2.3. Определение продолжительности нагрева заготовок

Для определения времени нагрева детали в термической или нагревательной печи используем способ расчета по критериальным зависимостям, который можно выразить в следующей форме

, с.

где - плотность металла;

- средняя теплоемкость металла

S – расчетная толщина нагреваемого тела (изделия), м;

m – коэффициент формы, зависящий от отношения объема тела к его поверхности и равный для пластины - 1, для цилиндра – 2;

а – коэффициент теплоотдачи металла, м²/ч;

t_печ – температура печи, °С;

– начальная и конечная температура тела, °С;

- коэффициент зависит от массивности тела и его формы определяемый по выражению:

Находим время выравнивания температур.

,

где - коэффициент, выбираемый по графику в зависимости от степени выравнивания температур и формы тела.

,

где и разность температур по сечению тела.

[8, рис.89].

3. Определение основных размеров рабочего пространства и составление расчетного эскиза печи

Основными размерами рабочего пространства печи являются ширина, длина и высота.

Определяем основные размеры печи с учетом уточненной продолжительности нагрева.

Определяем штучную производительность печи по формуле:

где G – производительность печи, кг/ч;

g – масса одной заготовки.

Тогда: шт/ч; принимаем N=67 шт/ч.

Определяем количество заготовок, одновременно находящихся в печи:

где ч – расчетное время нагрева;

- коэффициент учитывающего расстояния между изделиями на поду печи.

Принимаем n=46 шт.

Определяем площадь пода (конвейера) занятой металлом (полезная площадь пода).

где - проекция нагреваемого изделия на под, .

Тогда: ; Принимаем

Определяем коэффициент загрузки и площади пода печи:

Где - площадь пода печи,

Практически, в целях получения максимальной производительности для проходных печей принимают Принимаем

Тогда:

Определяем ширину пода печи:

B_п = n₁∙l_изд + 2δ,

где - зазор между заготовкой и стеной и с учетом нагревательных элементов, принимаемый в расчетах в пределах 150…400 мм. Принимаем .

n₁ - количество рядов. Принимаем n₁= 2.

Тогда: B_п = 2∙0,3 + 2∙0,15 = 0,9м. Принимаем [1].

Определяем длину пода печи.

Длина пода печи при укладке заготовок в несколько рядов, а также с учетом расстояния от заготовки до торцевой стенки будет равна:

L_п = n∙ d_заг + 2a + S(n-1),

где - количество заготовок в одном ряду.

a – зазор между заготовкой и торцевой стеной, принимаемый в расчетах в пределах 150…250 мм. a=150 мм.

S – шаг между изделиями; S = 0,125= 0,125∙0,085 = 0,011м

– диаметр заготовки, м.

L_п = 23∙0,085 + 2∙0,15 + 0,011∙(23 - 1)= 2,49 м. Принимаем [1].

Определяем полную площадь пода печи:

Рисунок 3.1 Схема расположения заготовок на поду печи.

Определяем высоту рабочего пространства печи.

Её можно определить по отношению поверхностей нагреваемого металла и кладки печи . Это отношение для нагревательных печей берется в пределах 0,25…0,3. Принимаем [1].

Итак высота рабочего пространства печи равна

,

где .

Принимаем [1]

Общая высота печного пространства с учетом конвейера 2,0 м.

Таким образом, принимаем печь со следующими основными размерами рабочего пространства: 2500х1000х2000 согласно ГОСТ 26654-85 «Печи промышленные для нагрева и термиче­ской обработки».

Выбор материала для выполнения кладки печи.

Кладка печей подвергается воздействию высоких температур, которые изменяются во времени, разъедающему действию шлаков и окалины, давлению нагреваемых изделий, ударам при их посадке, что сказывается на продолжительности эксплуатации печей и на технико-экономических показателях их работы.

Поэтому кладка печей должна обладать высокой стойкостью. Это достигается правильным выбором конструкции элементов кладки, рациональным применением различных видов огнеупоров, выполнением кладки высокого качества, а также строгим соблюде­нием правил эксплуатации печей.

Кладка печей обычно делается в два слоя: внутренний слой вы­полняется из огнеупорного материала (шамота, динаса, магнезита, хромомагнезита, талька и др.), внешний слой из теплоизоляционно­го материала (легковесные огнеупоры, диатомит, трепел, асбест, шлаковая и зольная засыпка и др.).

Кладка выполняется из стандартного прямого кирпича размером 230х115х65 мм, и толщина кладки принимается кратной одному из размеров кирпича.

Основными элементами кладки электропечей печей являются стены, своды, поды и различные отверстия. Стены печей обычно име­ют внутренние рабочие (огнеупорные) и наружные теплоизоляци­онные слои.

Для стен принимаем двухслойную кладку (по табл. 6.2 [1]) так как и :

1. рабочий огнеупорный слой (материал – шамот класса А, толщина – 113мм);

2. наружный изоляционный слой (материал – диатомит, толщина – 300 мм).

Свод печи выполняется в виде арки с постоянным ра­диусом кривизны. Для восприятия горизонтальной силы, распирающей стенки печи, тре­буется обязательное применение металлического каркаса и пятовой балки.

Арочный свод выполняем из прямого и клинового кирпича (по табл. 6.3 [1]):

1. рабочий огнеупорный слой (материал – шамот класса А, толщина – 113 мм);

2. наружный изоляционный слой (материал – диатомит, толщина – 300 мм).

Принимаем двухслойный низ печи:

1. основной слой (материал – шамот класса А, толщина – 113 мм);

2. нижний изоляционный слой (материал – диатомит, толщина – 300 мм).

Таким образом, зная основные размеры рабочего пространства печи и выбрав на основании вышеприведенных рекомендаций тол­щину и конструкцию кладки стен, свода, пода и т. п., вычерчиваем расчетный эскиз печи, по которому определяем с помощью теплового баланса ее мощность.

Рисунок 3.2 Расчетный эскиз печи.