- •Введение
- •1. Обоснование выбора типа печи и источника тепловой энергии
- •2. Расчет нагрева металла
- •2.1. Температурный график нагрева
- •2.2. Расчет интенсивности внешнего теплообмена
- •2.3. Определение продолжительности нагрева заготовок
- •3. Определение основных размеров рабочего пространства и составление расчетного эскиза печи
- •4. Расчет мощности печи
- •5. Определение технико-экономических показателей работы печи
- •6.Выбор и расчет нагревательных элементов.
- •Автоматизация основных операций нагрева и теплового режима
- •Выбор и расчет механического оборудования.
- •8.1 Расчет печного конвейера
- •8.2 Расчет механизма подъема заслонки
- •9. Техника безопасности при обслуживании печи
2. Расчет нагрева металла
Для проведения расчетов нагрева необходимо знать теплофизические свойства нагреваемого тела из стали 40 (в интервале температур от 20 до 1260°С):
λ = 35,8 Вт/(м ∙°С) – коэффициент теплопроводности;
с = 0,591 кДж/(кг∙°С) – средняя теплоемкость;
ρ = 7850 кг/м³ – средняя плотность;
а = 0,023 м² /ч – коэффициент температуропроводности [1].
Для установления границ тонких и массивных тел пользуются критерием Био, характеризующим соотношение между количеством тепла, полученным поверхностью (α), и количеством тепла, отведенным внутрь (λ/S), т. е. между внешним и внутренним теплообменом.
где α – суммарный коэффициент теплоотдачи к телу, характеризующий интенсивность внешнего теплообмена, Вт/м2 ·°С;
λ – коэффициент теплопроводности, Вт/м ·°С;
S – расчетная толщина нагреваемого тела (изделия), м.
Расчетная толщина нагреваемого тела
где μ – коэффициент несимметричности нагрева (при двустороннем нагреве μ = 0,5);
δ – диаметр нагреваемого тела (изделия), δ = 0,085м.
Для определения суммарного коэффициента теплоотдачи используем формулу
, Вт/м2 ·K,
где tп – температура печных газов, °С
где – конечная температура нагрева поверхности заготовок,
принимаем =1260°С для стали 40 по табл. 3.10 [1].
Вт/м2 ·°С.
Тогда
В термическом отношении тело считается массивным, если соблюдается условие Bi ≥ BiКР (BiKР = 0,5). При Bi ≤ 0,25 имеем область тонких тел, при 0,25 < Bi < 0,5 – переходную область. В данном случае 0,25 < 0,47 < 0,5, т.е. тело находится в переходной области.
При нагреве металла под обработку давлением по технологическим соображениям перепад температур по сечению изделия не должен превышать 50°С и ориентировочно может быть выбран: при нагреве высоколегированных сталей любой толщины ∆tK0H = 100δ, при нагреве прочих марок сталей толщиной менее 0,1м, ∆tK0H = 200δ.
Тогда ∆tK0H = 200δ = 200 · 0,085 = 17°С.
Так как данное тело относится к переходной области, то для нагрева заготовок применяем двухступенчатый режим нагрева.
2.1. Температурный график нагрева
Температурный график нагрева под горячее формообразование – основа теплового конструкторского расчета печи. По графику выбираем необходимые для расчета значения температуры продуктов сгорания и нагреваемой садки.
Температурный график (рис. 3.1) строим в координатах t – τ.
В контрольных сечениях условно откладываем значения температуры продуктов сгорания , а также температуры на поверхности заготовки , , и в её геометрическом центре , ,.
Температура .
Точки , , наносим на график как заведомо известные.
Температуры , равны температуре операции [1, табл 3.10].
Значение температуры на поверхности садки в момент её выдачи из печи находим по выражению
Температуру выразим из уравнения:
.
Нам необходимо определить . Для этого найдем сначала температурный критерий .
По номограмме Будрина находим число Фурье для поверхности цилиндра.
По номограмме Будрина для центра цилиндра по числу Фурье и Био находим число безразмерной температуры центра:
Найдем ориентировочное время нагрева .
где - время выравнивания температур
Находим время выравнивания температур.
,
где - коэффициент, выбираемый по графику в зависимости от степени выравнивания температур и формы тела.
,
где и разность температур по сечению тела.
[8, рис.89].
Рис. 3.1 – Температурный график нагрева заготовок.