Определение продолжительности нагрева металла.

Факторы, влияющие на продолжительность нагрева. Время нагрева металла необходимо для определения производительности печи, ее размеров и зависит от следующих факторов:

· факторы, определяющие собой внешний теплообмен, т. е. теплоотдачу от печных газов и футеровки к поверхности металла: температура печи, температура металла в начале и конце периода нагрева, излучательная способность печных газов и футеровки, размеры рабочего пространства;

· факторы, определяющие собой внутренний теплообмен, т. е. характеризующие теплоотдачу от поверхности металла внутрь его: теплопроводность, теплоемкость, толщина металла.

Определение времени нагрева тонкого тела при граничных условиях 3-го рода (t_печ=const).

Передача тепла к поверхности изделия может осуществляться конвекцией и излучением. Если преобладает конвективная теплоотдача, то справедливо уравнение Ньютона: ; ккал, кДж. Тогда время нагрева металла определяют по уравнению: , с, где с – теплоемкость металла, Дж/(кг К);

М – масса находящегося в печи металла (садка), кг;

F – поверхность металла, воспринимающая тепло, м²;

- коэффициент теплоотдачи конвекцией к поверхности металла, Вт/(м² К);

t_печ – температура печи, ⁰С;

t_{м. нач} и t_{м. кон} – температура металла соответственно начальная и конечная, ⁰С.

Если преобладает передача тепла излучением и справедлив закон Стефана-Больцмана, время нагрева тонких тел следует определять по выражению: , с

где С_пр – приведенный коэффициент излучения системы печь-металл, Вт/(м² К⁴).

Значение f₁ и f₂ можно выбирать из графика в справочной литературы.

Определение времени нагрева массивного тела при граничных условиях 3-го рода (t_печ=const).

Как показано выше, решение дифференциального уравнения теплопроводности для этих условий представляют в виде следующего критериального вида: .

Решение этого уравнения для пластины и цилиндра представлено в виде номограмм Д. В. Будрина. Из этих номограмм для определения времени нагрева необходимо найти критерий F₀= . Для этого предварительно необходимо найти температурный критерий и критерий Вi= . При определении значения Bi, а затем и времени нагрева из критерия F₀ необходимо правильно выбирать расчетную толщину нагреваемой заготовки. При двустороннем нагреве в качестве расчетной толщины принимают половину геометрической толщины. При одностороннем нагреве необходимо учитывать полную толщину заготовки.

Теплопроводность металла следует находить по средней его температуре за весь период его нагрева: t_ср=0,5 (t_нач + t_кон).

По найденному значению из точки на ординате номограммы проводят горизонтальную линию до пересечения с линией Вi, соответствующей найденному его значению. Из полученной точки пересечения опускают перпендикуляр и на абсциссе находят искомое значение F₀. Затем из него определяют время нагрева .