2. Расчет нагрева металла.

2.1 Выбор исходных данных и способа нагрева.

Для проведения расчетов определяются дополнительные данные.

Температура печи: .

Определим температуру изделия на стыке этапов нагрева:

Скорость воздушного потока около изделий: W=20м/с.

При =200теплопроводность воздуха

Кинематический коэффициент вязкости воздуха

Рис 2.1 Схема нагрева в 2 этапа.

В расчет принимается степень черноты поверхности материала (поверхность окислена), степень черноты поверхности печи.

Процесс нагрева будет осуществляться в 2 этапа. На первом этапе нагрев производится постоянным тепловым потоком, а на втором этапе - при постоянной температуре печи (циркулирующего воздуха). Предполагаем, что изделие при нагреве будет термически “тонким”, следовательно, нагрев можно представить в виде графика на рис 2.1.

2.2. Расчет первого этапа.

При выбранных параметрах нагрева определим величину теплового потока на первом этапе . Он равен сумме конвективного и лучистого тепловых потоков:

Конвективный коэффициент теплоотдачи определяется с помощью критериальной формулы: ,

где

Суммарный тепловой поток первого этапа:

Перед продолжением расчетов необходимо уточнить ситуацию, определив величину критерия Био: ; где-половина минимального размера изделия.

Столь малое значение величины критерия Био говорит о том, что при выбранных параметрах нагрева заготовки из сплава АК8 будут иметь практически равномерное поле, то есть будут термически “тонкими”телами. В данном случае нет необходимости определять перепад температур по сечению полуфабриката.

Время нагрева на первом этапе:

Здесь - теплоемкость сплава АК8, средняя на интервале температур первого этапа;

- масса одной детали

-поверхность теплообмена детали.

2.3 Расчет второго этапа

На втором этапе нагрева температура воздушного потока в печи поддерживается постоянной. Изделия нагреваются от до температуры,заданной технологией. Конвективный теплообмен считается постоянным, а лучистый несколько изменяется.

Определим - коэффициент лучистого теплообмена в конце второго этапа.

Время нагрева на втором этапе:

Суммарное время нагрева на двух этапа:

По достижении заданной температуры процесса начинается самая длительная операция – выдержка садки. Время выдержки принимается равным 12 часам.

Для проведения загрузки и выгрузки садки из печи, требуется около 30 мин = 1800с.

Цикл работы печи: или

3. РАСЧЕТ ТЕПЛОВОГО БАЛАНСА ПЕЧИ СТАРЕНИЯ.

Тепловой баланс – сумма затрат тепловой энергии, для выполнения одного цикла.

3.1 Полезное тепло

Это тепло идет на нагрев садки.

где - масса садки.

3.2 Вспомогательное тепло

Это тепло, затрачиваемое на нагрев кассет и прокладок, образующих садку вместе с полуфабрикатами из сплава АК8. Принимаем общую массу кассет и прокладок 50кг. Предположим, что материал, из которого сделаны прокладки и кассеты – сталь 45.

Где - теплоемкость стали 45.

3.3 Потери тепла.

Конструкция печи показана на рис 3.1 – указан поперечный разрез. Для определения потерь тепла необходимо найти коэффициент теплопередачи от рабочего пространства к окружающему воздуху:

Потери тепла через стены:

При загрузке и выгрузке металла тепло теряется излучением через открытую дверцу печи. Принимаем размеры проема

Лучистые потери определяются по формуле Стефана – Больцмана:

Принимается время открытого состояния дверцы 240с.

В связи с тем, что конструкция печей металлоемка, между внутренним и наружным кожухом имеется связь через металлические крепления. Потери через элементы конструкции называют потерями через “короткие” замыкания. Этот вид потерь учитывают, как 20-30% от потерь через изоляцию стен:

В итоге можно составить баланс тепла – затраты на один цикл:

Определим КПД печи:

Рис 3.1. Конструкция печи. 1 — калорифер, 2 — теплоизоляция, 3 - кожух печи, 4 - каркас, 5 - выдвижной под, 6 - вентилятор.