2 . Температурный режим нагрева металла.
Под режимом нагрева подразумевают характер изменения температуры печных газов и металла во времени. Характер температурного режима нагревательной печи определяется пластичностью материала, массивностью нагреваемых изделий, начальным и требуемым конечным состоянием металла, конструктивными особенностями печи.
При трехступенчатом режиме имеются три теплотехнические зоны: методическая, сварочная и томильная.
Трёхступенчатый режим нагрева металла.
–
начальная температура
металла (10°С)
–
температура
уходящих газов (800°С)
–
температура
сварочной зоны (1350°С)
–
конечная температура
поверхности металла (1220°С)
–
температура газов
в томильной зоне (1270°С)
–
конечный перепад
температур по сечению слитка (45°С)
–
температура
поверхности металла
–
температура
середины материала.
3.Нагрев металла.
3.1 Методическая зона.
Одним из факторов, лимитирующих скорость нагрева металла, являются термические напряжения, обусловленные разностью температур. Наружные, более нагретые слои, стремятся расшириться и находятся, поэтому в сжатом состоянии. Внутренние, более холодные слои, подвержены при этом растягивающим усилиям. Если эти напряжения не превосходят предела упругости, то с выравниванием температуры по сечению термические напряжения исчезают. Сталь (за исключением некоторых специальных марок) обладает упругими свойствами до температуры 450 500 0С, выше этой температуры переходит в пластическое состояние. Следовательно, температурные напряжения должны учитываться до перехода металла из упругого состояния в пластическое. Поэтому рекомендуется медленный (методический) нагрев заготовок до тех пор, пока температура центра не превысит 500 0С.
3.1.1 Расчет коэффициента теплоотдачи в методической зоне.
1) Найдём парциальное давление поглощающих компонентов смеси:
2) Ширина рабочего пространства печи (формула 2.1 [1])
где: l – длина заготовки
n – число рядов заготовок в печи
3) Эффективная длина луча:
–
высота рабочего
пространства печи в методической зоне.
4) Определим степень черноты газов: (По табл. П3 и П4 [1])
–определены при
температуре уходящих газов (800°С)
5)
Определим интегральный коэффициент
излучения (формула 3.9 [1]):
6) Определим угловой коэффициент излучения кладки на металл:
7) Определим приведённый коэффициент излучения от продуктов сгорания на металл с учётом тепла, отражённого от кладки печи на металл (формула 3.39 [1])
εм = 0,8 – коэффициент теплового излучения материала (табл. П2 [1]);
с0 = 5,67 Вт/(м2·К) – коэффициент излучения абсолютно чёрного тела;
8) Удельный тепловой поток
Тм – температура поверхности металла, К
Тг – температура уходящих газов, К
9) Определим коэффициент теплоотдачи в начале методической зоны:
10) Коэффициент теплоотдачи в конце методической зоны:
при температуре в конце методической зоны 1350 °С: (По табл.П3 и П4 [1])
11) Определим приведённый коэффициент излучения от продуктов сгорания на металл с учётом тепла, отражённого от кладки печи на металл (формула 3.39 [1] )
12) Удельный тепловой поток
13) Определим коэффициент теплоотдачи в конце методической зоны:
14)
Определим средний коэффициент теплоотдачи
по крайним значениям в начале и в конце
зоны:
3.1.2 Нагрев металла в методической зоне.
1) Определим среднюю температуру газов в зоне:
2)
Средняя температура металла в зоне:
– температура поверхности металла (10°С – в начале, 600°С – в конце зоны)
k1 = 1 – для пластины
tсер – температура середины металла (10°С – в начале, 500°С – в конце зоны)
3) По этой температуре находим коэффициент теплопроводности материала (по таблице I – 51 [2]).
4) коэффициент температуропроводности:
где: 
(по таблице I – 52 [2])
(по таблице I – 55
[2])
5) Вычислим число Био:
где: δ 0,5S
S 210 мм – толщина заготовки
6)
7)
Определяем число Фурье: (по рис.П.1.[1]):
8)
По Bi
и Fo
используя номограмму П2 [1], находим
9) Используя номограммы П3 и П4 [1], определим температурный критерий:
10)
11) Уточним температуру на поверхности и середине материала:
Полученные значения температур незначительно отличаются от принятых (не более 15…20 °С).
12) Определим время нагрева в методической зоне:
