Диссертация (781991), страница 13
Текст из файла (страница 13)
Диаметр первого цилиндрическогоэкрана равен – 0,75 м; высота – 0,9 м. Площадь торцевых экранов равна0,81 м2.Рис. 4.4. Пример экономического расчета в программе STIДля начала проведем расчет основой зоны печи. В программе STIвыбираем расчет «Экранной теплоизоляции» и отмечаем, что форма печи –«цилиндрическая» (рис.4.4). Затем вводим исходные данные: температуру впечи, 0С; диаметр и высоту первого экрана, м.
Выбираем число экранов,установленных в основной зоне печи, равным 5. В появившихся вкладках,выбираем материал для каждого экрана. Для рассчитываемой нами печиустановим в качестве материала первых четырех экранов – молибден; вкачестве пятого – нержавеющую сталь 12Х18Н10Т. После выбораматериалов экранов нажимаем расчет, и в окне программы появляютсяСтраница | 108рассчитанные значения температур на каждом экране, а также мощноститепловых потерь через выбранный комплект теплоизоляции (13,5 кВт). Послепроведения теплового расчета вакуумной печи с экранной теплоизоляцией,появляется возможность выбрать вкладку «Экономический расчет».Далее программа предлагает ввести: стоимость материалов (руб/кг),выбранных в качестве экранов; электроэнергии (руб/кВт×ч), а также выбратьрабочее давление в печи.
Вводим: стоимость молибдена – 6000 руб/кг;стоимость нержавеющей стали – 380 руб/кг; стоимость электроэнергии –3,385 руб/кВт×ч; рабочее давление – 10-3 Па. Итогом экономического расчетаявляется вывод в окне программы: затрат на материалы и электроэнергию,суммарныхзатрат,атакжесрокслужбы,выбранногокомплектатеплоизоляции.Срок службы комплекта теплоизоляции четырех экранов из молибденаи одного из нержавеющей стали составляет – 2836 часов, а суммарныезатраты составляют – 290 056 рублей.Расчет торцевых зон аналогичен. Исключение составляет выбор формыпечи (необходимо поменять цилиндрическую на прямоугольную), а такжеисходный ввод площади экрана (вместо диаметра и высоты).
Остальныедействия полностью повторяют расчет основной зоны печи.Мощность тепловых потерь через каждую торцевую зону составит 5кВт. Срок службы комплекта теплоизоляции также равен 2836 часов, асуммарные затраты на комплект теплоизоляции для одной торцевой зоныпечи равен – 109 025 рублей.Стоит отметить, что в программе имеется возможность моментальноизменять заданные параметры расчета и сравнивать полученные результаты.Это позволяет в короткие сроки оптимизировать выбор комплектатеплоизоляциивзависимостиот измененияценна материалы иэлектроэнергию для любой номинальной температуры в печи.Страница | 109Пример №2.Рассчитаеммощностьтепловыхпотерьдлякомбинированнойтеплоизоляции вакуумной печи сопротивления с номинальной температурой1600 0С.
Площадь поверхности металлического экрана равна – 0,21 м2.Для пользователя программы STI тепловой расчет комбинированнойтеплоизоляции отличается от экранной только вводом значения толщиныслоя засыпки, а также выбором материала засыпки из базы программы.Рис.4.5. Пример теплового расчета комбинированнойтеплоизоляции в программе STIВкачествечислаэкранов,прирасчетекомбинированнойтеплоизоляции подразумевается число экранов после слоя неметаллическойзасыпки.
Для данного расчета выберем четыре экрана (три из молибдена иодин из нержавеющей стали). Толщину слоя неметаллической засыпкиустановим равной 0,025 м, а в качестве материала засыпки выберем Al 2 O 3 .Страница | 110После ввода всех исходных параметров, в окне программы появляютсярассчитанные значения температур на каждом экране (температура первогоэкрана T 1 также равна концу слоя неметаллической засыпки, 1535 0С) имощноститепловыхпотерь(4,1кВт)черезвыбранныйкомплекткомбинированной теплоизоляции (рис.4.5).При всех тепловых расчетах, производимых в программе STI,используется итерационный метод, учитывающий изменения степенейчерноты материалов экранов, а также коэффициента теплопроводностизасыпки от температуры.
В связи с чем, пакет STI позволяет значительносэкономить время на расчеты с постоянным изменением заданныхпараметров.Разработанный программный пакет используется при проектированииновыхВПС,атакжевучебномпроцессепоспециальности«Электротехнологические установки и системы». Для удобства обучениястудентов, в программный пакет включены статьи по данной тематике.Страница | 1114.3. Рекомендации по выполнению экранной теплоизоляции снеметаллической засыпкойОсновным недостатком вакуумных печей сопротивления с экраннойтеплоизоляцией является высокое значение мощности тепловых потерь.
Какбыло показано в главе §3.4, применение неметаллической засыпки позволяетзначительно снизить тепловой поток, а также отказаться от использованиядорогостоящих экранов из тугоплавких металлов.Рис. 4.6. Алгоритм выбора материалов экранов и засыпкикомбинированной теплоизоляцииНа рис. 4.6 представлен алгоритм выбора материалов экранов изасыпки при проектировании комбинированной теплоизоляции. Первым(наиболее горячим) экраном в печи вне зависимости применяется засыпкаили нет, обязательно необходимо устанавливать металлический экран.Материал первого экрана выбирается, исходя из двух параметров:номинальной температуры в печи, а также требований технологическогопроцесса к однородности рабочего пространства.
При номинальнойтемпературе в печи до 1700 0С в качестве первого экрана рекомендуетсяприменять молибден, свыше – вольфрам. В случае если технологическийСтраница | 112процесснакладываетдополнительныетребования(например,притермообработке ниобия или тантала) рекомендуется устанавливать первыйэкран из такого же материала, как и загрузка.Следующим этапом следует выбор материала неметаллическойзасыпки.Какбылопоказанов§3.4,рекомендуетсяприменятьвысокопористые оксидные материалы. При разработке новых вакуумныхпечей с комбинированной теплоизоляцией необходимо руководствоватьсяэкономическими показателями. Увеличение теплоизоляции на 100 мм (по 50мм с каждой стороны) не приведет к значительному увеличению габаритныхразмеров печи.
Поэтому в таком случае можно рекомендовать применятьболее дешевые материалы, в частности циркон. Срок службы комплектатеплоизоляции, как было установлено в §4.1, определяется сроком службынаиболее горячего экрана. При этом замена одного единственного экрана непредставляется возможным.
Возникает необходимость полной заменыкомплекта теплоизоляции. В таком случае, при реконструкции печи,возможно применение неметаллической засыпки с целью повышенияэнергетическойэффективностинагревательногоблокатеплоизоляции.существующейпечиПривозникаетреконструкциипроблемасограниченным пространством рабочей камеры. В связи с этим, можнорекомендовать применение чистого оксида циркония (более дорогого всравнении с цирконом [17]), позволяющего значительно снизить тепловойпоток с применением слоя засыпки всего лишь в пару десяток миллиметров.Заключительным этапом выбора комбинированной теплоизоляции(рис. 4.6) является определение числа и материалов последующих экранов.Основным руководством на этом этапе является значение температуры вконце слоя неметаллической засыпки.
Рекомендуется выбирать толщинузасыпки, таким образом, чтобы не просто снизить значение тепловогопотока, а по-максимуму отказаться от применения дорогостоящих экранов изтугоплавких металлов.Страница | 1134.4. Рекомендации по реализации систем управления вакуумнымипечами сопротивленияВ §§ 2.3,2.4 были разработаны модели различных систем управления,позволяющих организовать «плавный» пуск нагревателей из тугоплавкихметаллов. На этапе проектирования вакуумной печи сопротивлениянеобходимо выбрать один из трех способов ограничения мощности нанагревателях.
Сравним эти способы. При использовании для ограниченияпускового тока трансформатора с переключением ступеней напряженияцелесообразно использовать алгоритм, приведенный на рис. 4.7, которыйвключает в себя следующие операции:- вначале выбирается начальная ступень напряжения, выбирается такимобразом, чтобы бросок тока на первой ступени был ниже, чем припоследующем переключении;-затемобеспечитьподбираетсяминимальныйшагбросокнапряжениятока,атрансформатора,такжеобеспечитьчтобывыходнагревателей на режим за четыре последовательных переключения.Рис. 4.7. Алгоритм выбора и настойки системы управления нагревателямис высоким значением коэффициента электрического сопротивленияСтраница | 114При использовании для ограничения пускового тока в регуляторахтемпературы, включающих в себя обратную связь по току, основнымпараметром для настройки системы является выбор значения «токовойотсечки».
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
