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=0.55·0.1=0,055 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=4+2·0,25=4,5 м.

Здесь α=0,25 м – зазоры между слябами и стенками печи.

В соответствии с рекомендациями [3] высоту печи принимаем равной: в томильной зоне 1,65 м, в сварочной 2,8 м, в методической 1,6 м.

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

Методической зоны ω_м = (2·1,6+4,5)/4=1,925;

Сварочной зоны ω_м = (2·2,8+4,5)/4=2,525;

Томильной зоны ω_м = (2·1,65+4,5)/4=1,95.

Определим эффективную длину луча [формула (57)], м:

Методическая зона

Сварочная зона

Томильная зона

Определение времени нагрева металла в методической зоне

Находим степень черноты дымовых газов при средней температуре

Парциальное давление CO₂ и H₂O равно:

По номограммам на рис. 13-15 находим

.

Тогда

Приведенная степень черноты рассматриваемой системы равна [формула (60)]

Степень черноты металла принята равной

Средний по длине методической зоны коэффициент теплоотдачи излучением определяем по формуле (67, б)

Определяем температурный критерий θ и критерий Bi:

Т.к. критерий Bi<0,25, то это тело ведёт себя как термически тонкое. Поэтому время нагрева τ определится по формуле Тайца:

ρ -плотность стали (7800 кг/м³), с – теплоёмкость стали (0,4724*10³ Дж/(кг•ºC)), k – коэффициент формы заготовки (в нашем случае – пластина, k = 1).

Принимаем температуру центра сляба в конце методической зоны 500°С.

Определение времени нагрева металла в сварочной зоне

Найдём степень черноты дымовых газов при t_г=1300°C

По номограммам на рис 13-15 находим

.

Тогда

Принимаем температуру поверхности металла в конце сварочной зоны 1000°С.

Приведённая степень черноты сварочной зоны равна [формула (60)]

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

Находим температурный критерий для поверхности слябов

Так как при средней температуре металла согласно приложениюIX теплопроводность углеродистой стали равна λ = 31,9 Вт/(м·К), а коэффициент температуропроводности α = 4,56·10^-6 (м² /с), то

При определении средней температуры металла в сварочной зоне было принято, что температура в центре сляба в конце зоны равна 850°С. Теперь по номограмме на рис. 22 находим критерий Фурье Fo=2,4

Время нагрева в сварочной зоне

Определяем температуру в центре сляба в конце сварочной зоны. По номограмме на рис. 24 при значениях Bi=0,708 и Fo=2,4 находим θ_центр=0,3, с помощью которого определяем

Определение времени томления металла

Перепад температур по толщине металла в начале томильной зоны составляет

∆t_нач=1120-1060=60°С. Допустимый перепад температур в конце нагрева составляет ∆t_кон=30°

Степень выравнивания температур равна

При коэффициенте несимметричности нагрева, равном μ = 0,55 критерий Fo для томильной зоны согласно номограмме на рис. 19 (кривая 3) равен Fo=0,1.

При средней температуре металла в томильной зоне

Из приложения IX λ = 28,3 Вт/(м·К), α = 5,75·10^-6 (м² /с)

Время томления:

Полное время пребывания металла в печи равно: