Розрахунок нагрівання металу

Нагрівання металу в печі складається з трьохперіодів, кожний з яких ділиться на декілька інтервалів. Розіб’ємо перший період на п'ять інтервалів:

1. Нагрівання від t₀ = 20 °С до t_п1 = 650 °С за умови постійної швидкості нагрівання — С₁ =const = 40 град/год.

2. Витримка при постійній температурі поверхні t_п1 = const = 650 °С.

3. Нагрівання від t_п1 = 650 °С до t_п2 = 1050 °С за умови С₂ = const =

= 60 град/год.

4. Витримка при t_п3 = const = 1050 °С.

5. Охолодження на повітрі.

Нагрівання й охолодження - двосторонні, визначальний размір - радіус циліндричної заготовки.

Значення коефіцієнта теплопровідності приводиться в табл. 2.4.

Тепломісткість стали визначаємо при змісті вуглецю С= 1,235% та надаємо в табл. 2.5.

За даними табл. 2.4 і 2.5 побудовані рис. 2.5 і 2.6.

Щільність стали ρ = 7780 кг/м³.

Робимо розрахунок нагрівання в першому періоді по інтервалах

Табл. 2.4

Значення коефіцієнта теплопровідності стали У12

t, ^0C
Вт/м К	35,6	33,7		28,3	25,6	25,6	27,4

Табл. 2.5

Тепломісткість стали У12

t, ^0C
і, кДж/кг

Перший інтервал (нагрівання від t₀ = 20 °С до t_п1 = 650 °С). Задаємося перепадом температур між поверхнею і центром валка наприкінці першого інтервалу Δt₁ = 100 ⁰С.

Середня температура наприкінці першого інтервалу

600 ⁰C (2.26)

Середнє значення коефіцієнта теплопровідності

31 Вт/м К (2.27)

Температура центра (попередня)

= 650 — 100 = 550 °С (2.28)

Розрахункова теплоємність за інтервал

0,57 кДж/кг К, де (2.29)

340,3 кДж/кг (рис. 2.6)

8,3 кДж/кг (рис. 2.6)

Коефіцієнт температуропровідності

7×10^-7 м²/с (2.30)

Уточнюємо значення . Температура центру (уточнене значення)

580 ⁰С (2.31)

Перепад температур наприкінці першого інтервалу

= 650 - 580 = 70 °С.

Середня температура (уточнене значення)

= 650 - 70 = 615 °С

Тому що = 615 °С незначно відрізняється від t_ср1 = 600 °С, то повторного уточнення не робимо.

Тепловий потік

q = 0.5CRC_p1 ρ = 0,5×0,011×0,415×570×7780 = 10 180 Вт/м², (2.32)

де C = 40 град/год = 0,011 град/с— швидкість нагрівання.

Час нагрівання по тепловій діаграмі

56×10³ c = 15,6 год (2.33)

360,3 – 8,3 = 352 кДж/кг

Розрахунковий час нагрівання τ₁= 56000 с = 15,6 годблизько до заданого по режиму термічної обробки:

56,7×10³ с = 15,7 год (2.34)

Визначення температури газу на початку нагрівання. Відмінною рисою розрахунку теплообміну в печах для термічної обробки є значна роль тепловіддачі конвекцією завдяки відносно низьким температурам нагрівання.

Тепловий потік, переданий від печі до металу, що нагрівається, складається з теплових потоків випромінюванням і конвекцією:

Вт/м² (2.35)

Температуру газу з даної рівності можна визначити методом підбора.

Температура печі на початку нагрівання за умови, що тепло від печі до металу передається тільки випромінюванням,

470 ⁰С (2.36)

Дійсне значення t_піч нижче, тому що тепло передається не тільки випромінюванням, але й конвекцією.

Уточнюємо температуру печі. Визначаємо температуру газу на початку нагрівання t_г0.Приймаємо t_г0 = t_піч0 = 470 °C і визначаємо значення теплового потоку

10232 Вт/м²

Згідно табл. 2.3, при температурі 470 ⁰С С_г.к.м = 2,23 Вт/м².При малорухомому повітрі й t_п1 = 20 ⁰С α_к = 8 вт/м² град. Тому що значення q₀^/ = 10232Вт/м²
близьке до q₀ = 10180 Вт/м², приймаємо температура газу t_г0 = 470 °С

Загальний наведений коефіцієнт теплообміну з урахуванням тепловіддачі конвекцією

3,0 Вт/м² К⁴

Наведений коефіцієнт конвективного теплообміну

3,0 – 2,23 = 0,77 Вт/м² К⁴

Частка конвекційної тепловіддачі від тепловіддачі випромінюванням

0,3 (2.37)

Тому що тепловіддача конвекцією становить 30% тепловіддачі випромінюванням, то не можна зневажити конвекцією або обмежитися надбавкою 10% на тепловіддачу випромінюванням, як у розрахунках високотемпературних печей.

Температура печі на початку нагрівання (уточнене значення)

420 ⁰С

Температура кладки печі

= 2×420 - 470 = 370 °С.

Визначаємо температуру газу наприкінці першого інтервалу. Температура печі за умови, що тепло від печі до металу передається тільки випроміню- ванням

730 ⁰С

Температура газу наприкінці першого інтервалу

750 ⁰С

Визначаємо температуру печі наприкінці першого інтервалу (уточнене значення), приймаючи тепловіддачу конвекцією 15%

720 ⁰С

Температура кладки

2×720 – 750 = 690 ⁰С

Тривалість початкового, періоду

2160 с = 0,6 год (2.38)

Коефіцієнт температуропровідності на початку нагрівання

= 10^-5 м²/с = 0,036 м²/год

Дата добавления: 2015-08-03