2.1Температурный режим нагрева металла

3.Нагрев металла.

2.1 Методическая зона.

Одним из факторов, лимитирующих скорость нагрева металла, являются термические напряжения, обусловленные разностью температур. Наружные, более нагретые слои, стремятся расшириться и находятся, поэтому в сжатом состоянии. Внутренние, более холодные слои, подвержены при этом растягивающим усилиям. Если эти напряжения не превосходят предела упругости, то с выравниванием температуры по сечению термические напряжения исчезают. Сталь (за исключением некоторых специальных марок) обладает упругими свойствами до температуры 450  500 ⁰С, выше этой температуры переходит в пластическое состояние. Следовательно, температурные напряжения должны учитываться до перехода металла из упругого состояния в пластическое. Поэтому рекомендуется медленный (методический) нагрев заготовок до тех пор, пока температура центра не превысит 500 ⁰С.

2.1 Расчет коэффициента теплоотдачи в методической зоне.

1) Найдём парциальное давление поглощающих компонентов смеси:

Примем =100кПа

2) Ширина рабочего пространства печи

В = n∙L + (n+1)∙σ ,м

В=2∙4+(2+1) ∙0,3=8.9м

где: l – длина заготовки

n – число рядов заготовок в печи

3) Эффективная длина луча:

– высота рабочего пространства печи в методической зоне.

4) Определим степень черноты газов:

–определены при температуре уходящих газов (tнач 810, tкон 1200°С) 5)Определим интегральный коэффициент излучения:

ε_СО2^мет. = 0,125; ε_Н2О^мет. = 0,22

ε_н = ε_СО2 + ε_Н2О·β=0,125+0,22∙1,1=0,368

6) Определим угловой коэффициент излучения кладки на металл:

7) Определим приведённый коэффициент излучения от продуктов сгорания на металл с учётом тепла, отражённого от кладки печи на металл

ε_м = 0,8 – коэффициент теплового излучения материала;

с₀ = 5,67 Вт/(м²· ) – коэффициент излучения абсолютно чёрного тела;

8) Удельный тепловой поток

Т_м – температура поверхности металла, К

Т_г – температура уходящих газов, К

9) Определим коэффициент теплоотдачи в начале методической зоны:

10) Коэффициент теплоотдачи в конце методической зоны:

при температуре в конце методической зоны 1200 °С:

ε_СО2^мет. = 0, 102; ε_Н2О^мет. = 0,167.

ε_к = ε_СО2 + ε_Н2О·β=0,102+0,167∙1,1=0,286

11) Определим приведённый коэффициент излучения от продуктов сгорания на металл с учётом тепла, отражённого от кладки печи на металл

12) Удельный тепловой поток

13) Определим коэффициент теплоотдачи в конце методической зоны:

14) Определим средний коэффициент теплоотдачи по крайним значениям в начале и в конце зоны:

_{3.1.2 Нагрев металла в методической зоне.}

Определим зависимость для максимально допустимой разности температур :

1) Определим среднюю температуру газов в зоне:

2) Средняя температура металла в зоне:

– температура поверхности металла (20°С – в начале, 600°С – в конце зоны)

k₁ = 1 – для пластины

t_сер – температура середины металла (20°С – в начале, 500°С – в конце зоны)

3) По этой температуре находим коэффициент теплопроводности материала

λ = 41 Вт/(м°С)

4) коэффициент температуропроводности:

где: с = 428 Дж/(кг°С)

ρ = 7810 кг/м³

5) Вычислим число Био:

где: δ = 0,5S

S = 220 мм – толщина заготовки

6)

7) Определяем число Фурье::

8) По Bi и F_o используя номограмм у, находим

9) Определим температурный критерий:

10)

11) Уточним температуру на поверхности и середине материала:

12) Определим время нагрева в методической зоне: