. OBLICZANI CILN ICÓW RZYSTANCYJNYCH iece rezysancyjne sswane są najczęściej d bróbki cieplnej wsadów. rjekwanie akich pieców plega na bliczeniu wyprawy gnirwałej i ermizlacyjnej pieca, mcy sra, mcy elemenów grzejnych insalwanych w piecu, ciepła akumulacyjneg sayczneg i dynamiczneg... iece d pracy kreswej dsawwe dane wejściwe d prjekwania pieców uzyskuje się na pdsawie przebiegu kreślneg cyklu echnlgiczneg raz danych dyczących brabianych części. Cykl echnlgiczny kreślny jes przez emperaurę pcząkwą i kńcwą prcesu (ewenualnie ake emperaury eapów pśrednich i czasy rwania pszczególnych eapów. Obrabiane części kreślne są przez wymiary gabarywe, masę, ciepł właściwe. Ilść energii pbieranej z sieci pdczas cyklu echnlgiczneg raz mc pieca zaleą przede wszyskim d emperaury, jakiej wymaga prces echnlgiczny raz d przebiegu cyklu pracy pieca. Cykle bróbki cieplnej wsadów, najczęściej spykane w prakyce, pkazan na rys. 7.. [skryp sr. 77]. Rysunek 7.a przedsawia przebieg najprsszeg cyklu pracy pieca. Wsad jes nagrzewany d emperaury pcząkwej ' w d emperaury kńcwej '' w w usalnym cieplnie sanie izlacji pieca ( sr cns). Cykl aki zawiera wyłącznie kres nagrzewania, bez wygrzewania knieczneg d wyrównania emperaur. Zazwyczaj aki cykl bróbki sswany jes w piecach d nagrzewania wsadów klrwych przed bróbką plasyczną lub przy harwaniu cienkściennych wsadów salwych. Na rys. 7.b pkazan najczęściej sswany cykl pracy pieca. Zawiera n prócz czasu nagrzewania równie kres wygrzewania wsadów. Taki cykl nagrzewania wykrzysuje się w prcesach harwania, dpuszczania, nrmalizacji raz przy bróbce ciepln-chemicznej. Trzeci rdzaj cyklu pracy (rys. 7.c) sswany jes w piecach d wyarzania meali i ceramiki, spiekania wsadów mealw-ceramicznych, w piecach d wyciągania mnkryszałów raz w przypadkach, gdy prces wymaga pwlneg chłdzenia wsadu w piecu. iece pracujące kresw przy akim cyklu pracy mają bardz niekrzysne wskaźniki eknmiczne. W kresie chłdzenia piec raci duą część energii zakumulwanej w wyprawie w kresie grzania. Sprawnść pieca jes więc niewielka, a energchłnnść prcesu dua.
Takie cykle pracy mgą być sswane przy bróbce cieplnej drgich maeriałów, dla kórych ksz zuywanej energii elekrycznej jes nieisny. Rys. 7. sr.77 skr rzy bróbce cieplnej w piecach pracy ciągłej wsady chłdzne są pza piecem, więc sprawnść pieca i zuycie energii elekrycznej nie zaleą d czasu chłdzenia. W gólnym przypadku, dla cyklu pracy pieca z chłdzeniem wsadu (rys. 7.c), bilans energii jes nasępujący: gdzie: c energia zuya w rakcie cyklu, c energia uyeczna, c u d s, (7.) d energia zuywana na nagrzanie pmcniczych elemenów ardprnych (ksze, pdsawy, mufle, zawieszki), raz gazu, s - całkwie sray cieplne pieca w czasie jedneg cyklu. Ciepł uyeczne u, knieczne d nagrzania wsadów kreśla się na pdsawie zalenści u '' ' ( ), m c (7.) w w w w gdzie: c w średnie ciepł właściwe wsadu, m w masa wsadu, - kńcwa i pcząkwa emperaura wsadu. '', ' w w dbnie kreśla się ciepł d, knieczne d nagrzania ardprnych urządzeń d załadwczych raz amsfer g '' ' '' ' m c ( ) m c ( ), (7.) g g g g g gdzie: m, m g masa pmcniczych urządzeń ardprnych i masa amsfery pieca, c,,c g średnie ciepł właściwe elemenów ardprnych raz amsfery pieca, - kńcwe i pcząkwe emperaury elemenów ardprnych i amsfery '' ' '' ',, g, g pieca.
Całkwie sray cieplne pieca wsadu w piecu) wynszą sr dla cyklu bróbki cieplnej z rys. 7.c (z chłdzeniem sr τ n τ w τ ch Ks sn dτ sw dτ sch dτ slad τ 0 τ n τ w lad, (7.4) gdzie: sn srumień (mc) sra cieplnych przez ścianki pieca w czasie nagrzewania τ n, sw srumień (mc) sra cieplnych przez ścianki pieca w czasie wygrzewania τ w, sch srumień (mc) sra cieplnych przez ścianki pieca w czasie chłdzenia τ ch, slad srumień (mc) sra cieplnych przez wry w czasie ładwania i rzładwania pieca τ lad, K s współczynnik pprawkwy uwzględniający rudne d wyznaczenia sray cieplne. K s,5.. Ilść ciepła przenszneg przez ścianki pieca w czasie chłdzenia jes równa sracie energii zakumulwanej przez izlacje cieplną pieca τ ch τ w sch dτ '' a ''' a, (7.5) gdzie: i - ciepł zakumulwane w izlacji pieca, dpwiadające emperaurm wsadu '' a ''' a (rys. 7.c). '' i ''' w w W czasie pracy pieca w cyklach pkazanych na rys. 7.a, b, izlacja cieplna pieca raci ylk nieznaczną część ciepła zakumulwaneg. Są sray kndukcyjne przez ściany pieca w kresie ładwania i wyładwywania wsadu, a ake sray radiacyjne z wrów pieca. Całkwie sray cieplne pieca Σ sr dla ych cykli wynszą sr τ n Ks 0 sr dτ slad τ lad. (7.6) Zakłada się, e sray cieplne sr w kresie nagrzewania i wygrzewania są równe i wyznacza się je ddzielnie dla pszczególnych fragmenów n - warswwej izlacji, róniących się knsrukcją i maeriałami, z zalenści sr α F w w k b n δ i F i i zi α F z z, (7.7)
gdzie: k, b emperaury wewnęrznej i zewnęrznej ściany pieca, α w α z współczynniki wymiany ciepła między czeniem a dpwiedni ścianą wewnęrzną i zewnęrzną, δ i grubść i-ej warswy izlacji, i przewdnść cieplna właściwa i-ej warswy izlacji, F zi zasępcza pwierzchnia i-ej warswy izlacji, F w, F z wewnęrzna i zewnęrzna pwierzchnia izlacji cieplnej pieca. nergia sra radiacyjnych rład z wrów pieca, ddawana d czenia w rakcie ładwania i rzładwywania, jes równa rlad 4 4 Tk T rlad τ lad K C ε k F τ lasd, (7.8) 00 00 gdzie: rlad srumień (mc) sra radiacyjnych przez wry pieca w czasie ładwania i rzładwywania, τ lad czas ładwania i rzładwywania pieca, K współczynnik przesłaniania wrów pieca, C sała prmieniwania ciała czarneg C 5,67 W/(m K 4 ), ε k emisyjnść pwierzchni ścian kmry pieca, T k emperaura bezwzględna kmry pieca, T - emperaura bezwzględna czenia, F pwierzchnia wru pieca. Wymagana mc pieca p przeznaczneg d pracy kreswej kreślana jes z energii zuywanej w kresie nagrzewania p τ n n. (7.9) Warść wymaganej mcy pieca p naley zwiększyć K p razy. Wówczas mc pieca wynsi K p p (,,5) p. (7.) 4
Współczynnik zapasu mcy K p uwzględnia: mliwść bnienia napięcia zasilająceg, zwiększenie rezysancji elemenów grzejnych z upływem czasu (sarzenie elemenu), mliwść przyspieszania rzgrzewania pieca d emperaury czenia. Im wysza jes emperaura rbcza pieca i im grubsza izlacja cieplna, ym większa jes ilść ciepła zakumulwaneg w wyprawie i ym większy przyjmuje się współczynnik zapasu mcy, aby skrócić czas rzgrzewania pieca d emperaury czenia.... Obliczanie cieplne pieca d pracy kreswej rzed przysąpieniem d bliczeń cieplnych pieca przeznaczneg d pracy kreswej (nieprzelweg), naley uzyskać nasępujące dane wejściwe d bliczeń: Wymiary uyeczne przesrzeni rbczej pieca. Wymiary e muszą uwzględniać największe wymiary zewnęrzne części przeznacznych d bróbki cieplnej w prjekwanym piecu, Znaminwą emperaurę kmry, sanwiącą największą z przewidywanych emperaur cykli echnlgicznych bróbki cieplnej wyknywanych w prjekwanym piecu, Wymagany czas prakyczneg rzgrzewu pieca, Dpuszczalne wymiary gabarywe pieca. Algrym prjekwania pieca rezysancyjneg zsanie przedsawiny na przykładzie pieca kmrweg prspadłścienneg nasępujacych wymiarach uyecznej przesrzeni rbczej pieca (rys.): Szerkść a 00 mm, Wyskść b 00 mm, Głębkść c 400 mm. Temperaura znaminwa w kmrze pieca n 000 C, Temperaura czenia 0 C, misyjnść (spień czerni) budwy ε 0,4. 5
B. Maeriały gnirwałe i ermizlacyjne rzyjmuje się maeriały gnirwałe i izlujące cieplnie dpwiednich właściwściach. Warswa I Maeriał gnirwały MK /40 (Kaalg firmy ROMAT Düsseldrf) Temperaura dpuszczalna di 60 C, Gęsść ρ I 670 kg/m, Ciepł właściwe c wi, kj/(kg K) 0,40 Wh/(kg K), rzewdnść cieplna właściwa I f() [ C] 0 00 00 00 400 500 600 700 800 900 000 I 0,49 0,54 O,68 0,7 0,87 0,94 0,047 0,5 0,56 0,6 0,466 [W/(m K) Warswa II Maeriał ermizlacyjny LM 400 (Kaalg firmy ROMAT Düsseldrf) Temperaura dpuszczalna dii 900 C, Gęsść ρ II 400 kg/m, Ciepł właściwe c wii,04 kj/(kg K) 0,9 Wh/(kg K), rzewdnść cieplna właściwa II f() [ C] 0 00 00 00 400 500 600 700 800 II 0,099 0,07 O,8 0,8 0,49 0,465 0,58 0,7 0,86 [W/(m K) Warswa III 6
Maeriał ermizlacyjny Newherm (Kaalg firmy ROMAT Düsseldrf) Temperaura dpuszczalna diii 500 C, Gęsść ρ III 00 kg/m, Ciepł właściwe c wiii 0,8 kj/(kg K) 0, Wh/(kg K), rzewdnść cieplna właściwa III f() [ C] 0 00 00 00 400 500 III [W/(m K) 0,0474 0,0558 O,0657 0,0767 0,0895 0,04 B. Grubści warsw Załne, w -ym przyblieniu, grubści pszczególnych warsw izlacyjnych pkazan na rysunku Rys. C. Obliczenie pwierzchni syku pszczególnych warsw ściany Ściany bczne S b c 0,5 0,40 0,00 m, S b c 0, 0,4 0, m, S b c 0,4 0,5 0,09 m, S 4 b 4 c 4 0,60 0,605 0,6 m. Trzn i srp S a c 0,5 0,40 0,00 m, 7
S a c 0, 0,4 0, m, S a c 0,4 0,5 0,09 m, S 4 a 4 c 4 0,60 0,605 0,6 m. Ściana ylna S a b 0,5 0,5 0,06 m, S a b 0, 0, 0,096 m, S a b 0,4 0,4 0,68 m, S 4 a 4 b 4 0,60 0,60 0,60 m. D. Obliczenie pwierzchni zasępczych pszczególnych warsw ściany W przypadku ściany płaskiej pwierzchnię zasępczą blicza się jak średnią gemeryczną pwierzchni wewnęrznej i zewnęrznej Ściany bczne S z S z S z S, S 0,00 0, 0,5 m S, S 0, 0,09 0,67 m S. S4 0,09 0,6 0,75 m Trzn i srp S z S z S z S, S 0,00 0, 0,5 m S, S 0, 0,09 0,67 m S. S4 0,09 0,6 0,75 m Ściana ylna 8
S z S z S z S, S 0,06 0,096 0,078 m S, S 0,096 0,68 0,7 m S. S4 0,68 0,60 0,46 m. Wsępne sprawdzenie emperaur syku pszczególnych warsw ściany Wsępneg sprawdzenia emperaur na syku pszczególnych warsw izlacji, a ym samym sprawdzenia pprawnści załnych grubści warsw, dknuje się bliczając srumień cieplny (mc cieplną) przewdzenia przy załeniu dpuszczalnej maksymalnej emperaury budwy pieca z 70 C raz przewdnści cieplnej właściwej pszczególnych warsw niezalenej d emperaury i równej dp gi S I zi n gii S II z z giii S III z n z W W I II W III. Ściany bczne 000 70 000 70 90 0,0 0,05 0,095,058,609,8 5,985 0,466 0,5 0,86 0,67 0,04 0,75. 55,9 W. W sanie cieplnie usalnym n / n /. W WI WII Wbec eg / n W, raz ( W ). / n W Na pdsawie ych zalenści 000 55,9,058 85,59 C, / dpii 9
(,058,609) 000 55,9 57,98 C. / > Z pwyszych bliczeń wynika, e naley zwiększyć grubść warswy II. dpiii Trzn i srp 000 70 000 70 90 0,0 0,05 0,095,058,609,8 5,985 0,466 0,5 0,86 0,67 0,04 0,75 55,9 W. 000 55,9,058 85,59 C, / (,058,609) dpii 000 55,9 57,98 C. / > Z pwyszych bliczeń wynika, e naley zwiększyć grubść warswy II. dpiii Ściana ylna 000 70 000 70 90 0,0 0,08 0,095,559,847,7079 8,654 0,466 0,078 0,86 0,7 0,04 0,46 07,46 W. 000 07,46,559 8,47 C, / (,559,85) dpii 000 07,46 468,7 C. / Z pwyszych bliczeń wynika, e grubści warsw ściany ylnej zsały przyjęe pprawnie. dpiii wórne przeliczenie pprawnści przyjęcia grubści warsw 0
B. Grubści warsw Załne, w -ym przyblieniu grubści pszczególnych warsw izlacyjnych pkazan na rysunku Rys. C. Obliczenie pwierzchni syku pszczególnych warsw ściany Ściany bczne S b c 0,5 0,40 0,00 m, S b c 0, 0,4 0, m, S b c 0,5 0,5 0,8 m, S 4 b 4 c 4 0,7 0,6 0,447 m. Trzn i srp S a c 0,5 0,40 0,00 m, S a c 0, 0,4 0, m, S a c 0,5 0,5 0,8 m, S 4 a 4 c 4 0,7 0,6 0,447 m. Ściana ylna S a b 0,5 0,5 0,06 m, S a b 0, 0, 0,096 m, S a b 0,5 0,5 0,8 m, S 4 a 4 b 4 0,7 0,7 0,504 m. D. Obliczenie pwierzchni zasępczych pszczególnych warsw ściany
W przypadku ściany płaskiej pwierzchnię zasępczą blicza się jak średnią gemeryczną pwierzchni wewnęrznej i zewnęrznej Ściany bczne S z S z S z S, S 0,00 0, 0,5 m S, S 0, 0,8 0,9 m S. S4 0,8 0,447 0,54 m Trzn i srp S z S z S z S, S 0,00 0, 0,5 m S, S 0, 0,8 0,9 m S. S4 0,8 0,447 0,54 m Ściana ylna S z S z S z S, S 0,06 0,096 0,078 m S, S 0,096 0,8 0,64 m S. S4 0,8 0,504 0,76 m. Sprawdzenie emperaur syku pszczególnych warsw ściany Ściany bczne 000 70 000 70 90 0,0 0, 0,09,058,066,44 6,568 0,466 0,5 0,86 0,9 0,04 0,54 4,7 W. 000 4,7,058 850,0 C, / (,058,066) dpii 000 4,7 46,07 C. / Z pwyszych bliczeń wynika, e grubści warsw ścian zsały przyjęe pprawnie. dpiii
Trzn i srp 000 70 000 70 90 0,0 0, 0,09,058,066,44 6,568 0,466 0,5 0,86 0,9 0,04 0,54 4,7 W. 000 4,7,058 850,0 C, / (,058,066) dpii 000 4,7 46,07 C. / dpiii Z pwyszych bliczeń wynika, e grubści warsw zsały przyjęe pprawnie. Ściana ylna 000 70 000 70 90 0,0 0,0 0,0,560,765,5548 7,9 0,466 0,078 0,86 0,64 0,04 0,76 5,8 W. 000 5,8,560 80,7 C, / (,560,765) dpii 000 5,8 9,47 C. / Z pwyszych bliczeń wynika, e grubści warsw zsały przyjęe pprawnie. dpiii Ściany bczne 000 70 000 70 90 0,0 0, 0,09,058,066,44 6,568 0,466 0,5 0,86 0,9 0,04 0,54 4,7 W.