Експлуатаційні характеристики печей

Електрична енергія відноситься до енергії високої якості, тому використання її для нагрівання (перетворення у теплову) має бути обгрунтованим. Серед підстав для обгрунтування є такі:

· термічні операції не можуть бути здійснені в інших типах печей чи інакшим чином,

· необхідність досягнення високих значень температур, які не досягаються в інших типах печей,

· необхідність точного (прецизійного) регулювання та підтримування температури, що важко досягти в інших печах,

· проведення технологічних операцій у захисному середовищі,

· необхідність досягти високої чистоти та якості виробів і т.п.

У ході термооброблення у електричних печах потрібно прагнути до ефективного використання енергії, тобто до збільшення термічного ККД

де W_теор – теоретично необхідна кількість енергії для технологічного процесу, W_теор = сGt_м; с – середня теплоємність; G – маса матеріалу садки; t_м – різниця кінцевої t і початкової t₀ температури садки; α – коефіцієнт тепловіддачі з зовнішньої поверхні F; t_п – різниця температур між поверхнею t_ст.зн і довкіллям t_довк; τ – час тривання електротермічного процесу.

Аналіз ефективності енерговикористання діючої електротермічної установки проводять порівнянням (співставленням) фактичної витрати енергії з нормальним електробалансом, прийнятим для даного типу електротермічної установки. Питомі теоретичні витрати енергії для процесу нагрівання і плавлення металів можна визначити за графіками рис. 4.1. Питома енергія плавлення металів наведена у табл. 4.1.

Нормальний енергобаланс камерної резистивної печі має такий вигляд:

· тепло, використане для нагрівання садки – 60%;

· втрати тепла через стіни і завантажувальне вікно – 30%;

· втрати з тарою – 6%;

· втрати в електромережі – 4%

разом 100%

Таблиця 4.1.

Питома теплота (енергія) плавлення металів при атмосферному тиску

Рис. 4.1. Теоретичні витрати енергії для нагрівання та плавлення металів залежно від температури нагрівання

Камерні (шахтні) печі з втратами тепла понад 30% необхідно виводити з експлуатації для ремонту чи модернізації.

За час тривалості одного циклу енергія теплових втрат складається з втрат протягом окремих етапів (див.рис.3.1):

W_втр = Q_втрτ_ц = Q_{втр.роз}τ_роз + Q_{втр.витр}τ_витр + Q_втр.охτ_ох + Q_втр.пτ_п

Серед складових втрат найбільше значення мають втрати через стінки печі. Втрати за час розігрівання печі (рис. 3.1, а) з холодного стану t₁ до робочої температури t₂ через стінки можна розрахувати за формулою

,

де Q₁, Q₂ – тепловий потік через площу стін печі при температурі t₁ і t₂.

Якщо піч періодичної дії працює з короткочасною перервою τ_п на вивантаження і завантаження садки, то внутрішня температура стін печі знижується на Δ t незначно (рис.3.1,б), тому й тепловий потік втрат через стіни печі можна вважати умовно сталим. У такому режимі споживана електрична енергія з мережі витрачається на поповнення втрат тепла через стінки, вікно завантаження, отвори тощо.

За умови використання двопозиційного ручного чи автоматичного регулювання кількість втрат тепла пропорційна часу увімкнення τ_ув у циклі нагрівання τ_ц:

W_втр = Q_втр · τ_ув/τ_ц,

де τ_ув – сумарна тривалість увімкненого стану печі; τ_ц – тривалість циклу термооброблення.

Середня потужність печей періодичної дії оснащеної терморегулятором за один цикл складає близько 85% від максимальної потужності Р _мах. Оскільки частина цієї потужності витрачається на покриття втрат Р _втр, то максимальна годинна продуктивність печі дорівнює:

(кг/год)

де – паспортна потужність печі (на працюючій печі її можна виміряти ватметром); – потужність втрат; В – теоретична витрата тепла на нагрівання виробів до необхідної температури ((кВт·год)/кг). Значення В можна визначити за рис. 4.1.

Таблиця 4.2.

Питомі теплові втрати через стіни печі

Мінімальні витрати електроенергії на годинну продуктивність можна розрахувати за формулою

((кВт·год)/кг).

Наприклад, якщо в печі розігріваються сталеві вироби до температури 850⁰С, номінальна потужність печі 75 кВт, а потужність втрат 17 кВт, то годинна продуктивність печі

(кг/год),

де В = 0,17 (кВт·год)/кг з рис. 4.1. для заліза ().

Мінімальні питомі витрати енергії в печі

(кВт·год)/кг.

Реально потужність печей, що знаходиться у тривалій експлуатації знижується внаслідок зниження напруги живлення мережі, старіння нагрівних елементів (збільшення їх опору) тощо. Тому піч необхідно оснащувати стабілізаторами або регуляторами напруги, а у разі суттєвого збільшення опору нагрівника замінити його новим.