Расчет времени нагрева, выдержки и охлаждения при проведении термической обработки

Страницы работы

Содержание работы

Введение

Определение времени нагрева, выдержки и охлаждения при проведении термической обработки необходимо для расчета количества потребного оборудования и производственных площадей, численности основных и вспомогательных рабочих. От точности определения технологического времени зависят технико-экономические показатели цеха, отделения, участка, уровень производительности труда и себестоимость термической обработки.

Так, например, общее время нагрева tобщ при окончательном нагреве под закалку складывается из времени сквозного прогрева до заданной температуры tс.п. и времени изотермической выдержки при этой температуре tи.в.:

tобщ = tс.п. + tи.в.

Величина tи.в. зависит от химического состава стали и не связана с геометрическими размерами изделия, tс.п.  от размеров и конфигурации изделия, типа нагревательного устройства и среды нагрева, а также от химико-физических свойств стали (состав, теплопроводность и др.).

Изотермическая выдержка представляет собой время, необходимое для завершения фазовых превращений и растворения карбидов, интерметаллидов и других фаз.

В простых углеродистых и низколегированных сталях это время сравнительно невелико (1мин) и при нагреве средних и крупных изделий им обычно на практике пренебрегают. Для высокохромистых, быстрорежущих, жаропрочных и других высоколегированных сталей и сплавов это время может составлять до 2-4 мин и его необходимо учитывать.

Основные условные обозначения в теплотехнических расчетах

R или S 

-

радиус или толщина нагреваемого тела, м.

L

-

длина, характерный размер, м.

ƒ

-

площадь поперечного сечения, м2.

F

-

поверхность, м2.

V

-

объем, м3.

G

-

вес, кг.

W

-

скорость, м/с; «водяное число», Дж/ч׺С.

t

-

время, ч.

Tc

-

температура окружающей среды (печи, воды, масла), ºС или К.

tc или Тср

-

средняя температура тела, ºС или К.

t0 или Т0

-

начальная температура тела, ºС или К.

tц или Тц

-

температура центра (оси) тела, ºС или К.

tп или Тп

-

температура поверхности тела, ºС или К.

tм.к. или Тм.к.

-

конечная температура тела (металла), ºС или К.

Q

-

количество тепла, тепловой поток, Дж или Вт.

g

-

удельный тепловой поток, Вт/м2.

g

-

удельный вес, кг/м3.

C

-

константа или приведенный коэффициент излучения, Вт/м2×К4.

l

-

коэффициент теплопроводности, Вт/м2׺С.

a

-

общий коэффициент теплоотдачи, Вт/м2׺С.

с

-

удельная теплоемкость, Дж/(кг׺С).

aконв.

-

коэффициент теплоотдачи (конвекцией), Вт/м2׺С.

aлуч.

-

коэффициент теплоотдачи (лучеиспусканием), Вт/м2׺С.

К

-

коэффициент теплопередачи, Вт/м2׺С.

w

-

степень развития кладки: Fпечи(кладки)/Fметалла

e

-

степень черноты тела.

a

-

коэффициент температуропроводности, м2/с.

1 Теплообмен при нагреве (охлаждении) изделии.

Определение основных коэффициентов,

входящих в расчеты

Различают два способа нагрева:

1)  прямой - нагрев металла внутренним теплом (ТВЧ, электросопротивление);

2)  косвенный - нагрев металла внешним источником тепла (газопламенные, электрические печи, печи-ванны).

Косвенный теплообмен между печью и металлом осуществляется теплопроводностью l, конвекцией aконв., лучеиспусканием (радиацией) aлуч.. Основными фондами теплообмена при косвенном нагреве в пламенных и электрических печах являются конвекция и лучеиспускание, т.е. теплоотдача a = aконв. + aлуч., доля которых зависит от температуры печи и скорости движения газов W и степени черноты e элементов печи, нагреваемого металла и его конфигурации, причем чем выше температура, тем больший вклад вносит лучеиспускание.

При: tc = 400-500°С - конвекция 90 %;

tc = 600-900°С – конвекция + лучеиспускание;

tc = 1000 ºС – лучеиспускание.

1.1 Определение коэффициента излучения

Коэффициент излучения зависит, от состояния поверхности тела, её температуры и часто дается в долях от константы излучения абсолютно черного тела: С = 5,6987 Вт/м2×К4.

Абсолютно черное тело поглощает все падающие на него лучи, тогда как другие тела часть этих лучей отражают. Такие тела называются серыми. Для них: С= e × С0= 5,6987×e Вт/м2×К4.

Для абсолютно черного тела e= 1. Численные значения констант излучения С и степень черноты для некоторых тел приведены в таблице 1 (приложение).

Для различных условий теплопередачи величины С определяются по формуле (1).

где eп – степень черноты (кладки) печи;   

Похожие материалы

Информация о работе