Технологический процесс термической обработки (светлый отжиг) проката (d=30мм, l=6000мм) из легированной стали

Температуру  t₁ выбирают так, чтобы она отличалась от предыдущей t₂на 100 °С и чтобы выполнялось условиеi_n(1)<i_n<i_n(2).

t₁ = 1800 ^oC

Удельная теплоемкость продуктов сгорания:

С_р(СО₂) = 2,5211 – 0,7986*10^-3*1800 + 0,6721*10^-6*1800² – 0,1433*10^-9*1800³ = 2,43 кДж/(м³*^оС)

С_р(N₂) = 1,2674 + 0,1283*10^-3*1800 + 0,1641*10^-9*1800² – 0,4857*10^-11*1800³ = 1,47 кДж/(м³*^оС)

С_р(Н₂О) = 1,6977 – 0,2568*10^-3*1800 + 0,3533*10^-6*1800² – 0,7911*10^-11*1800³ = 2,334 кДж/(м³*^оС)

С_р(О₂) = 1,3029 + 0,2478*10^-3*1800 – 0,8136*10^-7*1800² + 0,1268*10^-11*1800³ = 1,493 кДж/(м³*^оС)

Средняя удельная теплоемкость продуктов сгорания:

С_v = 0,01*(9,256*2,426+17,209*2,334+71,9*1,47+1,736*1,493) = 1,707 кДж/(м³*^оС)

i_n1 = 1800*1,707 = 3072 кДж/м³

Калориметрическая температуру методом интерпретации определяют по формуле

 ,

^oC

Действительную температуру в топке или печи определяют с учетом потерь на диссоциацию и теплопередачу в окружающую среду

, где – опытный пирометрический коэффициент, зависящий от конструкции топливосжигающих устройств или печи (= 0,62...0,82).для проходных печей = 0,72...0,76.

t_д = 0,76*1826 = 1388^oC

2.   Определение размеров рабочего пространства печи.

Площадь тепловоспринимающей поверхности заготовки учитывая ее размеры и форму имеет вид:

, где  - диаметр заготовки,  - длина заготовки.

 м²

Масса заготовки рассчитывается по формуле:

, где ρ – плотность заготовки.

,

Время нагрева равно 10 час. Тогда, учитывая производительность печи (Р = 3 т/ч), в печи должна находиться одновременно 30 тонн металла. Тогда рассчитываем количество заготовок по формуле:

, где  – масса кладки.

.

Площадь активного пода (нагреваемые заготовки складывают в бунтах, по этому за число n - взято количество бунтов и соответственно d диаметр самих бунтов, количество бунтов 12 по 80 заготовок в бунте, за исключением последнего):

 

.

.

Площадь габаритного пода:

, где b – зазор между заготовками,  – зазор между заготовками и стенами печи.

м²

Примем высоту печи равной 1 метров. Тогда внутренняя поверхность печи:

, где  – высота внутреннего пространства печи.

= 55,06 м²

Поверхность нагреваемого металла:

.

.

Объем печи:

.

 м³.

Степень развития кладки:

.

.

Парциальные давления компонентов в продуктах сгорания рассчитываются по формуле:

, где N – содержание данного компонента в дымовых газах; Р – техническое атмосферное давление в кПа.

;

.

Для рассматриваемого случая слой газов в зонах горения и теплообмена можно принять плоскопараллельным бесконечной протяженности. В этом случае эффективная длина луча определяется по формуле

.

В = n(d+b)+2k – ширина печи

В = 10 *(0,01+0,3)+2*0,5 = 4,1 м.

Длина печи:

L = l + 2k.

L = 6 + 2* 0,02 = 6,04 м.

Тогда эффективная длина луча в зоне горения и в зоне теплообмена:

Для зоны теплообмена

,

.

3.  Расчет нагрева металла.

Температурный режим печи с выдвижным подом, для осуществления отжига выглядит следующим образом:

 

3.1 Первый интервал.

Средние за интервал температуры вычисляются путем среднего арифметического между начальной температурой интервала и конечной равны:

.

Температура металла:

t_м1^ср = 0,5(0 + 500) = 250 °С;

Температура газа:

t_г1^ср = 0,5(250 + 1388) = 819 °С;

Температура кладки:

t_к1^ср = 0,5(819 + 250) = 410°С.

По номограммам при t_г1^ср = 819 определяем:

;

Степень черноты газов в зоне горения определяется по формуле

,

.

Допускаем, что степень черноты металла ε_м = 0,8, а степень черноты кладки ε_к = 0,6.

Находим значение комплекса М по формуле:

.

.

Находим значение комплекса А по формуле:

.

.

Находим значение комплекса В:

.

.

Находим значение результирующего потока энергии:

.

Вт/м².

Коэффициент теплоотдачи излучением в первом периоде находится следующим образом:

 Вт/(м²*К).

Принимаем значение коэффициента теплоотдачи конвекцией равным α_конв=15 Вт/(м²*К).

Тогда суммарный коэффициент теплоотдачи находим по формуле:

 α_Σ = + α_конв

α_Σ =  +15 = 119 Вт/(м²*К).

В случае четырехстороннего нагрева коэффициент несимметричности нагрева равен μ = 1, расчетная толщина вычисляется по формуле:

, где  – диаметр заготовки,

 м.

Критерий Био находится по формуле:

. где  = 31 Вт/(м*°С) – коэффициент теплопроводности металла при температуре t_м1^ср= 250°С.

.

Температурный критерий находится по формуле:

.

.

По номограмме для поверхности цилиндра находим критерий Фурье:

Fo = 20.

Продолжительность первого интервала периода нагрева:

, где а = 5,5*10^-6 м²/с – коэффициент температуропроводности стали при t_м1^ср= 250°С.

с.

Найдем температуру заготовки в конце первого интервала периода нагрева. Для этого по номограмме для центра цилиндра при значениях 0,058 и Fo =  20 находим θ_центр = 0,07. Температура центра находится по формуле:

.

°С.

Среднюю по массе температуру заготовки в конце первого (в начале