2.1. Тепло идущее на нагрев металла:
=
G
(
)
,Вт
(
.ф.15.8),
где
G – масса садки печи, кг;
- конечная и
начальная среднемассовая температура
металла, составляет 950
и 20
;
= 0,544 кДж/кг К, средняя теплоемкость металла в интервале температур от ( .с.463);.
G
= 240
0,8
= 120 кг, где
240 – количество деталей в садке, g = 0,5 кг – вес одной детали;
= 120 (950 - 20) 0,544 = 60710 Вт.
2.2. Тепло, теряемое в окружающее пространство через кладку печи:
=
,
Вт (
.ф.15.14),
где
- удельный тепловой
поток через кладку, кВт/
;
- площадь теплоотдающей поверхности кладки, ;
=
,
Вт/
(
.ф.11.51)
Из справочника
выбираем материал для футеровки, основным
критерием для выбора материалов является
максимальная температура использования
и используемая среда, предусмотренная
технологическим процессом в данном
случае среда углеродосодержащая, для
проведения газовой цементации.
Для данного процесса
футеровка состоит из трех слоев, каждый
слой выбирается по ГОСТ 21736 – 76. (
.табл.3
– 36,3 – 37).
Первый слой: керамо – перлитовое изделие КП – 350, второй слой: шамотный легковес ШЛ – 0,4, третий слой: корундовый легковес КЛ – 1,3. Кожух - углеродистая сталь. Размер и форма каждого слоя выбирается по ГОСТ 8691 - 58. ( .с.51, рис.9). Эскиз футеровки можно увидеть на рисунке 2.
Рисунок 2. ( .с.62)
=
1300
;
= 0,087 + 0,186
Вт/м
=
1150
;
= 0,100 + 0,296
Вт/м
=
800
;
= 0,710 – 0,118
Вт/м
Назначаем температуру на внутренней и наружной поверхности стенки
= 1000
и
= 100
.
Определяем
коэффициент теплопроводности
при температуре
= 100
по рисунку (
.11.19).
= 14,8 кВт/ ;
Рассчитываем тепловой поток через 1 стенки:
= 14,8 (100 - 20) = 1184 Вт/ .
В соответствии с
максимальной температурой эксплуатации
материалов футерованной стенки назначаем
температуру границы между первым и
вторым слоем
= 800
,
а между вторым и третьим
= 650
.
Определяем термические сопротивления слоев по ( .11.52):
/Вт;
/Вт;
/Вт.
Находим средние арифметические температуры слоев и рассчитываем по ним средние коэффициенты теплопроводности:
;
;
,
Вт/м
;
Вт/м
;
Вт/м
.
Определяем расчетные величины толщины слоев по формуле:
,
(
.11.53)
м;
м;
м.
В соответствии с ГОТС назначаем толщины слоев:
м,
м,
м.
Рассчитываем площадь теплоотдающей поверхности кладки:
Площадь поверхности можно увидеть на рисунке 3.
Рисунок
3
=
= 2,2608 + 1,1304 = 3,3912
.
= 1184
3,3912
= 4015,3 Вт.
2.3. Потери тепла на нагрев транспортирующих устройств:
= G
(
)
,
Вт (
.с.159),
где
G – масса транспортирующего устройства, кг;
- конечная и начальная среднемассовая температура металла транспортирующего устройства, составляет 950 и 20 ;
= 0,544 кДж/кгК, средняя теплоемкость металла транспортирующего устройства в интервале температур от . ( .с.463)
В данном случае транспортирующим устройством является приспособление, типа этажерка из стали 36Х18Н25С2, на которое выкладываются детали и загружаются в печь. Диаметр этажерки D1 = 600 мм, высота диска h = 10 мм, количество этажерок одновременно загружаемых в печь р = 10 шт. На этажерке имеются отверстия для циркуляции науглероживающей атмосферы, количество отверстий составляет n = 44 шт, диаметр отверстия d1 = 20 мм. Этажерки крепятся на штырь из стали 36Х18Н25С2, диаметр которого d2 = 40 мм и длинной l = 1200 мм.
Определим массу транспортирующего устройства:
G
=
(
+
),
кг
= 7850 кг/
- плотность металла;
- объем этажерки, ;
- объем штыря, .
Определим объем этажерки:
= 10
,
=
-
,
=
,
=
= 0,00028
,
=
,
=
= 0,00000031
.
Определим объем 44 отверстий в этажерке:
= 44 0,00000031 = 0,000014 ,
Теперь находим полный объем этажерки:
= 0,00028 – 0,000014 = 0,000266 ,
= 10 0,000266 = 0,0027 .
Определим объем штыря:
=
,
=
= 0,0015
.
G = 7850 (0,0027 + 0,0015) = 33 кг.
= 33 (950 - 20) 0,544 = 16971,5 Вт.