Расчет времени нагрева металла

 

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.