2. Определение времени нагрева металла и размеров печи

Определим время нагрева заготовок. Расчет ведем по методике, описанной в [1].

1.1.ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЗМЕРОВ ПЕЧИ

Температуру уходящих газов из печи примем С, а максимальную температуру в печи на 50⁰С выше, чем конечная температура нагрева металла 970⁰С.

Зная производительность и вес одной заготовки, можно определить количество металла, одновременно находящихся в печи:

G=P*τ=500*0.84=425 кг

Вес одной заготовки:

, кг

где - плотность стали ШХ15;

- объём заготовки.

кг

Рис. 1. Эскиз детали

Определим количество заготовок, одновременно находящихся в печи:

                                    

Выберем температурный график нагрева (рис. 2).

Рис. 2. Температурный график нагрева

Диаметр печи м

Высота печи ;

;

Рис. 3. Схема расположения заготовок в печи

Определим степень развития кладки ,

где - теплоизлучающая поверхность кладки, ;

- тепловоспринимающая поверхность металла, ;

Эффективная толщина газового слоя для печи может быть найдена из выражения:

, м

где - объём печи, ;

- суммарная площадь стен свода и пода, ;

- поправочный коэффициент, равный 0.9.

2.1 Определение времени нагрева металла за первый период

Найдём степень черноты газов при t_г ^ср= 760 ^оС: .

Парциальное давление газов при этой температуре:

;

По номограммам [3] находим 0.13; 0.2.

где =1.08;

Принимая степень черноты металла =0.8, определим приведённый коэффициент излучения газов и кладки на металл:

;

=5,7 - коэффициент излучения абсолютно черного тела

;

Коэффициент теплоотдачи излучением будет равен:

;

где - температура газа в печи, С

- температура металла, С

( берутся средние значения для данного участка, т. е. С, С)

;

Находим критерий Био:

,

где - толщина нагреваемого металла, м (S=0.05м);

- коэффициент теплопроводности, ;

При С, .

Следовательно, на данном периоде тело греется как термически тонкое.

Определим время нагрева.

ч;       ч.

2.2 Определение время нагрева металла за второй период

Средняя температура печи- С; Парциальное давление газов при этой температуре

; ;

По номограммам [3] находим 0.14; 0.16.

;

;

;

Следовательно, в этот период тело греется как термически тонкое.

По номограмме [3] по значениям Bi и находим величину критерия

.

Коэффициент температуропроводности

ч;      ч.

Определим температуру центра металла, для чего по значениям и Bi=0,1 пользуясь номограммой [3] для центра пластины найдём безразмерный температурный критерий для центра

;

Следовательно

;

Поскольку конечные температуры поверхности и центра металла отличаются всего на 40⁰С, то такой режим нагрева будем считать приемлемым.

Таким образом, полное время нагрева металла в печи составит:

.