10.5.1.6. Расчет электродов печей-ванн.

Расчет электродов печей-ванн сводится к выбору геометрических параметров электродной группы и типа трансформатора.

Для проведения расчета необходимы следующие данные:

- состав расплава;

- рабочая температура расплава;

- эскиз рабочего объема ванны;

- ориентировочные размеры электродной группы.

Расчет проводят в следующем порядке:

1. Определяют потребляемую мощность ванны

, (10.37)

где P_пол - полезная мощность ванны;

P_т.п - суммарные тепловые потери.

, (10.38)

где G_и - масса изделий, единовременно загружаемых в ванну;

с_и - средняя за период нагрева удельная теплоемкость материала изделий;

t_ин и t_ик - начальная и конечная температуры нагрева изделий;

 - время нагрева.

, (10.39)

где P_ф - потери теплопроводностью через футеровку (рассчитываются как и для печей сопротивления);

P_о.з - потери излучением и конвекцией с открытого зеркала расплава (как открытый проем);

k₁ - коэффициент, учитывающий потери через электроды, подвески для изделий, а также увеличение потерь, связанные со старением футеровки (принимается равным 1,3 – 1,4).

2.По величине P_потр определяют установленную мощность ванны

, (10.40)

где k₂ - коэффициент запаса мощности, учитывающий колебания напряжения в сети (принимается равным 1,3 – 1,4).

3. Определяют сопротивление объема расплава с погруженной парой электродов

, (10.41)

где th – гиперболический тангенс ( );

R_э – сопротивление электродов

;

h – длина рабочей части электрода;

S – площадь поперечного сечения электрода;

_э – удельное электросопротивление материала электрода при рабочей температуре;

R_р – сопротивление расплава.

Сопротивление расплава определяют по следующей методике. Рабочий объем делят (рис. 30) на две части вертикальной плоскостью А-А, проходящий через оси симметрии электродов.

Рис. 30. Определение сопротивления расплава.

Отдельно рассчитывают сопротивления R_p1 и R_p2 каждой из частей. Порядок их нахождения одинаков, поэтому рассмотрим определение R_p1.

,

где: R_o - сопротивление объема расплава, заключенного в пространстве между электродами:

- для круглых электродов

, (10.42)

- для прямоугольных электродов

; (10.43)

_р – удельное электросопротивление расплава при рабочей температуре.

Коэффициенты k_x1, k_y1, k_z1 учитывают влияние ширины, длины и глубины ванны на сопротивление расплава

(при расчете k_x2 берется x₂), (10.44)

. (10.45)

Расчетные коэффициенты C, k, n зависят от соотношения l/d для круглого сечения и от соотношения h/d и l/d для прямоугольного сечения и берутся из справочника (приложение 19).

Коэффициент k_y принимается равным 1 (для ванн с электродами прямого сечения) или 0,9-1 (для ванн с электродами круглого сечения, причем k_y=0,9 при y/l2 и k_y=1 при y=l+d).

4. определяют напряжение рабочей ступени трансформатора

. (10.46)

Если рассчитанное значение U не соответствует паспортным данным трансформатора, необходимо скорректировать геометрические размеры электродной группы и провести повторный расчет.

Некоторые рекомендации по выбору размеров ванн:

- расстояние от низа электродов до дна тигля берется в зависимости от зазора между электродами

Z - h = (2,5-3)S, (10.47)

где S – зазор между электродами: берется в пределах 18-25 или 50-70 мм (чаще по первому варианту).

Электродные ванны питают обычно током от понижающего трансформатора напряжением 8-30 В. Зная необходимую мощность печи, количество электродов и напряжение на них, определяют силу тока, приходящуюся на один электрод, и сечение его должно быть таким, чтобы сила тока не превышала 1 А на 1 мм² сечения.