Время нагрева металла в печи

Кроме температуры и скорости большое значение имеет время нагрева, так как, зная значения температуры и времени нагрева удобнее наблюдать и контролировать режим нагрева металла. Также значение времени нагрева связывает между собой размеры и производительность печей.

Время нагрева металла зависит от следующих факторов:

1) факторы, определяющие собой внешний теплообмен, т. е. теплоотдачу от печных газов и обмуровки к поверхности металла. К их числу относят: температуру печи, металла в начале и конце периода нагрева, излучательную способность печных газов и обмуровки, размеры рабочего пространства печи.

Количество тепла, передаваемое излучением от раскаленных газов и кладки металлу, можно рассчитать по формуле В. Н. Тимофеева:

,Вт (1)

Величину С_{г. к. м} называют приведенным коэффициентом излучения газов и кладки на металл.

При условии, что потери через кладку печи равны количеству тепла, получаемому от газов путем конвекции:

, Вт/(м² · К⁴) (2)

Для расчета нагрева металла в печах необходимо знать суммарный коэффициент теплоотдачи к поверхности металла

Коэффициент теплоотдачи конвекцией имеет значение для низкотемпературных печей. Коэффициент теплоотдачи излучением необходимо учитывать для средне и высокотемпературных печей, т. е. для большинства печей. Он равен

, Вт/(м² · К) (3)

Т_г и Т_м – соответственно температура печных газов и температура поверхности металла, К;

- степень черноты газов;

- степень черноты металла, принимают равной 0,8;

- степень развития кладки.

Численное значение приблизительно равно отношению суммарной внутренней поверхности всех стенок и свода печи к воспринимающей тепловое излучение поверхности металла.

,

где Н – высота печи,

В – ширина печи, В = + 2а,

- длина заготовки.

2)факторы, определяющие собой внутренний теплообмен, т. е. характеризующие передачу тепла теплопроводностью от поверхности металла внутрь его. К ним относят: теплопроводность и теплоемкость металла, его толщина и химический состав.

При нагреве по толщине металла возникает перепад температур, величина которого тем больше, чем быстрее греется металл. При одних и тех же условиях нагрева перепад температур тем больше, чем толще нагреваемая заготовка. Иногда и массивная заготовка может нагреваться как тонкое тело, так что не будет возникать существенный перепад температур. Это происходит в тех случаях, когда заготовка греется медленно. Тепловая «массивность» определяется соотношением внешнего теплового сопротивления и внутреннего теплового сопротивления металла . Величины внешнего и внутреннего сопротивления тела объединены в критерии Био

,

где S – толщина нагреваемой заготовки.

При Вi < 0,25 нагреваемая заготовка относится к тонким телам. Тогда время нагрева металла определяют по уравнению

, ч (4)

где с – теплоемкость металла, кДж/(кг·град);

М – масса находящегося в печи металла, кг;

F – поверхность металла, воспринимающая тепло, м²;

α – коэффициент теплоотдачи к поверхности металла, Вт/(м² · К);

t_п – температура печи, ° С;

t_м.нач и t_м.кон– начальная и конечная температура металла, ° С.

При Вi > 0,5 тела ведут себя как массивные. В пределах значений Вi от 0,25 до 0,5 находится переходная область; при таких значениях Вi целесообразнее вести расчет тела как массивного.

При расчете времени нагрева массивных изделий искомую величину определяют из критерия Фурье , значение которого получают в результате всего предшествующего расчета. Для определения времени нагрева из номограмм Д. В. Будрина (рисунок 2) необходимо найти величину критерия Фурье. Предварительно нужно определить величину температурного критерия Ө и критерия Вi. При определении значения Вi, а затем и времени нагрева из критерия Fo необходимо правильно выбирать расчетную толщину нагреваемой заготовки. При двухстороннем нагреве (методические печи с нижним обогревом) в качестве расчетной толщины надо брать половину истинной (геометрической) толщины. При одностороннем нагреве на монолитном поду печи необходимо учитывать полную толщину заготовки. Важно также правильно выбирать такие величины, как коэффициент теплопроводности металла , поскольку теплопроводность зависит от температуры металла, которая изменяется в течение всего периода нагрева.

В силу этого теплопроводность металла следует брать по средней его температуре за весь период нагрева. Теплоемкость металла берут по конечной температуре нагрева металла.

Для определения значения Fo из точки на ординате (рисунок 2), соответствующей найденному значению Ө, проводят горизонтальную линию до пересечения с линией Вi, соответствующей найденному значению этого критерия. Из полученной таким образом точки пересечения двух линий опускают перпендикуляр и на абсциссе читают искомое значение Fo. По найденному значению Fo определяют время нагрева

(5)

В пределах значений Вi от 0,25 до 0,5 находится переходная область; при таких значениях Вi целесообразнее вести расчет тела как массивного.

Несколько сложнее выглядит расчет времени нагрева для печей с постоянной во времени, но переменной по длине рабочего пространства температурой. К их числу относят так называемые методические печи.

В этом случае весь расчет следует вести по следующим этапам.

Дата добавления: 2015-07-25