6.2. Расчет времени нагрева металла в методической зоне

Температура газов в зоне теплообмена рассчитывается по формуле

(45)

В начале методической зоны

В конце методической зоны

где

Зоны горения и теплообмена представляют собой плоскопараллельные бесконечной протяженности.

В этом случае эффективная длина луча (оптическая толщина слоя) может быть рассчитана по формуле (33).

S_эф=1,8 Н.

Для зоны теплообмена высотой H’’=Н_св-H’- =1,2-0,1-0,3=0,8 м. Расчетные данные приведены на температурном графике нагрева.

Рис. 4. Распределение температур по сечению металла и по длине со сводовым отоплением:

t_r1, t_r2 – температуры газов соответственно в зоне горения и теплообмена;

t_кл, t_пов t_цент – температуры соответственно кладки, поверхности и центра

заготовки

Степень черноты определяется по формуле (32)

где

Тогда коэффициент ослабления составит:

Степень черноты газов в зоне теплообмена в начале методической зоны

Степень черноты газов в конце методической зоны при t_r2 = 1160⁰С рассчитывается аналогично и составит = 0,283.

Степень черноты газов для зоны горения определяется для температуры горения равной t_r1 = 1581⁰С и будет одинакова для методической, сварочной и томильной зон.

Плотность теплового потока излучения на кладку рассчитывается по формуле (36).

В начале методической зоны

в конце методической зоны

Плотность конвективного потока от продуктов горения к кладке рассчитывается по формуле

Для условий теплообмена при сводовом отоплении можно принять

Плотность результирующего потока на металл рассчитывается по формуле (37)

в начале методической зоны

Аналогичные расчеты проводятся для конца методической зоны, которые соответствуют и участку начала сварочной зоны.

Температура кладки t_кл = 1141⁰С.

Плотность конвективного теплового потока от факела к кладке

Приведенный коэффициент излучения системы в конце методической зоны составит

Результирующий тепловой поток на металл в конце методической и начале сварочной зоны в этом случае составит:

Средняя по длине методической зоны плотность результирующего теплового потока на металл в соответствии с формулой (38) составит

Температуру центра заготовки в конце методической зоны определим по формуле

где t_пов – температура поверхности металла в конце методической зоны,

 - толщина металла;

 - коэффициент несимметричности нагрева металла;

_ст - определяется для соответствующей марки стали (рис ).

Рис. 5. Зависимость С и l_ст от температуры

При коэффициент теплопроводности стали составит

Средняя температура металла по сечению составит

Средняя температура металла по длине зоны может быть определена как среднеарифметическое между температурами в начале и в конце методической зоны

Этой температуре соответствует коэффициент теплопроводности равный а теплоемкость 0,58 кДж/(кг∙К) [8].

По формуле (40) рассчитывается время нагрева в методической зоне.