлению и перегреву, т/ч;                   

h_пр – КПД преобразователя, зависит от типа и от использования номинальной мощности.

 

Электрические и тепловые расчеты индукционной плавильной установки завершаются определением их энергетических характеристик и построением энергетического баланса. Он дает наглядное представление о степени соответствия вновь спроектированной установки предъявляемым к ней требованиям, а сопоставление его с энергетическим балансом действующих установок позволит сделать вывод о степени совершенства новой установки.

Таким образом, задачей завершающего расчета является определение общего КПД установки, уточнение значений основных показателей работы печи и, наконец, построение теплового и энергетического балансов установки.

Для наглядности  рассмотрим построение энергетического  баланса на примере индукционной тигельной плавильной печи.

На рис.14а  показана принципиальная блочная схема индукционной плавильной установки, а на рис.14б – диаграмма энергетического баланса, учитывающего также потери излучением с зеркала ванны Р_изл, потери (тепловые) от расплава через боковую стенку тигля Р_т.б, потери через днище (подину) печи Р_т.д .

Данные, необходимые  для построения теплового баланса  печи, определяются при тепловом расчете печи. Данные, необходимые для расчета энергетических характеристик и построения энергетического баланса установки, определяют в основном при электрическом расчете печи, а некоторые из них – по справочным данным.

 

 

 

 

 

 

Последовательность расчета:

1 . Суммарные  электрические потери в элементах  установки

 

 

Определим составляющие суммарных электропотерь:

 

а) электрические  потери в индукторе:

 

- без учета потерь в холостых катушках

 

 

- с учетом потерь в холостых катушках

б) потери в магнитопроводе

 

 

 

в) потери в токопроводе

 

 

г) потери в конденсаторной батарее

 

 

д) электрические  потери в источнике питания (или  трансформаторе)

h_пр - КПД преобразователя (или трансформатора), зависит от типа

 

 

 

преобразователя и от использования номинальной мощности (Р/Р_н) (рис.15).

 

 

2. Мощность, подведенная к колебательному контуру

 

 

 

 

3. Активная мощность, потребляемая от сети

 

 

 

4. Общий КПД индукционной установки

 

здесь

 

 

5. Удельный  расход электроэнергии

 

 

где q_к – энтальпия расплава при конечной температуре, кВт·ч/т (q= 2,78·10^-4 q_к/h_у, если q_к задано в Дж/кг). Величину q_к различных металлов можно определить по графикам (рис.16).

 

6. Длительность  плавки, ч:

 

7. Производительность  по расплавлению и перегреву металла

 

Список литературы:

1. Кацевич  Л. С. Теория теплопередачи и тепловые расчеты электрических печей. -М.: Энергия, 1977.
2. Фарбман С.А.,Колобнев И.Ф. Индукционные печи. - М.: Металлургия, 1978.

 

3. Войнберг А.И. Индукционные плавильные печи. - М.: Металлургия, 1982.

 

4. Брокмайер К. Индукционные плавильные печи. - М.: Энергия, 1985.