2. Технология нагрева металла

При нагреве стали происходит обезуглероживание, окисление и газонасыщение поверхности заготовки, существенно изменяются структура, физико-механические и теплофизические свойства, при нагреве материалов, например, алюминиевых, магниевых и титановых сплавов эти явления проявляются также в той или иной степени.

Технологически правильно нагреть металл - это значит обеспечить заданный тепловой режим, т.е. прогреть заготовку до установленной температуры с определённой скоростью и обеспечить заданное распределение температуры по объему заготовки. Качество и скорость нагрева зависят от процессов теплопередачи и рабочей камере печи, физико-механнческих и тепло-физических свойств материала заготовки, расположение заготовки на поду печи и др. Производительность печи обычно зависит от скорости нагрева, которую определяет температурный режим в рабочей камере, и в основном - разность температур между греющей средой и металлом, а такте толщина заготовки.

2.1. Теплообмен в печах

Рабочая камера обычной пламенной печи представляет собой замкнутое пространство, ограниченное печными стенками и заполненное раскаленными продуктами горения.

Передача тепла в печи осуществляется конвекцией, излучением и теплопроводностью, которые, находясь во взаимодействии, друг с другом, составляют сложный теплообмен (рис. 1.2).

Основным видом передачи теплоты на поверхность металла в высокотемпературных пламенных печах является излучение, и его доля составляет 75-90 % от суммарной теплопередачи. В печах скоростного конвективного нагрева, где движение печных газов существенно интенсифицировано, доля конвективной составляющей в переносе теплоты может составлять до 50 %.

Теплообмен конвекции имеет решающее значение при температурах ниже 600-700 °С.

Распространение тепловой энергии внутри заготовки происходит за счет теплопроводности, которая зависит от интенсивности подвода теплоты к ее поверхности (внешний теплообмен), теплофизических свойств материала и размеров тела (внутренний теплообмен).

2.2. Теплофизические свойства стали

Температурный режим нагрева слитков и заготовок в широком температурном интервале существенно зависит от теплофизических свойств стали (теплоемкости С, коэффициентов тепло- и температуропроводности и .

В крупных заготовках (слитках) большое значение имеет также и масштабный фактор, который усиливает неравномерность свойств по сечению.

Рис I. Схема теплообмена в рабочей камере нагревательной

пламенной печи:

- излучение, - конвекция,

- теплопроводность.

Рис.2. Схема двухкамерной печи

Теплофизические свойства различных сталей различаются в диапазоне температур 0-750 °С. При более высоких температурах значения теплофизических параметров почти всех сталей сходятся достаточно близко.

Теплофизические свойства магниевых, никелевых, алюминиевых и медных сплавов значительно выше, чем у сталей, и поэтому они нагреваются значительно быстрее.