Технические науки - энергетика

Зінченко В.Ю., Іванов В.І., Мосейко Ю.В.

ПРО НАГРІВАННЯ ВИРОБІВ ПІД ТЕРМООБРОБКУ

В ПЕЧАХ КАМЕРНОГО ТИПУ

(Повідомлення 1)

Запорізька державна інженерна академія

Нерівномірність розподілу температури за об’ємом садки під час нагрівання під термообробку металевих виробів у полум’яних печах камерного типу призводить до нестандартності термообробки, тобто наявності різних значень фізико-механічних властивостей для окремих виробів.

Причиною цього, як правило, вважають нерівномірне поле температури в робочому об’ємі камерної печі та тому підвищують вимоги щодо обмеження припустимого перепаду температури у її об’ємі.

Камерні печі відносяться до класу об’єктів періодичної дії. Управління процесом нагрівання зводиться до реалізації за часом раціональних температурних режимів, які забезпечують технологічно необхідну динаміку зазначеного процесу. Відомо, що стандартність термообробки визначається не лише кінцевим тепловим станом виробів, але й швидкістю та рівномірністю нагрівання.

Розглядали поперечний переріз камерної термічної печі для обробки відлитих електродів, що укладено у металеві бугелі, за її однобічним опаленням природним газом за допомогою пальників типу «труба у трубі». Виведення продуктів згоряння з печі здійснюють через димові вікна, що розташовано на її протилежній щодо пальників стороні.

Загальний об’ємний потік гріючих газів V_гг, що надходять до робочого об’єму печі, можна подати як суму потоків V_гг,i:

, (1)

де n – кількість проточних зон, i = 1,2…n.

Температуру газів за режимом ідеального перемішування у і-тій зоні t_з,i можна визначити із рівняння її миттєвого теплового балансу:

, (2)

де q_підв(t) – теплота, що є підведеною до і-ої зони як функція часу ; – сумарний коефіцієнт тепловіддачі від гріючих газів у i-ій зоні до k-го виробу, що контактує із i-ою зоною; – температура поверхні k-го виробу, який одержує теплоту в i-ій зоні; – площа поверхні k-го виробу, що сприймає теплоту в i-ій зоні; – об’ємна витрата продуктів згоряння, що залишають i-ту зону; t_пзгі, – відповідно температура та теплоємність продуктів згоряння; q_втр(t) – втрати теплоти у i-ій зоні до навколишнього середовища, акумульованої кладкою, а також на перетік до сусідніх зон як функція часу t; k – номер виробу, що одержує теплоту в k-ій зоні, k = 1,2….

Приймаючи, що и , можна записати:

. (3)

Вводячи проміжні позначення:

; ; ,

температуру t_з,i в і-ій зоні можна подати у вигляді

. (4)

Відповідно до рівняння (4) рівень температури у і-ій зоні визначається як приходом теплоти до даної зони q_підв(t), так і температурою виробів, що контак-тують з і-ою зоною. Приймаючи, що k-ий виріб одержує теплоту із двох зон [і-ої та (і+1)-ої] та використовуючи принцип суперпозиції, динаміку нагрівання термічно тонкого k-го виробу можна подати за допомогою диференційного рівняння першого порядку [1]:

, (5)

де , – відповідно маса та теплоємність k-го виробу;

.

Із рівняння (5) виходить, що за інших рівних умов тривалість нагрівання k-го виробу визначається значенням постійної часу :

. (6)

Для садки, яка складається із значної кількості виробів, нестандартність термообробки пояснюється, в першу чергу, відмінністю динаміки часу нагрівання через різні значення постійних часу нагрівання виробів.

За форсованими режимами нагрівання виробів температуру печі слід обмежувати, виходячи з умови нагрівання виробу з найменшою постійною часу , а загальну тривалість нагрівання необхідно встановлювати з умови нагрівання виробу з найбільшою постійною часу .

Література:

1. Губинский, В. И. Теория пламенных печей / В. И. Губинский, Лу Чжун-У. – М. : Машиностроение, 1995. – 256 с.