Выбор нагревательного устройства

1.  Выбор  нагревательного устройства.

1.1  Определение типа нагревательного устройства

Выбор типа нагревательного устройства производится исходя из заданного вида используемого источника теплоты и технологической операции, которая выполняется на этом НУ [1], [2].

Если в задании (см. Приложение 1) в качестве используемого источника теплоты предлагается газообразное топливо – выбор НУ производится в пользу пламенных печей. Исходя из вида технологической операции и уровня нагрева, тип пламенной печи выбирается из учебного пособия [3]. Для нагрева заготовок перед штамповкой на КГШП и ГКМ должны использоваться печи безокислительного нагрева или скоростного нагрева или печи с защитной атмосферой ННЗ, перед штамповкой на ПВМ – щелевые и камерные печи с окислительной атмосферой ННО.

При использовании источником теплоты электричества принимаются для термических операций электрические печи сопротивления с окислительной или защитной атмосферой, а для нагрева заготовок перед штамповкой на КГШП и ГКМ – индукционные НУ или электрические печи с защитной атмосферой [4].

Температура  печи является важным теплотехническим показателем ее работы. Под температурой печи понимается условная и усредненная величина, зависящая от характера взаимного теплообмена между нагревательными элементами (горелками), внутренней поверхностью футеровки и поверхностью нагреваемых изделий. Изменение температуры печи во времени и рабочей камере называется температурным режимом печи. Для нагревательных и термических печей непрерывного действия температурный режим не изменяется во времени и является только функцией координаты по длине печи. Печи периодического действия работают с постоянной и переменной во времени температурой. Уровень температуры в рабочей камере печи принимают на 50-100°С больше температуры нагрева заготовки.

1.2. Выбор размеров рабочей камеры.

Рабочая камера НУ ограничена  подом, сводом, боковыми стенками и загрузочным окном.  Размеры рабочей камеры НУ выбираются исходя из заданной программы выпуска поковок. Полная площадь пода камерной печи на 40 – 50% больше полезной площади пода и рассчитывается по размерам  нагреваемой заготовки и числу, одновременно нагреваемым в рабочей камере печи.

Отношение полезной площади пода к полной площади пода печи называется коэффициентом загрузки пода К_п . В камерных печах К_п = 0,4 – 0,5.

Исходя из условий задания определяют массу заготовки.

,  где  плотность стали 7800

Часовая производительность печи  , где N – число заготовок нагреваемых за час

Число заготовок, которое должно находиться одновременно в печи для обеспечения заданной производительности   

где n - количество заготовок, находящихся одновременно в печи, шт;

продолжительность нагрева одной заготовки в часах.

Ширина пода определяются исходя из диаметра d и количества заготовок n, одновременно нагреваемых в печи.

П = 2 n d +0,2м

Длина пода камерных нагревательных печей L принимается на 150 – 200 мм больше длины l заготовок, но не менее 1 м. Высота свода камерных печей выбирают исходя из предполагаемого размещения заготовок на 400 – 600 мм больше высоты садки, состоящей из заготовок.

Площадь пода F_пода = П х L м²

Удельная производительность (напряженность пода) Х = М/F_пода кг/м² час

Для пламенных нагревательных печей удельная производительность (напряженность пода) Х при работе на природном газе (кг/м² час):

Щелевые печи                                                450 - 500

Камерные печи с загрузочной дверцей       450 - 600

Печь с выдвижным подом                            150 - 300

При нагреве заготовок в методических и проходных печах ширина пода принимается с учетом положения заготовок в рабочей камере.

При движении заготовок поперек оси П =  l +0,2м, где l – длина заготовки.

Длина методических и проходных нагревательных печей L определяется по продолжительности нагрева τ и с учетом положения заготовок в рабочей камере.

При движении заготовок поперек оси L = v τ + 2 d + 0,5м, где v – скорость перемещения заготовки в м/час (для нагревательных печей принимается в диапазоне от 6 до 12 м/час) .

Длина методических и проходных термических печей определяется исходя из длительности нагрева τ и выдержки τ_в деталей при заданной температуре при этом полная площадь пода методической печи на 20 – 40% больше полезной площади пода. Коэффициентом загрузки пода в методических и проходных печах К_п = 0,6 – 0,8.

Число заготовок одновременно находящихся в камере термической печи

n = М (τ + τ_в) / m

где m – масса 1 заготовки.

По размерам и по напряженности  пода Х выбирается размер рабочей камеры НУ с точностью ± 10 см.

1.3. Тепловая нагрузка НУ

Изменение энтальпии 1 заготовки при нагреве или термообработки   

= m (c_k t_k  - c_n t_n),    Дж

где c_k, c_n – средняя удельная теплоемкость металла, из которого сделана заготовка, принимаем c_k = c_n = 500 Дж/кг С;

 t_k, t_n – конечная и начальная температуры нагрева С.

Приближенная тепловая мощность НУ

N_приб = М /3,6η, кВт,

 где η – кпд печи (для пламенных нагревательных печей η = 0,15 - 0,2, для проходных термических печей η = 0,2 - 0,3, для электрических камерных печей η = 0,25 – 0,3, для электрических проходных нагревательных печей η = 0,35-0,4).