1.4.2. Анализ решения дифференциального уравнения теплопроводности

В теории теплопроводности известна формула для расчета продолжительности нагрева термически тонких тел:

,

где — коэффициент формы. Для пластины = 1, а для цилиндра = 2.

s-толщина нагрева, s=R-при нагреве цилиндрических заготок;

c-средняя удельная теплоёмкость;

p-средний удельный вес;

a-средний коэффициент передачи тепла на поверхность нагреваемой заготовки

t_печ-температура рабочего пространства печи;

t_нач.-начальная температура заготовки;

t-конечная температура заготовки.

Из этого уравнения видно, что время нагрева или охлаждения термически тонких тел пропорционально s или R, т. е. линейному размеру тела, и что при s = R цилиндр нагревается или охлаждается в 2 раза быстрее пластины. Этими уравнениями можно пользоваться до значений Bi 0,25.

Уравнение пригодно и для тел другой формы, если ввести в него соот­ветствующее значение величины .

Знание времени нагева и основных размеров нагреваемой заготовки позволяет осуществить компановку заготовок на поду печи и определить размеры пода и рабочего пространства печи.

Переходим к выбору огнеупорных и строительных материалов, а затем и компановке печи.

1.5.Огнеупорные материалы

1.5.1. Основные классификационные признаки огнеупорных материалов

Неметаллические материалы с огнеупорностью не ниже 1580 °С называют огнеупорными. Они предназначены для использования в тепловых агрегатах и устройствах в качестве за­щиты от воздействия высоких температур и агрессивных сред (газовых, жидких, твердых).

В зависимости от специфики производства, изделия из огнеупоров должны быть достаточно прочными, обладать высокой температурой плавления, не разрушаться при резких изменениях температуры, не взаимодействовать со шлаками и газами, иметь нужную тепло­проводность, точные размеры и требуемую форму. Многочислен­ность требований и сложность их выполнения обусловили создание большого числа различных видов огнеупоров. Это определяет необ­ходимость их классификации. В настоящее время огнеупоры под­разделяют по ОСТ 1446 на огнеупорные изделия (формованные), имеющие определенную геометрическую ферму, размеры, и неформованные огнеупоры.

В зависимости от области применения огнеупоры подразделяют на два вида: общего назначения и для определенных тепловых агре­гатов и устройств.

Огнеупорные изделия по специальным признакам классифици­руют в зависимости от способа упрочнения, способа формования, по форме и размерам и от способа дополнительной обработки огне­упоров.

При этом огнеупорные изделия в зависимости от способа упроч­нения бывают:

- бетонные, которые состоят из огнеупорного заполнителя, связки (ги-дратационной или химической) и пластифицирующих добавок, регулирующих скорость схватывания и твер­дения; структурообразующих добавок и т. д.. Они обретают заданные свойства в результате твердения при нормальной температуре или нагреве не выше 600 °С;

- безобжиговые, которые состоят из огнеупорных компонентов и связки (коагуляционной или органической). Они обретают заданные свой­ства при сушке или коксовании при температуре не выше 600 °С;

- обожженные, подвергнутые спеканию в процессе обжига при температуре, обеспечивающей заданные свойства;

- горячепрессованные, подвергнутые спеканию в процессе прессования;

- из расплава затвердевшие.

В свою очередь, огнеупорные бетонные и безобжиговые изделия подразделяют в зависимости от типа связки.

Огнеупорные изделия в классификации по специальным призна­кам подразделяют также в зависимости от способа формования. Полусухим способом формования изготовляют изделия из порошко­образных, малопластичных или непластичных масс (в том числе из плавленых материалов) методами механического, гидравличе­ского, изостатического прессования, вибропрессования, трамбова­ния, виброуплотнения и т. п.

Изготовляют огнеупорные изделия из пластических масс пла­стическим формованием (выдавливанием, допрессовкой, термопла­стическим прессованием и др.); литьем и вибролитьем из текучих масс; горячим прессованием. Сюда же относят плавленолитые огне­упоры и пиленые из естественных горных пород или предварительно изготовленных блоков.

По форме и размерам огнеупорные изделия (с учетом их массы) подразделяют на прямые нормальных размеров 230 X (114; 115) X (65; 75) мм; клиновые нормальных размеров 230 X (114; 115) X 65 (55) X 65 (45) X 75 (65) X 75 (55); мелкоштучные разного на­значения массой преимущественно менее 1 кг; фасонные изделия простой, сложной и особосложной конфигурации; прямые и клиновые специальные изделия; изделия имеющие другие элементы слож­ности (пазы, шпунты, отверстия, криволинейные поверхности и др.); рулонные и листовые изделия; блочные изделия массой от 10 до 1000 кг; крупно­блочные изделия массой свыше 1000 кг.