Тепловой расчёт камерной печи безокислительного нагрева стальных заготовок (стр. 2 из 4)
3.1 Расчёт коэффициента излучения
Заготовки нагреваются через 3 боковые грани из 4, причём с разной интенсивностью.
Задача лучистого теплообмена в этом случае может быть сведена к расчёту теплообмена между некоторой мнимой поверхностью
и поверхностью
При этом поверхность Fo имеет температуру, равную Тм и некоторую приведённую степень черноты
.Для оптимального расположения заготовок на поду рабочей камеры нагревательной печи (рис.3) принимаем соотношении
, отсюда 
.Степень черноты поверхности неокисленных сталей,
причём можно принять 
. 
Угловой коэффициент излучения кладки на материал
Объёмные доли газов H2O и CO2 в продуктах горения
Парциальное давление смеси водяных паров и трёхатомных газов
Эффективная толщина излучающего слоя газов
Средняя температура газов в рабочей камере
Коэффициент ослабления лучей трёхатомными газами
Степень черноты газов
Коэффициент излучения определяется по формуле В.Н. Тимофеева
3.2 Расчёт продолжительности нагрева заготовок
В камерной нагревательной печи имеет место радиационный равномерно распределённый режим внешнего теплообмена при
и 
.Термическая массивность заготовок устанавливается по критерию Старка
где
, R – расчётная толщина заготовки, на которой наблюдается максимальный перепад температур. Величина R в общем случае не совпадает с геометрическим размером нагреваемого тела и определяется несимметрией нагрева, то есть 
, где 
– коэффициент несимметричности нагрева, зависит от расположения заготовок на поду.Так как
критерий Sk рассчитывается для начала Sk´ и конца Sk´´ нагрева.Если
, то заготовка является термически тонким телом. При 
заготовка представляет собой умеренно массивное тело, расчёт продолжительности которого ведётся по формулам для термически тонкого тела, но с поправкой на массивность 
где коэффициент формы нагреваемой заготовки
Для оптимального расположения заготовок на поду принимаем с=0,065 м . По таблице 3.1. [1] находим
в зависимости от расположения заготовок на поду.Необходимое время нагрева термически тонких заготовок (при постоянной теплоёмкости металла
, 
где
- поправка на конвективную составляющую во внешнем теплообмене, 
- средняя удельная теплоёмкость металла в интервале температур.Количество заготовок в печи
Масса металла, находящаяся в рабочей камере печи
Функция
находится по формуле 
Так как теплофизические свойства стали заметно изменяются при нагреве, расчёт нагрева проводим для нескольких температурных интервалов, в каждом из которых величина
принимается постоянной. Коэффициент теплопроводности стали 
определяется для средней температуры интервала.Интервал температур нагрева разбивают на три диапазона
, 
, 
. Результаты расчёта сведены в таблице 3.Общая длительность нагрева
.По результатам расчёта строится график нагрева заготовок с учётом того, что при
зависимость 
может считаться линейной.3.3 Производительность нагревательной печи
Производительность печи
Удельное напряжение пода печи
Результаты расчёта процесса нагрева заготовок Таблица 3.
| Величина | Расчётная формула | Результаты расчёта | |||
1. Интервал температур нагрева  , K | Принимаем | 293…900 | 900…1300 | 1300…1520 | |
2. Средняя удельная теплоёмкость металла ,  |  | 0,579 | 0,910 | 0,718 | |
3. Коэффициент теплопроводности металла, ,  | Табл.1 | 44,683 | 34,207 | 35,930 | |
| 4. Безразмерная температура металла |  |  | 0,188 | 0,577 | 0,833 |
 |  | 0,577 | 0,833 | 0,974 | |
| 5. Функции |  | | 0,188 | 0,591 | 0,947 |
 | 0,591 | 0,947 | 1,472 | ||
6.  | - | 0,403 | 0,356 | 0,525 | |
7. Время нагрева  ,с |  | 1748 | 2432 | 2830 | |
| 8. Критерии Sk | | 0,213 | 0,278 | 0,265 | |
9. Время нагрева заготовок  , с | | 1838 | 2594 | 3010 | |
4. Расчёт теплового баланса рабочей камерынагревательной печи
Целью расчёта является определение расхода топлива и удельных показателей процесса, анализ статей теплового баланса.