Расчёт и конструирование нагревательной печи листового проката под штамповку, страница 2

V=H·B·L=1,5·3,6·L=5,4·L м³.

3. Расчет передачи теплоты на поверхность нагреваемого материала

Считаем, что теплота на поверхность металла во всех зонах будет передаваться путем излучения. Тогда плотность теплового потока может быть рассчитана по следующей формуле:

q_пов=С_пр, где       С_пр- приведенный коэффициент излучения, определяемый из зависимости     С_пр=e_сист·С_о, где     e_сист - степень черноты системы;

С_о- коэффициент излучения абсолютно черного тела, С_о=5,67.

Если теплообмен излучением происходит между двумя серыми телами, образующими замкнутую систему, и эти тела разделены лучепрозрачной средой, что имеет место в пламенных печах, то степень черноты системы определяется:

e_сист=e_г·e_м

где       e_м- степень черноты металла, e_м=0,8 по[3].

e_г- общая степень черноты продуктов горения

e_г=e+b·e, здесь           e, e - степень черноты СО₂, водяного пара;

b - поправка на совместное излучение СО₂ и Н₂О устанавливается в соответствии с данными рисунка 9 [1] и зависит от температуры Т и от произведения величин p·S_эф, b=1,16;

p - парциальное давление излучающего газа, Па;

S_эф- эффективная толщина слоя газа, м;

j_км- угловой коэффициент излучения от кладки на металл.

Эффективная толщина излучающего слоя:

S_эф==2,03м.

Произведение парциального давления излучающих газов на эффективную толщину:

p_со·S_эф..м=8,695·2,03·101/100=17,8кПа·м;

p_нО·S_эф..м=17,571·2,03·101/100=35,9 кПа·м;

Угловой коэффициент излучения от кладки на металл j_км:

j_км.м==0,313.

Результаты расчета представлены в виде таблицы 1.

Таблица 1.

Величина	Температура, 0С
	600	700	800	900	1000
eCO2	0,1000	0,0950	0,0900	0,0800	0,0750
eH2O	0,19	0,18	0,15	0,13	0,12
eг	0,32	0,30	0,26	0,23	0,21
eсист	0,397	0,380	0,337	0,299	0,280
Cпривед	2,252	2,153	1,909	1,697	1,589

4. Технологические свойства нагреваемого металла

Материал заготовок – Сталь 3;

Плотность - r=7800 кг/м³.

Таблица 2. Свойства Стали 3

5. Расчет теплообмена

Принимаем температуру печи:

t_печи=870 ^оС.

Коэффициент теплоотдачи в начале нагрева:

, где     С_пр – приведенный коэффициент излучения, С_пр =1,80;

T'_м  - температура металла в начале нагрева, T'_м  =283 К.

 =35,66 Вт/(м²·К).

Коэффициент теплоотдачи в конце нагрева:

, где T"_м  - температура металла в конце нагрева, T"_м  =1073 К.

 =98,22 Вт/(м²·К).

Средний коэффициент теплоотдачи:

=66,94  Вт/(м²·К).

Задаемся конечной температурой центра: t"_ц=800 ^оС.

 ^оС.

Для этой температуры определяем коэффициент теплопроводности:

l=44,8 Вт/(м·^оС).

Рассчитываем число Био:

=0,007

Судя по Bi при наших условиях заготовка будет термически тонкой (Bi<0,25).

Продолжительность нагрева:

, где     S – прогреваемая толщина изделия, S=0,005 м;

r=7800 кг/м³ - плотность изделия;

С – теплоемкость изделия, С=541,1 Дж/(кг ^оС);

К₁ – коэффициент формы тела, для пластины К₁=1.

=789,9с=13,2 мин.=0,22ч.

Длина печи:

, где     G=20 т/ч – производительность печи;

l=3,5 м  - длина заготовки;

z=2 – число рядов нагрева;

g=409,5 кг – масса заготовки.

=18,8 м.

На рис. 2 показан процесс нагрева стальной заготовки.

 

Рис.2. Нагрев стальной заготовки

Таблица 3. Расчет точек процесса нагрева стальной заготовки