7.4.1. Потери тепла через экранную изоляцию.
В вакуумных печах футеровка иногда отсутствует и для уменьшения тепловых потерь применяют экраны, чаще всего несколько – так называемую «систему экранов».
Тепловым экраном называется тонкий (0,2–0,5 мм) лист из высокотеплопроводного материала, установленный между двумя телами, имеющими разные температуры.
При
наличии экранов между двумя телами с
разными температурами лучистый поток
уменьшается в зависимости от числа
экранов
,
коэффициентов лучеиспускания, их
материалов и площадей расчетных
поверхностей.
В этом случае в расходной части теплового баланса печи вместо потерь тепла теплопроводностью через кладку необходимо учесть потери тепла излучением через экранную изоляцию, состоящую из экранов
,
(7.18)
где:
–
температуры тел, между которыми
установлены экраны, К;
–
приведенные
коэффициенты лучеиспускания
-того
и (
)-го
тела;
–
расчетные
площади поверхностей лучистого
теплообмена. Для плоских и концентрических
поверхностей
(и т.д.).
Первым
телом считается нагреваемой изделие,
(
)-ым
– кожух вакуумной печи.
Порядок расчета потерь тепла излучением через экранную изоляцию тот же, что и потерь тепла через кладку печи.
Проверка температур экранов производится, соответственно, по формулам:
(7.19)
и т.д.
7.5. Потери тепла через отверстия в футеровке.
– потери теплоты излучением через отверстия. Эти потери происходят вследствие лучеиспускания при открытых дверцах или через щели печи. Они определяются следующим образом:
(7.20)
где:
– степень черноты внутренней поверхности
футеровки (
,
а при малом отверстии -
);
– коэффициент
диафрагмирования, определяемый в
зависимости от толщины стены и размеров
отверстия (приложение 8);
– площадь
отверстия, м²;
– абсолютные
температуры печи и окружающей среды.
Потери
тепла через отверстие, закрытое
металлической дверцей, значительно
меньше, чем при открытой дверце. Они
считаются также, только вместо коэффициента
берется коэффициент
.
При двойных дверцах этот коэффициент
уменьшается в 2 раза.
Особенно велики в печах-ваннах с открытым зеркалом. Поэтому их надо закрывать крышками и открывать лишь для загрузки и выгрузки изделий на минимальное время.
Потери тепла через отверстие определить можно и по другой формуле (если доля потерь тепла конвекцией велика и ей нельзя пренебречь):
(7.21)
где:
(формула Доброхотова для определения
потерь тепла через отверстие конвекцией
- действительна до 900 °С);
–
высота
отверстия , м;
– ширина
отверстия, м.
Потери через периодически открываемую дверцу (то есть через отверстие, открывающееся периодически, например, через загрузочное окно, закрываемое дверцей печи) определяются в среднем по циклу работы печи:
(7.22)
где:
- потери тепла через отверстие, когда
оно закрыто ( определяется как потери
через футеровку дверцы, т.е. как через
стенку);
-
время, в течение которого отверстие
закрыто;
;
-
время, в течение которого отверстие
закрыто.
Если футеровка стенки и дверцы одинаковая, то можно подсчитать как
,
(7.23)
где:
– площадь
отверстия;
– площадь
стенки, в которой расположено отверстие.
В
ряде случаев, особенно когда невозможно
отверстие закрыть хотя бы на какое-то
время, для уменьшения потерь тепла через
отверстие применяются свободно
подвешенные шторки (рис. 10). Можно считать,
что каждая такая шторка уменьшает потери
вдвое.