Расчет времени нагрева заготовки из сплава титана.

Проводится расчет времени нагрева заготовок диаметром 100 мм и длиной 300 мм из титана марки ВТ 1-00, заготовки укладываются в рабочем пространстве печи в соответствии с рисунок (5.1.)

Рисунок 1 – Эскиз укладки заготовок в печи

При определении времени нагрева нужно определить, необходимо ли учитывать перепад температуры по сечению изделия, т.е. является изделие «тонким» или «массивным». Для этого рассчитывается критерий Био.

За условную границу между «тонкими» и «массивными» изделиями принимают такое сечение, для которого число Био равно 0.25. Если расчеты выполняются по формулам для тонких изделий, если - по методике, принятой для массивных изделий.

(1)

где - коэффициент теплоотдачи, ;

- коэффициент теплопроводности, ;

- характерный геометрический размер изделия (для цилиндра – половина диаметра при двустороннем нагреве), .

1) Температура нагрева металла ……..

Температура в печном пространстве должна быть несколько выше, чтобы обеспечить такой нагрев .

2) Учитывая сложность теплового процесса на поверхности нагреваемого изделия, коэффициент теплоотдачи считают сложной величиной, которая равна сумме коэффициентов теплоотдачи лучеиспусканием и конвекцией

(2)

Для электрических печей с температурой выше коэффициент теплоотдачи конвекцией приближенно может быть принят 10…15 .

3) Вычислим коэффициент теплоотдачи лучеиспусканием

(3)

где – приведенный коэффициент излучения, ;

– Температура в печном пространстве, ;

– Начальная температура металла, ;

– Конечная температура металла, .

(4)

где – коэффициент излучения абсолютно черного тела, ;

– степень черноты нагреваемого металла = 0,3;

– тепловоспринимающая поверхность нагреваемого металла=1,413 ;

– поверхность нагревательной камеры печи =6,48 ;

– степень черноты кладки печи =0,8.

тогда

Принимаем

Зная коэффициент теплоотдачи, определяющий размер и теплофизические характеристики металла вычислим критерий Био

(5)

Критерий Био , а значит изделие малогабаритное и перепад температуры по сечению незначителен и им можно пренебречь, поэтому при расчете времени нагрева и выдержки изделия целесообразнее пользоваться понятием теплотехнически «тонкое» изделие, а равно производить расчет по формулам для теплотехнически «тонких» изделий. [9].

4) Расчет времени нагрева

(6)

где – масса садки = 160 кг;

– удельная теплоемкость загрузки, ;

– приведенный коэффициент излучения, ;

– тепловоспринимающая поверхность нагреваемого металла, ;

– Температура в печном пространстве,1273 ;

– Начальная температура металла, ;

– Конечная температура металла, ;

– функция отношения температуры загрузки к температуре печи

Таким образом, время нагрева будет равно:

Общее время нахождения изделия в печи

(7)

4 Тепловой расчет электрической печи периодического действия

Тепловой расчет печи сводится к составлению теплового баланса, который представляет собой уравнение, связывающее приход и расход тепла. Тепловой баланс действующей печи составляют с целью определения технико-экономических показателей ее работы..

Для электрических печей учитываются только расходные статьи теплового баланса

Тепло, расходуемое на нагрев металла.

Тепло, расходуемое на нагрев металла можно вычислить по следующему выражению:

(8)

где – масса изделий 160 ;

– время нагрева изделий в печи ( =104,29 = 6257 )

– средняя теплоемкость сплава титана ВТ1-0 в интервале температур от до ,

=

– начальная температура металла, =20 ;

– конечная температура нагрева металла, =950 .

Тепло, теряемое вследствие теплопроводности кладки печки

Тепло, теряемое вследствие теплопроводности кладки печи можно определить по формуле:

(9)

Потери тепла в результате теплопроводности через под, свод и стены печи определяются уравнением:

(10)

где t_п – температура рабочего пространства печи, tп=1000˚С;

t_о – температура окружающего воздуха, tо=20˚С;

S₁, S₂, …, S_n – толщина отдельных слоев кладки, м;

λ₁, λ₂,…, λ_n,–коэффициенты теплопроводности слоев кладки, Вт/(м∙К);

F₁, F₂, …, F_n – средние расчетные поверхности слоев кладки, м²;

αв – коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности кладки печи в окружающую среду, αв =12 Вт/(м²∙К);

Fнар – наружная поверхность кладки, м².

Средние расчетные поверхности слоев кладки рассчитываются по формулам:

(11)

где F_вн – внутренняя поверхность кладки, м²;

F_1,2 – поверхность между первым и вторым слоем кладки, м².

F_2,3 – поверхность между вторым и третьим слоем теплоизоляции, м²

Размеры слоев кладки печи представлены в таблице.

Таблица 1 - Размеры слоев кладки печи