Файл: Несенчук А.П. Пламенные печи для нагрева и термообработки металла учеб. пособие.pdf

металла по сечению. Прогрев слоев, находящихся ближе к средине сечения, происходит медленнее, нежели наружных, в результате че­ го температура в центре будет намного ниже, чем на поверхности. Как уже говорили, существуют предельно допустимые нормы нерав­ номерности прогрева металла по сечению.

Немаловажно знать, что в тонких телах температура металла во всех точках контрольного сечения при нагреве практически оди­ накова и действительные значения Мкоа никогда не достигают, а тем более не превышают допустимых. Последнее приводит к разграни­

п—

где ^ т, — время основного нагрева, по истечении которого на по- І=1 верхности металла будет достигнута температура опе­ рации, заданная технологией (сюда входит время на­ грева в первой зоне, а также в последующих зонах фор­

сированного нагрева):

п—і 2 т і = т і + Т2 + . . . + Т п - і ;

1 = 1

n — общее число зон;

п—і — число зон за исключением зоны выдержки; Твыд— время выдержки. По истечении этого времени неравно­

мерность прогрева металла по сечению должна принять допустимую величину, ч (сек).;

Ттехн — время, необходимое для химического взаимодействия среды с поверхностью металла, происходящего при хи­ мико-термической обработке изделия, ч (сек).

Для проходных термических и нагревательных методических печей при отсутствии насыщения поверхности выражение (6.1) мо­ жет быть переписано

где ті — время основного нагрева, по истечении которого темпера­ тура на поверхности станет равной температуре операции; Твыд — время выдержки металла в камере. Выдержка произво­ дится в той же камере, где происходит основной нагрев.

Для случаев, когда зона выдержки отсутствует (В і< В ікр), выражение (6.1) можно записать:

144

для термических печей

г=і

для нагревательных методических

О способах определения величин 2 ті и т Вы д будет сказано ниже.

6.2. НАГРЕВ МАССИВНЫХ ЗАГОТОВОК (ИЗДЕЛИИ) В РАБОЧЕМ ПРОСТРАНСТВЕ ПЕЧИ

Рассмотрим случай нагревания тела классической формы. Счи­ таем, что нагрев металла соответствует граничным условиям третье­ го рода (рис. 5.6, в).

Действительно, в каждой зоне проходной термической и нагре­ вательной методической печей такие условия могут быть созданы. В проходной термической печи температура в ее зонах выдержи­ вается на определенном уровне в течение всего цикла нагревания изделия, в силу чего нагрев происходит при постоянной температуре продуктов сгорания топлива. Тепловой поток в таких печах по мере роста температуры поверхности металла убывает. Нагревание ме­ талла в первой зоне методической печи, строго говоря, не отвечает граничным условиям третьего рода. Однако если в качестве расчет-

„ ^г.ух_Ь*г1 нои принять среднюю температуру печных газов------ -------, то рас­

чет первой (методической) и второй (сварочной) зон можно выпол­ нять по одинаковой методике. Что касается томильной зоны, то на­ гревание в ней обычно происходит при постоянной температуре поверхности металла, что отвечает граничным условиям второго рода. Если в зоне выдержки поддерживать постоянную температуру газов, то неравномерность прогрева может быть ликвидирована за счет одновременного изменения температуры в средине заготовки и весьма незначительного ее роста на поверхности. При этом пере­ грев поверхности садки по отношению к температуре операции весь­ ма незначителен вследствие установления в печи малого перепада температуры газов над температурой операции, и задача нагрева в этой зоне сводится к монотонному приближению температуры материала к температуре рабочего пространства. В этом случае рас­ чет нагрева металла в зоне выдержки также выполняется при гра­ ничных условиях третьего рода. В дальнейшем будут рассмотрены случаи нагрева при граничных условиях третьего рода.

Рассмотрим нагревание металла в проходной термической или методической нагревательной печи. Нагрев в первой зоне рассчиты­ вается с учетом температур газов и металла, заданных температур­ ным графиком этой зоны, и выполняется следующим образом.

Для первой зоны и средней температуры садки выбираем теплофнзическне характеристики металла: а, ср, X и у. Рассчитав для первой зоны критерий Fob в соответствии с выражением (5.65) за­ писываем

=F(Bi; Fo) составлены раздельно для пластины, цилиндра и шара,

атакже средины и поверхности соответствующей классической формы.

146

Фт. \ Ц

и, используя графики ft - ) = Z*1(Bi; Fo), по известным Віх и Fox

tT2 — температура продуктов сгорания во второй зоне печи;

/„г — температура поверхности заготовки или изделия на выходе из второй зоны.

Численную величину Fo2 находим в соответствии с найденными

сительно тВЬІД, имея в виду, что

ЯТ^выд

Foвыд—

X 2

Складывая ті, Т2 и тВыд, находим общее время нагрева металла в нагревательной методической или проходной термической печи.

Расчет нагрева металла в камерной печи производится так же, но лишь с той разницей, что время ті и т ВЫд относятся не к опре­

деленной зоне, а к камере, где происходит основной нагрев и вы­ держка. Учитывая сказанное, температура печных газов tr при под­ становке в расчетные формулы принимается одинаковой и равной температуре в камере печи. Кстати сказать, по истечении времени основного нагрева п температура в камере печи может несколько снизиться по отношению к ее первоначальному значению и выдерж­ ка металла происходит при более низкой температуре, чем это имеет место при нагреве.

При изменении краевых условий при попадании металла на мо­ нолитный под зоны выдержки fMn=con st расчет нагрева в томиль­ ной зоне выполняется по формуле (5.114).

До сих пор рассматривался нагрев тел классической формы

(-^ -^ 0 ,1 ). Однако в инженерной практике также часто встречают-

А

ся случаи нагревания заготовок или изделий, размеры которых не

X

удовлетворяют условию —^ ^ 0 ,1 . Тогда внутренний теплообмен

А

сильно отличается от рассмотренного ранее (параграф 4.4) и пред­ ложенная методика расчета не может быть сохранена. Нагрев изде­ лий, имеющих произвольную форму, рассчитывается по формулам (5.72) — (5.78).

Заготовка сложной конфигурации в соответствии с методом сечений представляется как состоящая из отдельных тел, имеющих классическую форму. Как и в предыдущем случае, для первой зоны печи находим критерий Ві для всех элементарных тел, пересечение которых дает прямоугольный параллелепипед:

148