2.3 Определение времени нагрева металла в сварочной зоне

Находим степень черноты дымовых газов ɛ_г^св при температуре t_г=1459,06 ^оС.

Парциальные давления CO₂ и H₂O равны:

p_CO2=98,1·0,1114=10,93 кПа;

p_H2O=98,1·0,1634=16,03 кПа;

p_CO2·S_эф^м =10,93·3,9=42,63 кПа·м;

p_H2O·S_эф^м =16,03·3,9=62,54 кПа·м.

По номограммам на рис. 9–11 [2] находим: ɛ_CO2=0,12; ɛ'_H2O=0,19; β=1,06.

ɛ_г^св=ɛ_CO2+β·ɛ'_H2O 2.3.1

ɛ_г^св=0,12+1,06·0,19=0,32.

Приведенную степень черноты сварочной зоны находим по формуле:

, 2.3.2

Степень черноты металла принята равной ɛ_м=0,8.

.

Примем температуру металла в конце сварочной зоны: t_пов^кон=1245 ^оC, t_ц^кон=1145 ^оC.

Средний по длине методической зоны коэффициент теплоотдачи определяем по формуле:

, 2.3.3

Вт/(м²·K).

Находим среднюю по сечению температуру металла в начале сварочной (в конце методической) зоны:

=t_пов- ·(t_пов-t_ц) 2.3.4

=500- ·(500–301,2)=367,49 ^оC.

Находим температурный критерий для поверхности блюмов по формуле:

q_пов 2.3.5

q_пов= .

При средней температуре металла:

2.3.6

^оC.

Согласно приложению VIII [2] находим теплопроводность среднеуглеродистой стали λ=26,2 Вт/(м·K) и температуропроводность а=5,0·10^-6 м²/с.

Отсюда по формуле:

2.3.7

.

По найденным значениям q и Bi по номограммам рис. 17 [2] для поверхности пластины находим критерий Фурье F₀=0,95. Тогда время нагрева металла в сварочной зоне печи равно по формуле:

2.3.8

=2299,0 с.=0,64 ч.

Находим температуру центра блюма в конце сварочной зоны. Согласно номограмме рис. 19 [2] для центра пластины при F₀=0,95 и Bi=2,0 температурный критерий q_ц=0,40. Теперь найдем температуру центра блюма в конце сварочной зоны по формуле:

t_ц^кон=t_Г-q_ц·(t_Г-t_ц^нач) 2.3.9

t_ц^кон=1459,06–0,40·(1459,06–367,49)=1021,72 ^оC.

2.4 Определение времени томления металла

Перепад температур по толщине металла в начале томильной зоны составляет Δt_нач=1245–1021,72=223,28 ^оC. Допустимый перепад температур в конце нагрева составляет Δt_кон=50 ^оC. Степень выравнивания температур равна:

2.4.1

.

При коэффициенте несимметричности нагрева, равном μ=0,55 критерий F₀ для томильной зоны согласно номограмме на рис. 14 (кривая 3) [2] равен F₀=1,15. При средней температуре металла в томильной зоне равной:

2.4.2

^оC.

Согласно приложению VIII [2] находим теплопроводность среднеуглеродистой стали λ=29,7 Вт/(м·K) и коэффициент температуропроводности а=5,57·10^-6 м²/с.

Тогда время томления металла равно:

2.4.3

=2488,11 с.=0,69 ч.

Полное время пребывания металла в печи равно:

τ=τ_м+τ_св+τ_т=1067,65+2299,0+2488,11=5854,76 с.= 1,63 ч.

3. Определение основных размеров печи

Для обеспечения производительности 160 т/ч=44,44 кг/с, в печи одновременно должно находится следующее количество металла:

G=P·τ 3.1

G=44,44·5854,76 =260186 кг.

Масса одной заготовки равна:

g=b·δ·l·ρ, 3.2

где l=4,5 м – длина заготовки,

b=0,3 м – ширина заготовки,

δ=0,2 м – толщина заготовки,

ρ=7850 кг/м³ – плотность заготовки.

g=0,3·0,2·4,5·7850=2120 кг.

Количество заготовок, одновременно находящихся в печи:

n=G/g 3.3

n=260186/2120=123 штук.

При двурядном расположении заготовок общая длина печи равна:

L=b∙n/2 3.4

L=0,2∙123/2=12,3 м.

Площадь пода равна:

F=B·L 3.5

F=9,6·12,3=118,08 м².

Высоты отдельных зон печи оставляем теми же, что были приняты при ориентировочном расчете. Длину печи разбиваем на зоны пропорционально времени нагрева металла в каждой зоне.

3.6

Длина методической зоны L_м= м.

Длина сварочной зоны L_св= м.

Длина томильной зоны L_т= м.