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

Тепловой поток, действующий на заготовку при , равен тепловому потоку внутри заготовки

(84)

тогда

, (85)

откуда

Умножив на правую и левую части уравнения

, следовательно

- есть функция .

Пусть , тогда . Подставим в уравнение

или

- критерий Фурье (безразмерное время)

Положив произвольную постоянную

имеем окончательно

или

- коэффициент теплопередачи от печи к заготовке;

- глубина прогрева заготовки;

- коэффициент теплопроводности.

Рис. 10 .

График Будрина д.В для центра цилиндра.

Пользуясь графиками Будрина для поверхности и центра заготовки можно определить время нагрева, удовлетворяющее целостности заготовки.

Пример 11. Пользуясь графиком Будрина определить время нагрева заготовки, данные о которой представлены в примере 10.

1. Относительная температура

2. Критерий Био равен 0.42

3. По графику Будрина определяется критерий Фурье для центра заготовки

4. Коэффициент температуропроводности

5. Критерий Фурье

6. Время нагрева

.

4.4.4 Определение времени нагрева “массивных” заготовок.

В случае нагрева массивных заготовок ( более 0.5) время нагрева разбивается на 3 периода: , где - время 1 периода нагрева, - время 2-го периода нагрева, - время выравнивания температуры по сечению заготовки.

В справочнике (Ковка и объемная штамповка: Справочник в 4-х т. ТI/ под ред. Е.И.Семенова. М.: Машиностроение, 1985. 567 с.) приведена методика определения времени всех периодов нагрева.

- время возникновения температурных напряжений;

- форсированный нагрев, когда металл перешел в пластическое состояние;

- время выравнивания температур по сечению слитка.

Рис. 11.

Допустимый перепад температур в первом периоде

для пластины

для цилиндра ,

где - коэффициент линейного расширения.

Эти уравнения получены из оценки величины температурных напряжений.

- допустимое напряжение принимается равным

, где (86)

- предел прочности при 500^оС.

Время первого периода (до температуры 500^оС):

,

где - коэффициент формы, равный для пластины =0.5; для цилиндра =0.25; для квадрата =0.295;

- толщина прогрева;

- температуропроводность при средней температуре первого периода;

- поправочный коэффициент формы для пластины 0.33; для цилиндра 0.5;

- начальная температура металла.

Перепад температур в конце второго периода нагрева:

(87)

Продолжительность второго периода нагрева:

, (88)

где - конечная температура поверхности;

- конечная разность температур поверхности и центра при нагреве под ковку;

- температуропроводность при средней температуре металла во втором периоде нагрева.

Продолжительность третьего периода нагрева

для пластины

для цилиндра ,

где - температуропроводность при средней температуре металла в третьем периоде.

Приведенные уравнения получены при условии всестороннего равномерного нагрева металла. То есть, если заготовка нагревается в печи одна и обогрев ее равномерен.

Пример 12. Определить время нагрева заготовки из стали 45 диаметром 200мм до температуры 1150^оС. Начальная температура 20^оС.

Определяем категорию заготовки. Так как температура выдачи 1150^оС, то температура печи к моменту выдачи должна быть 1200^оС.

Критерий Био

, . ., . .

; ;

; ; ;

В практике нагрева заготовок на поду печи их не одна, а несколько, что влияет не интенсивность сообщения тепловой энергии каждой заготовке. Опытным путем установлены поправочные коэффициенты, учитывающие влияние взаимного расположения заготовок на поду печи на время нагрева.

Рис. 12.

Таким образом,

, (89)

где - время нагрева, определенное по соответствующим уравнениям.

Вопросы для самоподготовки:

1. В каких пределах лежит допустимый интервал ковочных температур?

2. Чем определяются температурные напряжения при нагреве?

3. Как определяется время нагрева заготовок?

Лекция №8

ПЛАМЕННЫЕ НАГРЕВАТЕЛЬНЫЕ ПЕЧИ

8.1. Материалы, применяемые для строительства печей

Различные нагрузочные, температурные и атмосферные условия, при которых работают различные агрегаты и элементы нагревательных печей, определяют материалы, применяемые при их изготовлении. Наряду с обычными строительными материалами применяются огнеупорные и теплоизоляционные материалы.

Огнеупорные материалы

Огнеупорными называют материалы и изделия из них, способные выдерживать температуру свыше 1580^оС, противостоять физическому и химическому действию металла, шлака, окалины и печных газов.

В соответствии с этим определением изделия из огнеупорных материалов должны обладать определенными рабочими свойствами:

1. Огнеупорность – свойство материалов сохранять механическую прочность при высоких температурах без нагрузки.

Определяется стандартным методом. Для этого из огнеупорного материала делают усеченные 3-х гранные пирамидки, устанавливают их на горизонтальную плиту и нагревают. В пирамидках (пироскопах) при нагреве появляется жидкая фаза, пироскопы под действием собственной массы деформируются.

Температура касания основания испытуемого образца является температурой огнеупорности: 1580 – 1770^оС.

высокоогнеупорные: 1770 - 2000 ^оС;

высшей огнеупорности: более 2000 ^оС.

2. Сопротивление деформации под сжимающей нагрузкой при высоких температурах.

Рис. 13.

Основной нагрузкой является сила тяжести от вышележащих слоев кладки, металла.

Определяется испытанием цилиндрического образца при различных температурах под воздействием нагрузки 200 кН/м². При достижении определенной температуры образец сжимается. Уменьшение высоты на 4 % соответствует началу размягчения.

3. Термостойкость – способность противостоять резким колебаниям температуры без растрескивания и разрушения.

Определяется подверганием огнеупорных изделий чередующимся циклам нагрева и охлаждения. Испытуемый огнеупорный кирпич нагревается в электропечи до температуры 850^оС и после выдержки при этой температуре в течение 30 м. охлаждается в проточной воде, что считается одной теплосменой.