2.Время нагрева металла

Температуру уходящих из печи дымовых газов принимаем равной t_ух=1050°С; температуру печи в томильной зоне на 50° выше температуры нагрева металла, т.е. 1300°С. Распределение температур по длине печи представлено на рис. 1

Поскольку основным назначением методической зоны является медленный нагрев металла до состояния пластичности, то температура в центре металла при переходе из методической в сварочную зону должна быть порядка 400-500°С.

Разность температур между поверхностью и серединой заготовки для методической зоны печей прокатного производства можно принять (формула 88) равной (700-800) S, где S- прогреваемая (расчетная) толщина. В рассматриваемом случае двухстороннего нагрева S=0,55S=0.6·0.1=0,066 м. и, следовательно, ∆t=700·0,055=38,5°С, т.е. следует принять температуру поверхности сляба в конце методической зоны равной 500°С.

Определим ориентировочные размеры печи. При однорядном расположении заготовок ширина печи будет равна

B_печи=L+2α=3+4·0,2=3,8 м.

Здесь α=0,2 м – зазоры между слябами и стенками печи.

В соответствии с рекомендациями высоту печи принимаем равной: в томильной зоне 1,4 м, в сварочной 1,4 м, в методической 1,4 м.

Находим степени развития кладки (на 1 м длины печи) для:

Методической зоны ω_м = (2·1,4+3,8)/0,8=8,25;

Сварочной зоны ω_м = (2·1,4+3,8)/0,8=8,25;

Томильной зоны ω_м = (2·1,4+3,8)/0,8=8,25.

Определим эффективную длину луча, м:

S_эф=(4*h*B)/(2*h+2*B)=1,2

2.1 Определение времени нагрева металла в методической зоне

Находим степень черноты дымовых газов при средней температуре

_tг=0,5(1300+900)= 1100°С

Парциальное давление CO₂ и H₂O равно:

p_co2 =98,1*0,1194=11,72 Па

p_H2O= 98,1*0,193=18,93 Па

p_co2*S_эф=11,72*1,2=14,064 кПа*м

p_H2O S_эф=18,93*1,2= 22,716 кПа*м

ε_co2=0,11

ε_H2O=1,12

β=0,13

Тогда

ε_Г=0,11+0,13*1,12= 0,25

Приведенная степень черноты рассматриваемой системы равна

ε_пр=0,8= 0,676

Степень черноты металла принята равной

Средний по длине методической зоны коэффициент теплоотдачи излучением определяем по формуле

α_изл==170 Вт(м²*К)

Определяем температурный критерий θ и критерий Bi:

Θ_пов= = 0,46

Bi= = 1

t_m= 285°C

Теплопроводность углеродистой стали равна λ = 42,5 Вт/(м·К), а коэффициент температуропроводности α = 10,9·10^-6 (м² /с), то Fo=2,3

t_м= = = 2178 с

Θ_ц=0,61

t_ц = t_г- Θ_ц (t_г- t_нач)= 1100- 0,61(1100-20)= 538°С

Принимаем температуру центра сляба в конце методической зоны 538°С.

2.2 Определение времени нагрева металла в I сварочной зоне

Найдём степень черноты дымовых газов при t_г=1300°C

Парциальное давление CO₂ и H₂O равно:

p_co2 =98,1*0,1194=11,72 Па

p_H2O= 98,1*0,193=18,93 Па

p_co2*S_эф=11,72*1,2=14,064 кПа*м

p_H2O S_эф=18,93*1,2= 22,716 кПа*м

ε_co2=0,11

ε_H2O=1,12

β=0,13

Тогда

ε_Г=0,11+0,13*1,12= 0,25

Приведенная степень черноты рассматриваемой системы равна

ε_пр=0,8= 0,676

Степень черноты металла принята равной

Средний по длине методической зоны коэффициент теплоотдачи излучением определяем по формуле

α_изл==170 Вт(м²*К)

Находим среднюю по сечению температуру металла в начале сварочной (в конце методической) зоны

Определяем температурный критерий θ и критерий Bi:

Θ_пов= = 0,409

Так как при средней температуре металла

tср=0,25( 500+600+1000+800)= 725°C

Теплопроводность углеродистой стали равна λ=31,2 Вт/(м·К), а коэффициент температуропроводности α =7,02·10^-6 (м² /с), то

Bi= = 0,254

При определении средней температуры металла в сварочной зоне было принято, что температура в центре сляба в конце зоны равна 800°С. Теперь по номограмме находим критерий Фурье Fo=2,4.

Время нагрева в I сварочной зоне

τ_св= ==1356 c

Определяем температуру в центре сляба в конце I сварочной зоны. По номограмме при значениях Bi=0,254 и Fo=2,2 находим θ_центр=0,46, с помощью которого определяем

t_ц = t_г- Θ_ц (t_г- t_нач)= 1300- 0,46(1100-567)= 948°С