Теоретичні відомості

 

Нагрівання металу - це процес, або попередній обробці металу тиском (прокатці, куванню), або вхідний як основна частина процесу термічної обробки металу. Тому нагрів металу дуже часто зустрічається на практиці та має важливе значення. Від якості його залежить і якість кінцевої продукції, і робота прокатного (ковальського) устаткування. Нагрівання металу варто здійснювати по цілком визначеній технології, характер якої залежить від того, з якою метою ведуть нагрівання. Процес нагрівання металу супроводжується деякими небажаними явищами, з яких найбільш важливими є його окислювання (вигар) і зневуглецювання. Утворення окалини вкрай негативно впливає як на економічну сторону процесу нагрівання, так і на роботу устаткування, особливо при куванні і гарячому штампуванні. Тому необхідно всіляко прагнути до зменшення вигару металу.

Питання зменшення втрат металу мають велике значення в роботі нагрівальних печей.

Важливими показниками процесу нагрівання металу є температура і швидкість нагрівання. Температурою нагрівання називають кінцеву температуру, при якій метал видають з печі і яка визначається цілями подальшої обробки металу. Швидкість нагрівання - це зміна температури металу в часі.

В основі теорії нагрівання, яка відноситься до категорії нестаціонарних теплових процесів, лежить теорія теплопровідності, теорія температурних напруг та ін.

Необхідно помітити, що час нагрівання, що є важливим фактором технології нагрівання, служить разом з тим величиною на підставі якої визначають головні розміри робочого простору нагрівальних печей.

У процесі нагріву різні шари металу нагріваються неоднаково, і тому існує визначена різниця температур по перетину металу. Унаслідок цього в металі можливе виникнення напруги.

При неправильно обраній технології нагрівання можливо таке положення, коли велика різниця температур по перетину металу може викликати виникнення надмірних напруг і, як наслідок, утворення тріщин і раковин. Здатність металу витримувати виникаючі напруги визначається його властивостями. Тому при правильній технології нагрівання теплова сторона процесу нагрівання металу повинна бути ув'язана з його пружними властивостями.

Технологічний режим нагрівання металу, чи просто режим нагрівання, являє собою графік зміни температури металу в часі, що забезпечується тепловим режимом роботи печі.

Температурою нагрівання називають кінцеву температуру металу, при якій метал видають з печі.

Виходячи з припустимої швидкості нагрівання, визначають такі елементи режиму нагрівання, як кількість ступенів нагрівання, чи наявність відсутності зони витримки і, нарешті, час повної тривалості нагрівання (час нагрівання).

Температура нагрівання і швидкість, з якою її досягають, визначають також рівномірність нагрівання - найважливіший показник якості нагрівання металу.

Температура нагрівання металу залежить головним чином від того, яку мету переслідує процес нагрівання.

При термообробці температуру нагрівання вибирають відповідно до виду термообробки і критичних температур, характерними для металу даної марки.

Обробка металу тиском вимагає такої температури нагрівання, при якій метал має пластичні властивості, що вимагаються; температуру нагріву металу варто обирати з обліком того, яка мінімальна температура припустима наприкінці обробки. Це необхідно, тому що метал, що пропускається в процесі прокатки через валки, остигає. Однак до кінця прокатки він не повинний втрачати необхідних пластичних властивостей.

 

 

Порядок виконання роботи

 

1 Визначення розрахункової товщини металу S, м виконується за формулою

 

(1)

 

де d – діаметр металевого злитка, м.

2 Час нагрівання масивного металу визначається з використання номограм Д.В.Будрина і критеріїв Ві, Ө_п, Ө_ц, F_o

2.1 Критерій Біо Bi визначається за формулою

 

(2)

 

де α – сумарний коефіцієнт теплопередачі, Вт/(м² ˚С);

λ – коефіцієнт теплопровідності, Вт/(м ˚С).

2.2 Відносна температура поверхні тіла θ_п визначається за формулою

 

(3)

 

де - температура нагріву печі, ˚С;

- температура поверхні в кінці нагріву, ˚С;

- перепад температур по перетину злитка, ˚С.

3 По критеріям Ві і Ө_п визначаємо критерій Фур’є F_o по додатку 2.

4 По критеріям Ві і F_o визначаємо критерій Ө_ц по додатку 3.

5 Коефіцієнт температуропровідності металу а, м²/год, розраховується за формулою

 

(4)

 

де с - теплоємність металу, Дж/(кг ·˚С);

ρ – щільність металу, кг/м³.

6 Час нагрівання металу τ, год, визначається за формулою

 

(5)

 

7 Визначення температури центра циліндра , ˚С

 

(6)

 

8 Визначення температурного перепаду Δt, ˚С між поверхнями і центром заготівки

 

(7)