Для расчета времени нагрева определяется величина критерия Био, характеризующего теплотехническую массивность нагреваемого изделия.
Для методической зоны.
,
где λ - коэффициент теплопроводности изделия, при средней температуре металла в методической зоне, Вт/(мК).
Так как значение критерия Bi >0,3, то изделие термически массивное. Расчет времени нагрева производим с использованием графических зависимостей (графики Будрина):
,
где - температурный критерий;
Fo - критерий Фурье;
Х - безразмерная координата, определяющая местоположение рассматриваемой точки.
Определяем температурный критерий для поверхности нагреваемого изделия:
,
где tп - средняя температура печи в методической зоне, °С
.
По графикам Будрина [2] определяем критерий Фурье:
Fo1=1,3.
Время нагрева металла в методической зоне, ч:
,
где a - коэффициент температуропроводности при средней температуре металла, м2/ч.
Температурный критерий для центра заготовки также определяем по графикам Будрина:
|
|
тогда температура в центе заготовки в конце методической зоны, °С:
.
Для сварочной зоны.
,
где λ - коэффициент теплопроводности изделия, при средней температуре металла в сварочной зоне, Вт/(мК).
Так как значение критерия Bi >0,3, то изделие термически массивное.
Определяем температурный критерий для поверхности нагреваемого изделия:
,
где tп - средняя температура печи в сварочной зоне, °С.
По графикам Будрина [2] определяем критерий Фурье:
Fo2=0,41.
Время нагрева металла в методической зоне, ч:
.
Температурный критерий для центра заготовки также определяем по графикам Будрина:
тогда температура в центе заготовки в конце сварочной зоны, °С:
Определяем температурный перепад по сечению металла в конце сварочной зоны, °С:
Степень выравнивания температуры, при условии что разница между температурой центра и поверхности не должна превышать 50 °С, определяется по формуле:
.
Это соответствует числу Фурье Fo3=0,09, тогда время выдержки, ч:
.
Суммарное время нагрева составит, ч:
.
Определяем длину печи, м:
,
где g - вес одного изделия, кг
V - объем одного изделия, м3
ρ - плотность материала, кг/м3
.
λ - коэффициент теплопроводности, Вт/(м·К);
с - теплоемкость материала, Дж/(кг·К);
а - коэффициент температуропроводности, м2/ч.
Длина методической и сварочной зоны: 39,8 м, а длина томильной зоны 3,1 м.