Материал: Нагрев и нагревательные устройства. курс лекций. Гольцев А.М., Бойко А.Ю

А.М. Гольцев А.Ю. Бойко С.Л. Новокщенов С.И. Антонов

НАГРЕВ И НАГРЕВАТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА: КУРС ЛЕКЦИЙ

Учебное пособие

Воронеж 2009

ГОУВПО «Воронежский государственный

технический университет»

А.М. Гольцев А.Ю. Бойко С.Л. Новокщенов С.И. Антонов

НАГРЕВ И НАГРЕВАТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА: КУРС ЛЕКЦИЙ

Утверждено Редакционно-издательским советом

университета в качестве учебного пособия

Воронеж 2009

УДК 621.73 (075)

Нагрев и нагревательные устройства: курс лекций: учеб. пособие / А.М. Гольцев, А.Ю. Бойко, С.Л. Новокщенов, С.И. Антонов. Воронеж: ГОУВПО «Воронежский государственный технический университет», 2009, 134 с.

Издание соответствует требованиям Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования для направления 150200 “Машиностроительные технологии и оборудование”, специальность 150201 “Машины и технология обработки металлов давлением”, учебного плана по специальности и рабочей программе по данной дисциплине.

Учебное пособие рекомендуется студентам 3 курса при изучении дисциплины «Нагрев и нагревательные устройства» очной формы обучения.

В курсе лекций даются основные понятия о физической сущности процесса горения и конструктивном устройстве печей для нагрева заготовок перед штамповкой в кузнечно-штамповочном производстве.

Учебное пособие подготовлено в электронном виде в текстовом редакторе Ms Word 2003 и содержится в файле КЛ НИНУ 2009.doc.

Табл. 3. Ил. 27. Библиогр.: 11 назв.

Рецензенты:

д-р техн. наук, проф. А.Н. Осинцев

Главный конструктор

ОАО «Тяжмехпресс» Д.А. Гехтман

© Гольцев А.М., Бойко А.Ю., Новокщенов С.Л., Антонов С.И. 2009

© Оформление. ГОУВПО «Воронежский государственный технический университет», 2009

Введение

Нагрев металла - сообщение ему тепловой энергии.

Металлы и сплавы имеют кристаллическое строение. Сообщение тепловой энергии приводит к увеличению энергетического потенциала атомов - увеличивается амплитуда их колебаний, уменьшаются силы, необходимые для смещения их центров устойчивого равновесия. Таким образом, облегчается искажение кристаллической решетки, и в целом деформация.

При обработке давлением объемных заготовок значительной массы очень важным является уменьшение усилий и увеличение возможной деформации. Этому служит нагрев.

Понижение прочности и увеличение пластичности для стали, приведено в таблице 1.

Таблица 1

Что это дает при кузнечной обработке?

Повышение пластичности дает увеличение разовой (за один рабочий ход машины) деформации, следовательно, достижение необходимой деформации – уменьшение числа ходов – повышение производительности кузнечного оборудования. Понижение прочности определяет уменьшение сопротивления деформации, работу потребную для нее, то есть уменьшает расход энергоресурсов, уменьшает износ оборудования и штамповочного инструмента.

Тепловое воздействие приводит к изменению кристаллического строения обрабатываемой заготовки. В ней происходит рекристаллизация, то есть образование мелкозернистой равновесной структуры, что влечет улучшение механических характеристик поковки.

Нагрев металла – сложный физико-химический процесс, связанный с получением тепловой энергии и сообщения ее металлу. Тепловая энергия получается либо сжиганием топлива, либо превращением в тепловую энергию электроэнергии.

Рассмотрим схему нагрева.

Сжигание топлива – продукты горения – теплопередача от продуктов горения к металлу прямая (конвекцией и излучением) и косвенная от нагретых свода и стен пламенной печи.

При нагреве электрогоном мощность электрического тока превращается в тепловую непосредственно в заготовке (способы прямого нагрева) или в электрических нагревательных элементах, которые, разогреваясь, излучают на заготовку тепловую энергию.

Задача курса – дать сведения о всех происходящих физико-химических процессах, получить умение анализировать и рассчитывать работу печей, и нагрева металла, управлять теплохимическими процессами, происходящими при работе печи, а также познакомится с конструкциями и основами расчета нагревательных устройств.

Лекция №1 Получение тепловой энергии путем сжатия топлива

1.1. Топливо, его виды, основные характеристики.

Топливо – вещества, используемые для получения тепловой энергии в промышленном масштабе. Основные виды его имеют органическое происхождение, то есть основой его является углерод, водород и их соединения. Классификация топлива производится по агрегатному состоянию и происхождению приведена в таблице 2.

Таблица 2

1.1.1. Характеристики состава топлива.

Для определения проводится технический и химический анализы.

Технический анализ проводится для твердого и жидкого топлива и дает процентное содержание в топливе влаги и золы.

Химический анализ проводится для определения содержания отдельных элементов (элементарный анализ) и для определения содержания отдельных химических соединений в топливе. Элементарный анализ проводится для твердого и жидкого топлива.

Различают:

1. Органический состав (говорят о природе топлива)

2. Горячая масса (по ней судят о топливе как о горючем)

3. Сухая масса

4. Рабочий состав

В справочной литературе топливо характеризуется горючей массой и содержанием влаги и золы в рабочем составе. Все расчеты горения топлива, теплоты сгорания, температуры горения проводятся по рабочему составу, поэтому применяются коэффициенты перерасчета заданного состава в рабочий состав.

Для перерасчета органического состава на рабочий состав

(1)

Для перерасчета горючей массы на рабочий состав

(2)

Для перерасчета сухого состава на рабочий состав

(3)

где , , - Коэффициенты перерасчета органического, горючего и сухого состава топлива на рабочий состав;

, , , - процентное содержание элемента, входящего в состав жидкого топлива в рабочем, органическом, горючем, сухом составе.

Пример №1

Определить рабочий состав топлива по следующим данным: , , , , , ,

Итого: - по массе.

Химический состав газообразного топлива выражается в объемных процентах. Влага, имеющаяся в топливе, не учитывается. Получается сухой состав газообразных

Влага дается как масса воды на единицу объема сухого газа .