4.1. Режим нагрева заготовок
В данной курсовой работе расчет нагрева заготовок проводится в предположении:
- симметричного температурного поля в заготовке в зонах с двусторонним обогревом (на участках I и II')
- постоянной температуры газов в сварочной зоне (на участке II)
Рис. 4 Режим нагрева металла:
I - методическая зона; II - сварочная зона:
II' - участок с двусторонним
обогревом,
- участок с монолитным подом, tг
– температура газа; tп
– температура поверхности; tc
- температура середины; tм
– массовая температура; tп.ниж
– температура нижней поверхности.
4.2. Расчет внешнего теплообмена в рабочем пространстве печи
Целью расчета внешнего теплообмена является определение приведенного коэффициента излучения от газов и кладки на металл.
Расчет приведенного коэффициента излучения от газов и кладки на металл проводится для верхней части рабочего пространства печи, для нижних зон значение коэффициента излучения принимается таким же.
Для проведения расчета необходимо определить размеры рабочего пространства печи.
Ширина рабочего пространства:
D = n·l + (п +1) ·∆l , м,
где n - число рядов заготовок, одновременно перемещающихся в рабочем пространстве печи;
∆l - расстояние между рядами движущихся заготовок или между торцами заготовок и боковыми стенками печи, м (∆l = 0,25 – 0,3 м);
l - длина заготовки, м.
Обычно число рядов принимают из конструктивных соображений равным одному или двум, имея в виду, что отношение длины к ширине печи должно быть порядка 5 - 6 ( в некоторых случаях до 8 - 10). По данным В. А. Кривандина, если в печи одновременно находится менее двухсот заготовок, применяется однорядное расположение, а если более 400, то печь выполняют трехрядной.
Среднюю высоту рабочего пространства печи в сварочной зоне определяют из выражения h/D = 0,35 – 0,55 или по практическим данным:
в сварочной зоне - hсв = 1,8 – 2 м;
в методической зоне - hмет = 1,2 – 1,5 м.
Площадь пода печи в сварочной и методической зонах:
Fсв = D·Lсв, м2; Fмет = D·Lмет, м2,
где Lсв, Lмет – соответственно длины сварочной и методической зон, м.
Внутренняя поверхность стен и свода в сварочной и методической зонах:
=
(2·hсв + D)
Lсв, м2
;
=
(2·hмет + D)
Lмет, м2.
Суммарная поверхность кладки и металла, окружающих газовый объем:
=
+
Fсв, м2 ;
=
+
Fмет, м2.
Объем заполняемого газом рабочего пространства в сварочной и методической зонах:
Vсв = hсв· Fсв, м3; Vмет = hмет Fмет, м3.
Средняя эффективная длина луча в сварочной и методической зонах:
,
м;
,
м.
(9)
Степень черноты газов
в сварочной и методической зонах
определяется по приложениям 5 и 6.
Параметром на графиках является
произведение парциального давления
газов на среднюю эффективную длину
луча.
Парциальное давление газов:
,
Па;
, Па.
(10)
Температуру газов в сварочной зоне tсв считаем постоянной, предварительно принимаем на 50 °С выше температуры поверхности металла в конце нагрева.
Средняя температура газов в методической зоне:
tмет = 0,5· (tсв + tyx), °С,
где tyx - температура уходящих газов (tyx = 800 – 1000 °С).
Степень черноты продуктов сгорания для сварочной и методической зоны определяется по формулам:
;
(11)
где β - поправочный коэффициент, учитывающий совместное действие CO2 и Н2О (определяем по приложению 7).
Угловой коэффициент излучения кладки на металл в сварочной и методической зонах:
(12)
Общая степень черноты системы газ-кладка-металл:
в сварочной зоне:
;
(13)
в методической зоне:
.
(14)
Степень черноты металла
= 0,8.
Приведенный коэффициент излучения от газов и кладки на металл:
(15)
(16)
По найденным значениям
и
находим
его среднее значение
Вт/(м2·К4),
(17)
которым пользуются при дальнейших расчетах.