Определение времени нагрева изделий в печах периодического действия

Страницы работы

9 страниц (Word-файл)

Содержание работы

1.3 Определение времени нагрева изделий в печах периодического действия

1.3.1 Нагрев теплотехнически “тонких” изделий

Время нагрева тонкого изделия в электрической печи периодического действия зависит от начальной температуры изделия и мощности печи    (рис. 1.11).

Процесс нагрева разбивают на два этапа.

Первый этап - от начала нагрева до достижения в камере печи заданной температуры - характеризуется тем, что вследствие низкой температуры садки она поглощает всю выделяющуюся в камере печи полезную мощность и нагрев изделий осуществляется при постоянном тепловом потоке. Тепловой поток, воспринимаемый единицей поверхности нагреваемых изделий, определяется по формуле

qP = ( PP - PPOT )·1/ FM,

где PP - мощность печи; PPOT - мощность тепловых потерь печи; FM - тепловоспринимающая поверхность изделий.

Для высокотемературной печи уравнение теплопередачи примет вид:

qP = CPR ,

Здесь CPR - приведенный коэффициент излучения, определяемый по формуле (1.15).

Конец первого и начало второго этапа характеризуются достижением заданного значения температуры рабочего пространства. Температура теплотехнически тонких изделий в этот момент времени в соответствии с формулой ( ) составляет:

,

Количество тепла воспринимаемого изделием за период первого этапа, qPFMt1, где t1 - длительность первого этапа. Это тепло пойдет на нагрев изделия от начальной температуры tM¢ до tM², поэтому:

qPFMt1 = G c (tM² - tM¢),

и, следовательно,

t1 = ,

где G - масса изделий; с - средняя удельная теплоемкость.

Для определения t1 необходимо задаться значением теплового потока ( qP ). Рациональное использование мощности достигается в тех случаях, когда температура загрузки в конце первого периода нагрева (tM²) составляет 80...90 % от заданной температуры нагрева (tM²).

В случае, когда известны размеры печи и неизвестна её мощность, удельный тепловой поток может быть определен из выражения:

qP = CPR[(TP/100)4 - (TM²/100)4] + 10 (TP - TM²),

где TP ;TM² - температура соответственно печи и изделия в конце первого периода нагрева, K.

По достижении печью заданного значения температуры начинает работать терморегулятор, поддерживая её неизменной, а потребляемая мощность печи при этом снижается. Таким образом, в течение второго этапа нагрев изделий будет осуществляться при постоянной температуре .

Для низко- и среднетемпературных печей время нагрева во втором периоде (этапе) можно рассчитать по следующей формуле :

t2 = ,

где G - масса нагреваемых изделий, кг; tM² и tM - температуры нагреваемых изделий соответственно в начале и конце второго периода нагрева, °С; tP  - температура печи во втором периоде нагрева, °С ; с - средняя удельная теплоемкость загрузки во втором периоде нагрева, Вт/ м2 K; aS - суммарный коэффициент теплоотдачи во втором периоде нагрева (при ТP = const), Вт/ м2 K; FM - тепловоспринимающая поверхность загрузки, м2.

Для высокотемпературных печей (при преобладании лучистого теплообмена) время нагрева на втором этапе определяется по следующей формуле:

t2 = ,

где  - функция отношения температуры загрузки к температуре печи, значения которой могут быть вычислены по формуле :

 .

Для нахождения значений температурной функции можно также пользоваться графиком, приведенным на рис. 1.7.

1.3.2. Нагрев теплотехнически “массивных” изделий

График нагрева в печах периодического действия теплотехнически массивных изделий приведен на рис. 1.12.

Как и в предыдущем случае процесс нагрева разбивается на два периода: первый период - нагрев при постоянном тепловом потоке, второй - нагрев при постоянной температуре печи.

Длительность первого периода (при qP = const) для бесконечной пластины толщиной 2S определяется по формуле:

t1 = t¢ + t² = ,

Для бесконечного цилиндра радиусом R

t1 = t¢ + t² = ,

где a = - коэффициент температуропроводности, м2/ с; t¢ - начальный период нагрева, к концу которого в изделии устанавливается регулярный режим, характеризующийся постоянным перепадом температуры между поверхностью и центром изделия, т.е. при Dt = t¢POB - t¢центр = t²POB - t²центр = const ; t² - время нагрева изделия в регулярном режиме, с; t¢POB, t¢центр - температура соответственно поверхности и центра изделия, конца начального и начала регулярного режима, °С; t²POB - температура поверхности изделия в конце первого периода нагрева, °С; g - плотность металла, кг/ м3.

Для бесконечной пластины:

POB = 1,27 qP S / 2l + tMH,

центр = 0,27 qP S / 2l + tMH .

Для бесконечного цилиндра:

POB = 1,5 qP R/ 2l + tMH,

центр = 0,5 qP R/ 2l + tMH .

Температура поверхности изделия к концу первого периода нагрева может быть определена из выражения:

t²POB - tMH = 100 .

По достижении поверхностью изделия температуры t²POB закончится первый период нагрева. В дальнейшем нагрев изделия осуществляется при постоянной температуре печи ( TP ).

Продолжительность нагрева изделий на втором этапе t2 до заданной температуры t² можно определить с помощью графиков Д.В. Будрина . При этом относительные температуры QPOB и Qцентр определяют из выражений:

QPOB = ,

Qцентр = ,

Похожие материалы

Информация о работе