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

При расчете печи с горизонтальными радиационными трубами угловые коэффициенты можно определить по графику (рис. 8.19, б). Формулы для определения угловых коэффициентов при различном расположении взаимно облучаемых поверхностей приведены в ра­

боте [1].

При нагреве в защитной атмосфере поверхность стали остается светлой. По данным работы [78] степень черноты стали с неокислен­ ной поверхностью в два раза меньше, чем с окисленной, и составляет

Рис. 8.19. Графики для определения угловых коэффициентов:

а — расположение радиационных труб: 1 — радиационная труба; 2 — поверхность садки; 3 — кладка печи; б — графики зависимости между угловыми коэффициентами и относи­ тельным шагом труб

величину 0,4—0,5. Следовательно, лучистый поток тепла к деталям при использовании контролируемых атмосфер уменьшается. Это существенно влияет на время нагрева тонких тел, для которых внут­ реннее термическое сопротивление соизмеримо с внешним. Как вид­ но из графика (рис. 8.20), разница во времени нагрева в защитной атмосфере и на воздухе возрастает с увеличением температуры (т. е. с повышением радиационной доли переноса тепла). Для массив­ ных тел эта разница существенно уменьшается. Так, для образца 0 50 мм при нагреве до 700° С в воздухе и защитной атмосфере она составляет около 10 против 42% для образца 0 25 мм [78].

Крупные детали при химико-термической обработке располага­

поддонах, в ящиках и т. д.). При расчете времени нагрева массы деталей, уложенных вплотную, их можно рассматривать как сплош­ ное тело, характеризуемое коэффициентом эффективной теплопро­ водности ЛЭф. В работе [48] рекомендуются соотношения для расчета

199

эффективного коэффициента теплопроводности засыпки стальных изделий:

1— е ( 1—V) ( 1- е ) '

Рис. 8.20. Опытные кривые нагрева стального цилиндра диаметром 25 и длиной 100 мм [78]:

/ — в воздухе; 2 — в защитной атмосфере

где X' — относительный коэффициент теплопроводности газовой про­ слойки:

,Яг+а'я

к= — і----- ’ лМ

Ям — коэффициент теплопроводности металла; Яг — коэффициент теплопроводности газа, находящегося между

деталями; а' — эффективный коэффициент теплоотдачи за счет внутренне­

го излучения:

5 — средняя толщина газовых прослоек между деталями; Тг — температура газа, находящегося в промежутках между де­

талями;

200

8 — порозность (объемная доля пустот) засыпки деталей:

Р

Рнас и Р — соответственно насыпная и истинная плотности насыпной

массы.

Для расчета теплопроводности газовых смесей, заполняющих пространство печи, правилом аддитивности можно пользоваться лишь в том случае, если близки не только молярные массы компо­ нентов, но и полярности их молекул [79]. В этом случае

где 7, — теплопроводность компонентов смеси; X, — молярные доли компонентов.

Дипольные моменты некоторых неорганических соединений сле­ дующие:

Дипольный момент для Ог, N2, СО2, СН/„ С2Н4 равен нулю [79].

Для расчета коэффициента 7 смеси газов с полярными и не­ полярными молекулами пригодна эмпирическая формула Лемана

где Хпол — сумма мольных долей полярных компонентов смеси. Существенную долю многих контролируемых атмосфер состав­

ляет водород, заметно отличающийся по молекулярной массе от остальных компонентов смеси. Для определения теплопроводности таких смесей может быть рекомендована формула [79]

Значения а для определенного содержания Нг (или Не) берутся по графику (рис. 8.21) или принимаются такими:

В некоторых случаях для расчета теплообмена (или гидравли­ ческого сопротивления) необходимо знать вязкость газовых смесей. Расчет по теоретическим формулам недостаточно точен, так как не­ известны многие входящие в них характеристики [79]. На основе теоретических формул выведены различные полуэмпирические со­

201

отношения, упрощающие расчет и обеспечивающие достаточную точность. Для газовых смесей, находящихся под умеренным давле­ нием, можно рекомендовать эмпирическую формулу Хеннинга и Цнперера:

_ 2 Х{Ц,і у МгДфі

Рис. 8.21. График для определения коэффициента а

Для наиболее часто встречающихся газов произведения фМДф приведены в табл. 8.2.

Формула (8.12) позволяет определить рСм с точностью до 2%.

Коэффициент кинематической вязкости смеси можно опреде­ лять по формуле Манна:

При поверхностном насыщении крупных деталей, расположен­ ных на поду (ленте конвейера, поддоне и т. д.) поштучно, а не сплошной массой (насыпью), рассчитывается время нагрева поверх­

202

ности до температуры насыщения. В этом случае температура по сечению выравнивается уже в процессе насыщения. При обработке засыпки мелких изделий определяется время нагрева центра засып­ ки (деталей, расположенных в глубине слоя).

Рассчитав время нагрева деталей, выдержки и т. д., опреде­ ляют общее время процесса т и вес садки печи р исходя из задан­ ной производительности Р :

р=Р%. (8.14)

Конструктивно определяется расположение деталей в печи, способ их укладки. По этим данным устанавливают размеры рабо­ чего пространства садочной печи (камерной, шахтной). Для нахож­ дения размеров проходной печи необходимо выбрать число рядов, удельную нагрузку на ленту конвейера, на шнековый или вибраци­ онный транспортер, рольганг, вращающийся под и т. д., вес деталей на поддоне (в толкательных печах) и размеры самого поддона. Ширина и высота рабочего пространства проходной печи определя­ ются исходя из размеров садки, приспособлений, транспортных устройств, вентиляторов и т. д. По этим данным нетрудно подсчи­ тать скорость и длину конвейера, число поддонов в печи, интервал толкания и т. д. Общая длина рабочего пространства толкательных печей превышает длину ряда поддонов с учетом их линейного рас­ ширения при нагревании на величину /, необходимую для размеще­ ния захватывающих устройств толкателя и вытаскивателя (обычно /= 1 5 0 —300 мм). Длины отдельных зон должны быть пропорцио­ нальны времени пребывания деталей в каждой из них.

Усилие проталкивания по гладким направляющим можно под­ считать по формуле [73]

где Рбр — вес садки (брутто);

f — коэффициент трения скольжения для сталей, применяю­ щихся в печестроении (табл. 8.3);

£ — коэффициент, учитывающий возможность частичного спе­ кания поддонов с направляющими или коробления, £ = 1 —3 (меньшие значения £ относятся к условиям рабо­ ты в окислительной, большие — в восстановительной ат­ мосфере).

Усилие проталкивания по каткам (шарам), свободно уложен­

То же, но при движении по роликам, вращающимся в неподвижных цапфах диаметром d:

203