3.2. Расчет полезной и вспомогательной мощности

Полезная мощность, т.е. мощность, расходуемая на нагрев загрузки, Вт, определяется для каждой из зон нагрева как

P_пол= C_зgL_зоны (t’’–t’)/(3600 _зоны), (16)

где C_з – удельная теплоемкость загрузки, Дж/(кгºC);g – погонная загрузка, кг/пм; L_зоны – длина зоны, м; t’’ и t’ – температура загрузки в конце и в начале зоны, ºC;  _зоны – время нахождения загрузки в зоне, ч.

Под вспомогательной мощностью понимается мощность, расходуемая на нагрев загружаемых в печь вместе с изделиями металлоконструкций (поддонов и тележек) P_м, а для печей с искусственной атмосферой с P_м суммируется мощность, расходуемая на нагрев газовой атмосферы P_г. Мощность нагрева металлоконструкций, Вт, определяется для каждой зоны как

P_м=С_м g_мL_зоны (t’’–t’) / (3600 _зоны), (17)

где С_м – удельная теплоемкость материала металлоконструкции (поддона), Дж/(кгºC); g_м – погонная масса металлоконструкций, кг/пм. Температура поддона в начале и в конце зоны t’’, t’ принимается равной температуре загрузки.

Погонная масса поддонов, кг/пм, определяется как

g= k_иnG_пд / A, (18)

где n – количество поддонов по ширине печи; G_пд – масса одного поддона (без загруженных в него изделий!), кг; A – геометрический размер поддона в направлении движения (длина), м; k_и – коэффициент, определяемый по ф. (3), учитывающий интервал между поддонами. Масса поддона в форме ящика, открытого сверху, кг, определяется как

G_пд=[A·B+2·(A+B)·H]_м _м, (19)

где A, B, H – длина, ширина, высота поддона, м; _м – толщина материала поддона, м (принимается равной 1,5…2 мм);  - плотность материала поддона (стали), кг/м³.

Мощность нагрева металлоконструкций обычно составляет 15…25 % от полезной мощности.

Мощность нагрева газа рассчитывается для печи в целом, полученное значение распределяется между зонами пропорционально их длине:

P_{г. зоны}= P_{г. печи}L_зоны/L_печи. (20)

Мощность нагрева газа в печи, Вт, определяется как

P_г.печи=С_гυ_г_г(t_п–20)/3600, (21)

где С_г – удельная теплоемкость газа, Дж/(кгºC); υ_г – расход газа, м³/ч; _г – плотность газа, кг/м³; t_п – температура печи, принимаемая равной температуре последней зоны нагрева, ºC. В качестве теплоемкости и плотности газа принимаются средние арифметические табличных значений, полученных при 20 ºC и при t_п.

В качестве защитного газа при термической обработке малоуглеродистых сталей и спекании металлокерамики применяется диссоциированный аммиак или экзогаз, при термической обработке средне- и высокоуглеродистых сталей – эндогаз. Теплофизические параметры (теплоемкость и плотность) диссоциированного аммиака при различных температурах представлены в табл. 1. Основным компонентом экзогаза является азот (более 80 %), и теплоемкость экзогаза можно приближенно принять равной теплоемкости азота [3]. Теплоемкость эндогаза можно приближенно принять равной теплоемкости водорода.

Расход защитной атмосферы, м³/ч, согласно [3] можно оценить как

g_г=0,15E, (22)

где E – производительность печи, кг/ч.

Расход специальной технологической атмосферы (цементационной и др.) определяется требованиями технологического процесса.

Табл. 1