Диссертация (781991), страница 10
Текст из файла (страница 10)
Тепловой поток через такой комплекттеплоизоляции равен 9619 Вт/м2. С помощью программы STI быларассчитана толщина слоя засыпки (для материалов с различной пористостью)эквивалентная по тепловым потерям экранной теплоизоляции. Анализрезультатоврасчетапоказывает,чтоизпечиможноубратьдвамолибденовых экрана и при этом тепловой поток останется неизменным.Результаты расчетов приведены в табл. 3.5.Страница | 85Таблица 3.5Значение толщины слоя засыпки, эквивалентной по тепловым потерямэкранной теплоизоляцииМатериалзасыпкиAl 2 O 3П – 0*ZrO 2П-0ZrO 2П - 53ZrO 2 ·SiO 2П-0ZrO 2 ·SiO 2П - 53Толщина слоязасыпки, мм19663119528В таблице обозначено: П – пористость материала, %.Расстояние между экранами в ВПС, как правило, 5 мм.
Толщинаметаллических экранов минимальна и находится в диапазоне 0,2÷0,3 мм.Таким образом, расстояние между первым и четвертым экраном вклассической экранной печи приблизительно 16 мм. Применение в качествезасыпки материалов с высоким процентом пористости (до 53%) практическине изменит геометрические размеры печей, сохранив значение тепловогопотока в печи неизменным. Экономическая целесообразность применениякомбинированнойтеплоизоляциивзаменэкраннойобуславливаетсясравнительной стоимостью двух экранов из молибдена и стоимостьюрассчитанного объеманеметаллическойзасыпки.В зависимости отрыночных цен на материалы решение может быть принято как в ту, так и вдругую сторону.Следующий этап исследований был посвящен расчету ВПС со слоемзасыпки больше эквивалентной, с целью снижения мощности тепловогопотокавпечи.Воспользовавшисьфункцией«Комбинированнаятеплоизоляция» программного пакета STI, были рассчитаны значениятеплового потока в печи с увеличением слоя засыпки до 100%.
В качествематериалов засыпки были выбраны высокопористые диоксид циркония ициркон. Соединение ZrO 2 ·SiO 2 , называемое цирконом, часто встречается ввиде минерала, что обуславливает его более низкую стоимость в сравнении счистым диоксидом циркония [17]. Результаты расчетов представлены втабл.3.6, а также отображены на рис.
3.15. Как показывает рис. 3.15,Страница | 86увеличение толщины слоя засыпки с пористостью 53% в 2 раза приводит кзначительному снижению мощности теплового потока и увеличениюэнергетической эффективности установки.Таблица 3.6Значение мощности теплового потока, Вт/м2 и его снижение (в %)через комбинированную теплоизоляцию с различной толщиной слоя засыпкиМатериалзасыпкиУвеличение толщины слоя засыпки, в % от эквивалентнойЭкв.20406080100ZrO 2П-53%*961989348278747370556738-7,1%13,9%22,3%26,7%30%ZrO 2 ·SiO 2П – 53%961989988317757471636776-6,5%13,5%21,2%25,5%29,6%В таблице обозначено: П – пористость материала, %.Рис.
3.15. Зависимость теплового потока в ВПС с различной толщиной слоязасыпки: 1 – ZrO 2 (П-53%); 2 – циркон (П-53%)Страница | 87Применение 22 мм слоя засыпки из диоксида циркония позволяетубрать из печи два молибденовых экрана, а также снизить тепловой поток впечи на 30%. Стоит отметить, что простое увеличение числа экранов вкомплекте экранной теплоизоляции больше семи не позволяет значительноснижать тепловые потери в установке [16,17]. В связи с этим, применениенеметаллической засыпки может считаться перспективным, с цельюулучшения энергетической эффективности установок такого класса.Влияние толщины слоя неметаллической засыпки натепловую инерцию установкиКак показывает рис.
3.15, чем больше толщина слоя неметаллическойзасыпки, тем значительнее снижается мощность тепловых потерь в печи. Приэтом необходимо отметить, что увеличивать толщину слоя засыпки добесконечно большого значения нельзя. Во-первых, возникает физическаяпроблема с размещением модернизированной теплоизоляции в ограниченномобъеме нагревательной камеры печи (при модернизации существующейВПС) или увеличивает габаритные размеры установки (при разработке новойпечи).Во-вторых, увеличение слоя засыпки приводит к повышениютепловой инерции печи, что сказывается на динамических характеристикахустановка. Помимо этого, применение неметаллической засыпки увеличиваетвремя, необходимое для вакуумной откачки нагревательной камеры.Сравнительные исследования динамических характеристик вакуумныхпечей сопротивления с экранной и комбинированной теплоизоляциямицелесообразно проводить на разработанных моделях в §2.2 и §2.6.На рис.
3.16 представлены динамические характеристики температурыотвремениввакуумныхпечахсопротивлениясэкраннойикомбинированной теплоизоляцией. Как показывает анализ характеристик,представленных на рис. 3.16 тепловая инерция печи увеличивается приприменении неметаллической засыпки.Страница | 88Рис. 3.16. Динамические характеристики температуры от времени в ВПС сэкранной и комбинированной теплоизоляцией:1 – температура первого экрана; 2 – температура засыпки;3 – температура печи с экранной теплоизоляции;4- температура печи с комбинированной теплоизоляциейРис.
3.17. Динамические характеристики температуры от времени в ВПС скомбинированной теплоизоляцией в зависимости от толщины слоя засыпки:1 – 20 мм; 2 – 40 мм; 3 – 60 мм; 4 – 80 мм; 5 – 200 мм.Страница | 89Это приводит к тому, что ВПС с комбинированной теплоизоляциеймедленнее выходит на режим (кривая 4) в сравнении с экраннойтеплоизоляцией (кривая 3), увеличивая время технологического процесса.В связи с этим был проведен ряд исследований, результаты которыхиллюстрирует рис.
3.17, показывающий динамические характеристикитемпературы от времени в печи с комбинированной теплоизоляцией взависимости от толщины слоя неметаллической засыпки. По результатамисследований можно рекомендовать к применению устанавливать слойнеметаллической засыпки толщиной не более 60÷80 мм. Алгоритм расчетакомбинированной теплоизоляции и рекомендации по выбору толщины иматериалу засыпки представлены в §4.3.Необходимо отметить, что разработанная в §2.6. модель ВПС скомбинированной теплоизоляцией позволяет исследовать влияние толщиныслоя неметаллической засыпки на технико-экономические показателиустановки и производительность печи.Страница | 90Выводы по главе №3:1. Согласно критерию минимума броска тока, рекомендуется выбиратьтрансформатор, обеспечивающий «плавный» выход нагревателей на режим,за четыре последовательных переключения ступеней напряжения.2.Показано,чтоприменениеразработанногорегуляторасдополнительным каналом по току позволяет снизить бросок тока нанагревателях: на 30% в сравнении с «токовой отсечкой» во внутреннемконтуре регулятора; на 70% – с переключением ступеней напряжения.3.Длярядатехнологическихпроцессов,когданетребуетсяограничение скорости нагрева, использование регуляторов с «токовойотсечкой» позволяет регулировать скорость нагрева в сравнении с системойуправления с переключением ступеней напряжения трансформатора.4.
Выявлена зависимость времени выхода печи на режим отпревышения мощности и установлено, что увеличение превышениямощности регулятора n > 2 не приводит к заметному снижению времениразогрева печи, зато значительно увеличивает стоимость тиристорногорегулятора мощности.5.
Установлено, что с точки зрения снижения мощности тепловыхпотерь, рационально наиболее нагретые экраны в экранной теплоизоляциизаменять высокопористой неметаллической засыпкой.6. По результатам произведенных исследований установлено, чтодвукратное увеличение эквивалентного слоя неметаллической засыпкипозволяет не использовать два экрана из молибдена, а также снизитьмощность теплового потока в печи на 30%.
Это приводит к снижениюустановленной мощности источника питания, тепловых потерь в печи, атакже повысит экономическую эффективность установки.Страница | 914. РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯКОНСТРУКТИВНЫХ РЕШЕНИЙ И СИСТЕМЫУПРАВЛЕНИЯ ДЛЯ ВАКУУМНЫХ ПЕЧЕЙСОПРОТИВЛЕНИЯ4.1. Критерий оценки экономической эффективности вакуумной печисопротивленияКак показано в гл. 2, для теплового расчета ВПС целесообразноиспользовать осесимметричную прямоугольную модель, приведенную нарис.4.1. Модель включает в себя садку 1 (являющуюся в данной задачеисточником теплоты) и пакет теплоизолирующих боковых экранов 2,расположенных между садкой и водоохлаждаемым кожухом 3. Направлениетеплового потока q указано на рис.4.1 стрелкой. Нумерация экрановобозначается согласно тепловому потоку от более нагретых экранов к болеехолодным.Рис.4.1.
Осесимметричная модель для теплового расчета ВПССтраница | 92При составлении модели приняты следующие допущения [72]:- торцевые экраны не рассматриваются, поскольку они аналогичныбоковым экранам, т.е. рассматривается передача тепла в одном направлении;- температура первого экрана равна температуре садки, что можносчитать общепринятым [52];- нагреватели и садка рассматриваются, как единое бесконечно тонкоев тепловом отношении тело с общей температурой θ П ;- экраны считаются бесконечно тонкими в тепловом отношении,поэтому их толщина не учитывается, также как и толщина стенки кожуха;- конвективная составляющая теплопередачи в ВПС отсутствует,поэтому рассматривается только передача тепла излучением;- расстояние между экранами не оказывает влияние на теплопередачуизлучением и в тепловом расчете не используется (при расчете печейцилиндрической формы данный параметр влияет на значение площадиповерхностей экранов и кожуха, поэтому в этом случае он учитываетсяобязательно);- температура на кожухе θ К принимается постоянной и равной 40 0С,что соответствует принятым нормам [52], при этом водоохлаждение кожуха вданном исследовании не рассматривается.Расчет теплового потока проводим по производной формуле из законаСтефана-Больцмана [35]=где q – тепловой поток;44ПК�100� − �100�,(4.1) П – температура печи (садки) в Кельвинах; К – температура кожуха в Кельвинах;R – тепловое сопротивление пакета боковых экранов, равное = 12 + 23 + ⋯ + ,(4.2)Страница | 93где R 12 – суммарное тепловое сопротивление первого и второгоэкранов;кожуха.R nk – суммарное тепловое сопротивление последнего экрана иСумма тепловых сопротивлений пакета экранов R определяетсяколичеством экранов, отношением степеней черноты соседних экранов,площадямиповерхностейсоседнихэкранов(длянесущегоэкрана,соотношением площади экрана и кожуха).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
