Расчет закалочных баков: Методическое пособие к курсу лекций «Металловедение, технология и оборудование термических цехов»

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

СИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНДУСТРИАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра металловедения, оборудования и технологии термической обработки металлов

РАСЧЕТ ЗАКАЛОЧНЫХ БАКОВ

Методическое пособие к курсу лекций «Расчет закалочных баков» для специальности «Металловедение и термическая обработка металлов» (110500)

Новокузнецк 2003

Расчет закалочных баков

Методическое пособие к курсу лекций «Металловедение, технология и оборудование термических цехов»

Составитель А.Ф. Синявский: СибГИУ – Новокузнецк, 2003 – 6с.

Приведены расчеты закалочных баков, садочного и непрерывного действия, смены охлаждающей жидкости.

Предназначены для студентов специальности «Металловедение, оборудование и технологии термической обработки металлов».

Рецензент – кафедра физики металлов Сибирского Государственного Индустриального Университета (зав. кафедрой Афанасьев В.К.)

Печатается по решению редакционно-издательского совета университета.

Составитель:

Александр Федорович Синявский

Набор и оформление текста Петровой А.С.

Расчет закалочных баков

Методическое пособие к курсу лекций

«Металловедение, технологии и оборудование термических цехов».

Специальность «Металловедение, оборудование и технология термической обработки металлов.

1. РАСЧЕТ ЗАКАЛОЧНЫХ БАКОВ

Расход охлаждающей среды при закалке изделий подсчитывается по часовой производительности механизированного бака непрерывного действия и по весу одновременно охлаждаемых изделий садочного бака периодического действия. Размеры баков выбираются конструктивно в зависимости от габаритов закаливаемых изделий и механизации баков.

1.1.Расчет закалочного бака периодического действия.

1.1.1.Закалка в воде.

При расчете баков периодического действия необходимо установить наибольший вес закаливаемых одновременно изделий, наибольшую допускаемую начальную и конечную температуру закаливающей жидкости. При расчете предполагается, что все тепло, выделяемое одновременно закаливаемыми изделиями, идет на повышение температуры объема закалочной жидкости.

При определении объема закалочной жидкости исходят из уравнения теплового баланса

Q=G(c₁t_м.н.- c₂t_м.к.)= V_жC_ж(t_ж.н.- t_ж.к.)

где G - вес закаливаемых деталей одновременно, кг; С,

С_1,C₂ средние теплоемкости охлаждаемого металла, кДж/кг °С; t_м.н.- t_м.к - начальная и конечная температуры охлаждаемого металла,°С; V_ж - объем закалочной жидкости, л; (C_ж  - теплоемкость закалочной жидкости, кДж/л °С; t_ж.н.- t_{ж.к. -} разность температур закалочной жидкости после и до закалки,°С.

Откуда

G(c₁t_м.н.- c₂t_м.к.)      GС_ср(t_м.н.- t_м.к.)

V_ж=  C_ж(t_ж.н.- t_ж.к.)       C_ж(t_ж.н.- t_ж.к.)

Средняя теплоемкость стали от 0 до 800 °С   С₁ = 0,75 кДж/кг.°С, от 0 до 1ОО °С - С₂= 0,5 кДж/кг. Так как изделия охлаждаются от 800 до 100 °С, среднюю теплоемкость принимаем равной С_ср. 0,75+-+0. 5-0,63 кДж/кг.°С.

Начальную температуру воды принимаем 20 °С, а конечную 40° С, так как при температуре ниже 20 °С вследствие резкого усиления охлаждающего действия воды на закаливаемых изделиях часто образуются трещины, а при температуре выше 40 °С охлаждающее действие воды значительно уменьшается.

Среднюю теплоемкость воды принимаем равной 4,19 кДж/кг °С (для 10%-ного раствора каустической соды теплоемкость между 20 и 40 °С равна 3,44 кДж/кг.°С).

Пример. Рассчитать бак для закалки цилиндрическихизделий в воде.

Наибольший диаметр изделия - 200 мм, длина - 400 мм, вес — 100 кг, температура закалки - 850 °С, среднюю температуру изделия, извлекаемого из воды, принимаем 100 °С.

Определяем объем закалочной жидкости по формуле:

Vж==560л=0,56м³

Принимаем объем бака 0,6 м³. Определим диаметр бака, считая что изделие должно быть погружено в бак приблизительно на 0,2 м ниже уровня жидкости и не доходить до дна бака ближе, чем на 0,2 м. Следовательно, глубина Н заполненного водой объема бака будет

0,2+0,2+0,4=0,8м.

Из формулы определяем диаметр Д бака:

V_ж=

Д²==м²

Находим диаметр бака Д=1м I и площадь поперечного сечения 0,785 м².

Определим полную высоту бака, считая, что бак должен вместить воду, вытесняемую изделием; при этом уровень

Отношение = =5 (на практике оно равно 5-7). При длине детали б м высоту бака принимаем равной 8 м, тогда площадь поперечного сечения должна составлять 508=6,2 ответствует диаметру 2,8 м.

Размеры сливного кармана бака определяются суммированием

G_м:V_м=9000:7800=1,15м³

-объем     масла, вытесненного металлом, 

Vж=Vж=50* =1.72м3

- прирост объема  масла в результате нагрева. Объем сливного кармана составляет 1,15 + 1,72 = 2,87м3.

Если принять ширину кармана равной 350 мм (наружный диаметр 3550 мм, внутренний - 2 800 мм), то при объеме 2,87 м³ его глубина

==0,8м или 800 мм.

Перед закалкой следующей садки жидкость должна быть охлаждена до начальной температуры t_ж.н. Естественное охлаждение в результате теплоотдачи через стенки бака и зеркало ванны происходит очень медленно. В баках, углубленных в землю, температура снижается от 60 до 20 °С со скоростью 1- 2 град/ч, а в надземных баках - со скоростью 3-5 град/ч. При закалке в воде холодная вода поступает из водопровода, а при закалке в масле оно подается в центральной маслоохладительной установке. Если такая установка отсутствует, в масляный бак вводят змеевик, охлаждаемый водой. Скорость движения воды принимается равной ее скорости в водопроводе V_в* 0,5 - 1,0 м/с, а скорость подачи масла - V  =1,0-2,0 м/с. Масло и вода из бака сливаются самотеком со скоростью 0,2 - 0,3 м/с.

Расчет змеевика закалочного бака сводится к нахождению необходимой теплопередающей поверхности между маслом и охлаждающей водой и размеров змеевика. Поверхность змеевика определяется из условий теплопередачи через стенку

Q=a*F*t_ср.