Характеристика тепловых режимов.
Тепловой режим определяется по изменению температуры печи и нагреваемой заготовки и по распределению температуры в сечении заготовки за время перехода из начального (заданного) состояния в конечное (требуемое) состояние.
Нагрев (охлаждение) заготовок очень сложный процесс, т. к. при этом происходит непрерывное изменение механических и физических свойств материала на фоне возникающих температурных (термических) напряжений.
Температура − параметр, отражающий внутреннюю энергию тела, он является главным параметром регламентирующим процессы ковки (штамповки). Различают: температурный интервал ковки, скорость нагрева, температуру рабочего пространства печи с учётом её изменения во времени, равномерность температурного поля и т. д.
Различают следующие виды неравномерности температурных (t˚С) полей:
− по поверхности нагреваемой заготовки;
− по сечению нагреваемой заготовки;
− по объёму рабочего пространства печи.
Температурные поля по времени бывают:
− стационарное t=const;
− нестационарное t=f(τ).
Скорость нагрева (охлаждения) Vн − определяют по изменению температуры печи или поверхности нагреваемой заготовки во времени. Vн может быть переменной в процессе нагрева.
Различают Vн:
− технически возможную;
− действительную;
Действительная Vн < Vн технически возможной.
Температурный режим − изменение t˚С-поля во времени (tпечи, tпов-ти, tсердц. и т.д.).
Измеряют t˚С с помощью термометра, термопары, пирометра и т д.
Качество нагрева определяется соблюдением температурного режима.
Чаще всего используют следующие виды режимов нагрева:
Камерный нагрев Рис. 2.
|
Полуметодический нагрев Рис.3.
|
Методический нагрев Рис.4.
|
Технология ковки слитков и крупных поковок предусматривает многократную температурную обработку включающую:
1. Охлаждение слитка в изложнице после разливки;
2. Охлаждение горячего слитка при транспортировке;
3. Горячая консервация слитков в печах;
4. Нагрев слитков в пламенных печах;
5. Охлаждение при транспортировке нагретой заготовки от печи к прессу;
6. Охлаждение слитка в процессе ковки;
7. Охлаждение слитка при передаче в термическое отделение;
8. Горячая консервация поковок в термических печах;
9. Нагрев и охлаждение поковок в печах для термообработки.
Характеристика тепловых процессов.
Отливка > прокатка > ковка > механическая обработка > термическая обработка.
При исследовании теплофизических процессов различают:
– внутреннюю задачу (1) отвод тепла внутрь нагреваемого тела;
– внешнюю задачу (2) передача тепла на поверхность нагреваемого тела.
При решении задачи 1 упрощают задачу 2 и наоборот. Различают массивные и тонкие тела. При нагреве массивных тел задача 1 важнейшая. При нагреве тонких тел задачей 1 пренебрегают.
В процессе теплообмена имеют место 3 основных вида теплопередачи: лучистый и конвективный теплообмен и теплопроводность.
Связь между параметрами внешнего и внутреннего теплообмена определяется следующими критериями:
Критерий Био
;
Относительная
температура
;
Критерий Фурье
;
где: – α − коэффициент теплопередачи;
– R − размер нагреваемого тела;
– λ − коэффициент теплопроводности материала нагреваемого тела;
– Тс − средняя температура тела;
– Т и Т0 - текущая и начальная температура тела.
При нагреве различают «массивные» и «тонкие» тела (по величине критерия Ві). «Массивность» тела определяется размерными параметрами, условиями передачи тепла на его поверхность и сопротивлением отводу тепла внутрь нагреваемого тела, т.е. теплофизическими свойствами стали. К ним относятся:
− Ср − истинная теплоемкость;
– λ − теплопроводность;
– ρ − плотность;
– ρс − удельное сопротивление;
− Сi − средняя теплоемкость (в заданном интервале температуры).
При нагреве (охлаждении) в заготовках возникают термические напряжения из – за разности температур поверхности и средины заготовки.
Изучаемый курс состоит из следующих основных разделов:
1. Введение. Перспективы развития нагревательных устройств.
2. Печи. Классификация. Основные показатели и требования, предъявляемые к печам.
3. Механика движения газов.
4. Теплопередача.
5. Конвективный теплообмен.
6. Тепловые излучения.
7. Нагрев и охлаждение тел.
8. Расчет времени нагрева и основных параметров процесса нагрева и нагревательных устройств. Тела «тонкие» и «массивные».
9. Процессы при нагреве. Окисление. Обезуглероживание. Внутренние напряжения в нагреваемых заготовках.
10.Основы проектирования печей. Огнеупорные материалы и конструктивные элементы печей. Тепловой баланс.
11.Основы нагрева с использованием электрической энергии.