Определение времени нагрева металла

Прежде всего, выберем температурный график процесса нагрева. Температура уходящих из печи газов равна 810 ^оС. Температуру в томильной зоне примем – на 50 ^оС выше, чем температура нагрева металла, т.е. 1250 ^оС. Полный принятый график нагрева приведён на рис.5. Методическую зону разделим условно на три участка (рисунок 5) и усредним температуру печи в пределах каждого из них.

Рисунок 5 - Расчетный график нагрева металла

Для предварительного определения основных размеров печи зададимся величиной напряжённости габаритного пода. Равной 300 кгс/(м² ч). При этом площадь пода

.

Выполняем печь с однорядным расположением заготовок; определим её ширину В и длину L:

;

.

По конструктивным соображениям примем высоту томильной, сварочной и конца методической зон соответственно равными 1,3; 2,2 и 0,8 м.

Определение степени развития кладки ω (см.п.2). Средняя высота методической зоны равна 1,5м, следовательно:

;

аналогично:

.

Эффективная толщина газового слоя для определённой зоны печи может быть найдена из выражения

,

где V – объём зоны, м³;

F – суммарная площадь стен, свода и пода данной зоны, м²;

η – поправочный коэффициент, равный 0,9.

Следовательно, для методической зоны с длиной L_м эффективная толщина газового слоя

аналогично:

Определим временя нагрева для I участка методической зоны.

Найдём степень черноты газов ε_г.

;

;

По номограммам (см. приложение А, Б, В) находим

ε_СО2 = 0,12; ε_Н2О = 0,2; β = 1,08;

ε_г = ε_СО2 + ε_Н2О β = 0,12 + 0,2· 1,08 = 0,34.

Принимая степень черноты металла ε_м =0,8, определим коэффициент С_г.к.м. (2):

.

Коэффициент теплоотдачи (3) на первом участке методической зоны будет равен (при t^ср_пов.ме = ):

.

Для определения критерия Вi находим из приложений Г и Д коэффициенты теплопроводности (по средней температуре металла на участке 135 ^оС) и теплоёмкости (по конечной температуре металла на участке 250 ^оС)

λ= 38,25 Вт/(м· К);

с = 0,512 кДж/(кг· К).

Отсюда для одностороннего нагрева критерий будет равен (см. п. 2):

.

Из величины критерия Вi следует, что на первом участке методической зоны заготовки греются как тонкое тело и время их нагрева следует определять по формуле (4):

.

Поскольку тонкое тело греется без перепада температуры по сечению, средняя температура по сечению металла к концу первого участка нагрева составит 250 ^оС.

Определим время нагрева для II участка методической зоны

t_г = 1025^оС; t^ср_пов.ме = .

С помощью номограммы (см. приложение А-В) получим

ε_г = 0,13 + 0,17· 1,08 = 0,31.

.

.

Из приложений Г и Д теплоемкость и теплопроводность металла будут равны:

= 36,8 Вт/(м · К);

с = 0,5675 кДж/(кг· К).

.

Следовательно, на этом участке заготовка греется как массивное тело. Определим величину температурного критерия для поверхности металла (6):

По номограмме для поверхности пластины (см. рисунок 3) по значениям В_i и Ө_пов находим величину критерия Фурье

Коэффициент температуропроводности будет равен:

.

.

Определим температуру центра металла к концу нагрева на втором участке методической зоны, для чего по значениям Fo = 1.2 и Вi = 0,35, пользуясь номограммой для центра пластины (см. рисунок 4), найдём

Өц = 0,7. Следовательно:

.

Определим время нагрева для III участка методической зоны

при и .

Аналогично предыдущей зоне получим:

.

.

.

= 29,2 Вт/(м· К);

с = 0,695 кДж/(кг· К).

.

Определим величину критерия для массивного тела

.

и величину температурного критерия

.

По номограмме (см. рисунок 3) найдём, что Fo =0.4

Отсюда время нагрева

.

Найдём по номограмме (см. рисунок 4) по Fo=0.4, Bi=0.74.

.

.

Таким образом, полное время нагрева металла в методической зоне печи составит

.

Определим время нагрева металла в сварочной зоне

;

;

, .

. Степень черноты газов: .

.

.

Найдём коэффициенты теплопроводности и теплоемкости из приложений Г и Д.

= 27,7 Вт/(м · К);

с = 0,695 кДж/(кг · К)

.

.

.

По номограмме (см. рисунок 3) Fo=1,5

.

Температурный критерий для центра пластины (см. рисунок 4) при Fo=1,5, Bi=1,24 будет равен .

.

Определим время выдержки (томления), пользуясь таблицей 2.

Разность температур по сечению металла в начале выдержки составит

∆ .

Примем допустимую разность температур в конце выдержки равной ∆ .

Тогда величина , а Fo=1.2.

Средняя температура металла в зоне выдержки

.

По этой температуре из приложений Г и Д найдём

= 29,5 Вт/(м· К);

с = 0,68 кДж/(кг · К).

.

Время выдержки будет равно

.

Таким образом, полное время пребывания металла в печи составит

.

Таблица 2 - Расчет выдержки металла при постоянной температуре

поверхности

	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8
Fo	3,2	2,4	1,7	1,2	0,8	0,5	0,45	0,4

5.3 Определение основных размеров печи

Для обеспечения заданной производительности в печи должно постоянно находиться следующее количество металла:

.

Масса одной заготовки равна ;

найдём число заготовок в печи:

При однорядном расположении заготовок

длина печи ;

ширина печи ;

площадь активного пода ;

площадь габаритного пода .

Всю длину печи делим на зоны пропорционально времени нагрева:

длина методической зоны ;

длина сварочной зоны ;

длина томильной зоны .

Напряжённость габаритного пода печи

, т. е. значение Н_г близко к тому, которым задавались при предварительном расчете.

Для расчёта теплового баланса необходимо знать не только размер печи, но и толщину стен, и материал, из которого они выполнены.

Выберем для печи следующую футеровку: свод подвесного типа из шамота класса А и толщиной 300 мм, стены двухслойные (шамот класса А 345 мм и тепловая изоляция из диатомита 115 мм);под томильной зоны трёхслойный(тальк 230 мм, шамот класса Б 230 мм, диатомит 115 мм).

---

Дата добавления: 2015-07-25