1.2 Анализ возможных вариантов расположения деталей в печи.
Для удобства загрузки металла в печь принимаем, что печь имеет выдвижной под. Рассмотрев варианты загрузки печи, выбираем вариант, представленный на Рис. 2.2. В соответствии с этим вариантом вся садка делится на 5 стоп по 20 штук, которые с использованием прокладок и креплений образуют загружаемую единицу – кассету. По длине пода кассеты занимают 525 мм. С учетом зазора между кассетами и расстояний от кассет до стен печи по 250 мм получается длина пода 1025 мм. Ширина пода принята 1700 мм., высота свода над подом 900 мм. Расположение кассет и размеры рабочего пространства печи показаны на Рис. 2.3.
За пределами боковых границ пода, будут находиться каналы-воздуховоды и камера центробежного вентилятора. Вокруг рабочего пространства печи, воздуховодов и калориферов для подогрева воздуха, монтируется кожух. Теплоизоляция печи выполняется из стекловаты. Её свойства выбраны из /3/. Слой теплоизолятора равен 700 мм.
Полученные в эскизном проектировании основные габариты печи, дают основу для проведения тепловых расчетов.
Рис. 2.1 Вариант загрузки печи – садка представляет собой одну стопу.
W
Рис. 2.2 Вся садка в масштабе.
Рис. 2.3 Определение габаритов рабочего пространства печи.
2. Расчет нагрева металла.
2.1 Выбор исходных данных и способа нагрева.
Для проведения расчета нагрева металла необходимо дополнительно к заданию выбрать ряд данных.
Выберем температуру печи:
Определим температуру изделия на стыке этапов нагрева:
Примем скорость воздушного потока около изделий:
При
.
В расчетах примем:
-степень черноты
поверхности металла
-степень черноты
поверхности стенки печи
Процесс нагрева будет осуществляться в 2 этапа. На первом этапе нагрев проводится постоянным тепловым потоком, а на втором этапе – при постоянной температуре печи (циркулирующего воздуха).
Предполагая, что изделие при нагреве будет термически “тонким” телом, нагрев можно представить графиком Рис. 3.
Рис. 3 Схема нагрева в два этапа.
2.2 Расчет первого этапа нагрева.
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:
Суммарный тепловой поток первого этапа:
Перед продолжением расчетов уточним ситуацию. Определим величину критерия Био:
Столь малая величина свидетельствует о том, что при выбранных параметрах нагрева, нагреваемые детали из сплава АК-4, будут иметь практически равномерное поле температуры, т.е. это будут термически “тонкие” тела. В этом случае отпадает задача расчета перепада температуры в изделии.
Определим время нагрева на первом этапе:
Здесь
- теплоемкость сплава АК-4, средняя для
интервала температур первого этапа.
Она определяется с помощью графика
.
G
– масса одной детали, кг;
- поверхность теплообмена детали,
.