Период нагрева

I интервал. Измерение температур поверхности метал­ла, кладки и продуктов сгорания показано на рис. 66. Средние за интервал температуры равны

t_m1 =0,5(t_м1^нач+t_м1^кон) =0,5 (600 + 20) = 310° С;

t_г1 =0,5(t_г1^нач+t_г1^кон) = 0,5 (800 + 1150) = 975 °С;

t_k1 = 0,5(t_к1^нач+t_к1^кон) =0,5 (975 + 310) = 642 °С.

Парциальное давление излучающих компонентов про­дуктов сгорания (кПа):

Тогда

= 12,465∙0,864 = 10,769 кПа∙м;

=10,41∙0,864 = 8,994 кПа∙м.

По графикам на рис. 13—15 при t_Г=975°С находим

Учитывая наличие в продуктах сгорания мазута сажис­тых частиц, увеличиваем степень черноты продуктов сго­рания в 2,5 раза ξ_г=2,5, ξ^’_г =2,5*0,21=0,525

Плотность потока результирующего излучения металла находим по формуле:

Принимая степень черноты ме­талла равной ξ_м=0,8 и шамота ξ_к=0,6 находим значение комплексов

Теперь по формуле находим

Коэффициент теплоотдачи излучением в I интервале периода нагрева

Принимая значение коэффициента теплоотдачи конвек­цией равным α^конв = 15 Вт/(м²-К), находим величину сум­марного коэффициента теплоотдачи

α_∑,1= α₁^изл+ α^конв =114,913 + 15 = 129,913 Вт/(м² К)

Нагреваемое изделие является телом сложной формы, образованным пересечением трех бесконечных пластин. Заготовку прямоугольного сечения с b/h≤1.8 можно представить в виде эквивалентного цилиндра с диаметром

d₃ = 1,128 =1.128 = 0,822 м.

Так как нагрев изделия являются со всех сторон, то коэффициент несимметричности нагрева равен μ=0,5 и расчетная толщина

S = μd₃= 0,5 0,822 = 0,411 м.

Критерий Био равен

Значениеλ=39,1 Вт/(м*К) заимствовано из приложе­ния IX при t_М=310°С.

Температурный критерий равен

По номограмме на находим значение критерия Фурье Fo₁=0,35

Продолжительность I интервала периода нагрева

τ_I =Fo_I =0,35 =6650,4с(1,84ч)

где α=8,75*10^-6 м²/с коэффициент температуропровод­ности хромистой стали при t_M=310°C

Найдем температуру в середине заготовки в конце I интервала периода нагрева. Для этого по номограмме на рис. 27 при значениях Bi₁ = 1,25 и Fo₁ = 0,4 находим θ_цент=0,61

Тогда

t_центI =t_г- θ_цент (t_г- t_нач)/2 = 975 - 0,61 (975 - 20)/2 =392,45 °С.

Среднюю по массе температуру заготовки в конце I (в начале II) интервале периода нагрева находим по фор­муле:

t_I-II = (t_пов + t_цент)/2 = (600 + 392,45)/2 = 496,225 °С.

II интервал. Средние за интервал температуры продуктов сгорания и поверхностей металла и кладки равны:

t_мII = 0,5(t_мII^нач+t_мII^кон) =0,5 (600 + 1000) = 800 °С.

t_гII=0,5(t_гII^нач+t_гII^кон) = 0,5 (1150 + 1300) = 1225 °С.

t_кII =0,5(t_кII^нач+t_кII^кон) = 0,5 (1225 + 800) = 1012 °С.

Находим степень черноты продуктов сгорания:

Рсо S_эф = 12,465 0,864 = 10,769 кПа*м

Рн₂оS_эф =10,41 0,864 = 8,994 кПа*м

По графикам на рис. 13—15 при t_Г=1225°С находим:

Тогда

Средняя в II интервале плотность потока результирующего излучения металла:

а с учётом конвективного теплообмена:

α_∑,2= α₂^изл+ α^конв =382,64 + 15 = 397,64 Вт/(м².К).

по номограмме на находим, что F_о11=0,13

Про­должительность периода нагрева II интервала

τ_II =Fo₁₁ = =3766,677с(1,05ч)

Найдем температуру в середине заготовки в конце II интервала периода нагрева. По номограмме на рис. 27 при Bi=6,09 и Fo₁₁=0,13 находим θ^’’_цент=О,87.

Тогда

t_цент = 1225 - 0,87 (1225 — 496,225) = 590,966 °С.

Средняя по сечению температура заготовки в конце II

ин­тервала периода нагрева

t_II-III =0.5(t_пов+t_центр)=0,5 (1000 + 590,966) = 795,483°С.

III интервал. Средние за интервал температуры продуктов сгорания и поверхностей металла и кладки равны

t_м3 =0.5(t_м3^нач+t_м3^кон) =0,5 (1000 + 1250) = 1125 °С;

t_г3 = 0.5(t_г3^нач+t_г3^кон) =0,5 (1300 + 1400) = 1350 °С;

t_к3 =0.5(t_к3^нач+t_к3^кон) = 0,5 (1350 + 1125) = 1237,5 °С.

Находим степень черноты продуктов сгорания:

Рсо S_эф = 12,465*0,864 = 10,769 кПа*м

Рн₂оS_эф =10,41*0,864 = 8,994 кПа*м

По графикам на рис. 13-15 при t_Г=1350°C находим

Средняя в III интервале плотность потока результирующего излучения металла

Коэффициент теплоотдачи излучением в 111 интервале периода нагрева

а с учётом конвективного теплообмена

α_∑,3= α₃^изл+ α^конв =456,988 + 15 = 471,988Вт/(м² К).

тогда

По номограмме на рис. 26 находим, что Fo₁₁₁=0,25. Про­должительность III интервала периода нагрева

τ_III =Fo_III =0,25 _-6=7243,61с(2,01ч)

значения λ=26,8 Вт/(м-К) и α=5,83-10-⁶ м²/с заимст­вованы из приложения IX для хромистых сталей при t = 1100°С.

Найдем температуру в центре заготовки в конце периода нагрева. По номограмме на рис. 27 при Bi=4,96 и Fo_III=0,25 находим θ^III_цент=0,6.

Тогда

t_цент = 1350 - 0,6 (1350 – 795,483) = 1017,29 °С.

Перепад температур по сечению заготовки в конце пе­риода нагрева

∆t_нач=1250-1017,29 =232,83 °С

Общая продолжительность периода нагрева

τ_н=τ_I+τ_II+τ_III=6650,4+3766,677+7243,61= 17660,687 с(4,9ч)