Файл: Несенчук, А. П. Тепловые расчеты пламенных печей для нагрева и термообработки металла учеб. пособие.pdf

Г л а в а 2. ТЕМПЕРАТУРНЫЙ РЕЖИМ ПЛАМЕННОЙ ПЕЧИ

Температурный режим печи разрабатывается в соответствии с принятыми температурным и тепловым графиками, которые стро­ ятся в строгом соответствии с параметрами технологических карт тепловой обработки изделия.

Особо важное значение при разработке температурного режима имеет правильный выбор числа температурных зон рабочего про­ странства, . ..... .............. .

2.1. ТЕМПЕРАТУРНЫЙ И ТЕПЛОВОЙ ГРАФИКИ ТЕПЛОВОЙ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛА

При рассмотрении температурного и теплового графиков термо­ обработки и нагрева, а также в последующих главах будут исполь­ зованы следующие обозначения:

U — температура дымовых газов, ° С (Тг, ° К );

tri — температура дымовых газов в расчетном сечении і-й зоны печи, ° С (Тп,° К);

^г.эагр — температура дымовых газов в момент загрузки камерной печи, °С (Гг.загр, °К);

tu — температура металла, °С (Гм, °К);

4ю — температура металла при его загрузке в печь, ° С

(Т’мо.'К);

tm — температура металла в расчетном сечении і-й зоны печи,

(Гмт., °К) (обозначение введено только для камерных печей);

11

Дli — средний температурный напор между поверхностью ме­ талла и газами в і-й зоне печи, ° С (ДТ{, ° К );

Д^нач — начальная неравномерность прогрева металла в расчет­ ном сечении, ° С (АТиЯч, ° К);

ДЛ;он — конечная неравномерность прогрева металла в расчетном сечении (как правило, на выдаче из печи), °С (Д^кон, 0 К).

Выбор числа регулируемых зон, а также геометрических харак­ теристик рабочего пространства во многом определяется характером температурного графика термообработки или нагрева стали.

Температурный график строится согласно требованиям техно­ логии термообработки (нагрева) металла. Чтобы построить такой график, используются данные технологических карт, составленных

Рис. 2.1. Деталь, подлежащая термообработке.

для данного рода тепловой обработки. Из технологической карты выбирается вид обработки (например, закалка полная, отпуск низ­ кий и пр.) и характерные для данного вида обработки температуры металла. Температура продуктов сгорания в разных сечениях печи выбирается или рассчитывается исходя из соображений скорости нагрева, стойкости огнеупоров и в соответствии с технологией тепло­ вой обработки. При разработке температурного графика необходи­ мо четко представлять технологию операции тепловой обработки.

В качестве наглядного примера рассмотрим случай, когда тре­ буется выполнить термообработку шестерни (рис. 2.1), изготовлен­ ной из легированной стали 20ХНР. В соответствии с технологиче­ ской картой термообработки шестерня подвергается следующим видам тепловой обработки: цементации (при температуре операции 940+10° С), ступенчатой закалке [нагрев выше температуры tAC, (940+10)], выдержке при этой температуре и последующему быст­ рому охлаждению в масле МС20 с выдержкой при температуре, несколько большей температуры начала мартенситного преобразо­ вания tu.n [/м.н+(20—30)° С], отпуску низкому при температуре 190+10° С, который применяется для изделий из легированной и углеродистой стали после закалки изделий, подвергнутых цемен­ тации с целью снятия внутренних напряжений и превращения не­ устойчивых структур закаленного состояния в более устойчивые.

Зная производительность печи, вид термообработки и номенкла­ туру деталей, которые могут обрабатываться по одному и тому же температурному графику, можно выбрать тип и число единиц тепло­ механического оборудования, на которых будут выполняться отдель­ ные операции термообработки (цементация, закалка, отпуск). При­ чем, как правило, можно выбрать несколько вариантов термообра­

12

ботки. Например, линия термообработки шестерни (рис. 2.1), может выглядеть так: цементационная печь — закалочная — отпускная печь. Однако такая схема — наименее приемлемый вариант терми­ ческой обработки, так как в ней содержится большое число единиц технологического оборудования. Наиболее рациональным будет такой вариант: цементационная печь — закалочно-отпускной агрегат или цементационно-закалочно-отпускной агрегат (безмуфельный), где в одном устройстве детали последовательно проходят все виды термической обработки. Этот вариант технологической линии обла­ дает рядом бесспорных преимуществ и в последние годы широко внедряется на машиностроительных и автотракторных предприятиях

страны.

Сделав выбор варианта линии тепловой обработки заготовки или изделия и числа единиц теплотехнического оборудования для каждой печи, входящей в линию, определяют число регулируемых зон рабочего пространства.

2.2. ВЫБОР ПАРАМЕТРОВ ТЕМПЕРАТУРНОГО ГРАФИКА ТЕРМИЧЕСКИХ И НАГРЕВАТЕЛЬНЫХ ПЕЧЕЙ

В параграфе рассматривается методика выбора температур металла и дымовых газов в характерных сечениях печи (начало и конец каждой регулируемой зоны), которые при разработке тем­ пературного графика ложатся в его основу.

Температура садки металла всегда задается. Так, если металл перед посадом в печь не подогревается, то температура условно счи­ тается равной 20° С, причем температура в центре и на поверхности изделия принимается одинаковой. Это относится к термическим и нагревательным печам (ковка, штамповка, прокатка).

значно.

Температура поверхности металла на выходе из методической зоны нагревательной печи никогда в справочной литературе одно­ значно не задается. Так, при безокислительном нагреве стали в от­ крытом пламени эта температура обычно составляет примерно

1000° С, зависит от совокупности технологических и режимных фак­ торов и в каждом случае решается по особому. Температура метал­ ла в центре (малоуглеродистая сталь) на выходе из первой зоны является расчетной величиной и при построении температурного графика вначале наносится условно. Если нагревается углеродистая или легированная сталь, то, как правило, температура в центре (іцмі) находится с учетом максимального температурного перепада в сечении (^цмі^500°С), а температура на поверхности рассчиты-

13

Таб л . 2.1. Температуры tАС3 н t ACi для некоторых марок сталей

14