Расчет времени нагрева изделия из стали 40Х - Производство и технологии контрольная работа

Главная

Производство и технологии
Расчет времени нагрева изделия из стали 40Х

Диаграмма распада переохлажденного аустенита стали 40Х. Расчет времени нагрева цилиндрической заготовки. Тепловой баланс рабочего пространства печи. Коэффициент полезного действия для термических печей. Величина перепада температуры по толщине изделия.


посмотреть текст работы


скачать работу можно здесь


полная информация о работе


весь список подобных работ


Нужна помощь с учёбой? Наши эксперты готовы помочь!
Нажимая на кнопку, вы соглашаетесь с
политикой обработки персональных данных

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Данная цилиндрическая заготовка ?=800 мм, d=100 мм из низколегированной стали; материал 40Х. Огнеупорный материал шамот класса А (ША), теплоизоляционный материал - шамот ШЛ 0,4.
Сталь конструкционная легированная. Хромистая. Применение: оси, валы, вал-шестерни, плунжеры, штоки, коленчатые и кулачковые валы, кольца, шпиндели, оправки, рейки, губчатые венцы, болты, полуоси, втулки и другие улучшаемые детали повышенной прочности.
Изотермическая диаграмма распада переохлажденного аустенита (с-кривая) для данной стали приведена в [1].
Рисунок 1 - Диаграмма распада переохлажденного аустенита стали 40Х
Химический состав стали 40Х должен соответствовать требованиям ГОСТ 4543-71 (таблица 1).
2. Расчет времени нагрева заготовки
Определяем массивность нагреваемого изделия.
Для стали 40Х коэффициенты теплопроводности равны:
Тогда средний коэффициент теплопроводности можно вычислить по формуле:
л ср =л 20 +л 970 /2=49+28,8/2=38,9 Вт/мК.
В электрических печах без искусственной циркуляции воздуха основным видом теплообмена, определяющим нагрев изделий, является теплообмен лучеиспусканием. Конвективный теплообмен в результате свободного движения воздуха около поверхности нагреваемого изделия имеет небольшую интенсивность и коэффициент теплоотдачи конвекцией в нагревательной камере печей сопротивления с температурой выше 700 о С приближенно может быть принят равным 10-15 Вт/(м 2 К)
Коэффициент теплоотдачи лучеиспусканием определяется по формуле:
б л= с пр • ((Тп /100) 4 - (Тм ср /100) 4 / (Тп - Тм ср )) (1)
где Тп - текущие значения температур печи, К.
где Тм ср - средняя за время нагрева температура изделия, К.
Определяем среднюю температуру изделия за время нагрева:
Тм ср =1/3• (t мн +2t мк ) + 273 =1/3• (20+2•1070) + 273 = 993 К. (2)
где t мн и t мк - температуры изделия соответственно в начале и в конце температурного интервала нагрева, о С.
где Тп - текущие значения температур печи, o C.
Приведенный коэффициент излучения С пр рассчитывается по формуле:
С пр = С о /(1/е м ) + (F m / F n ) • (1/е n - 1) (4)
где С о = 5,67 Вт /(м 2 К 4 ) - константа излучения абсолютно черного тела;
е м - степень черноты нагреваемого металла;
F m - тепловоспринимающая поверхность нагреваемого металла, м 2 ;
F n - поверхность нагревательной камеры печи, м 2 .
Для заготовок из марки 40Х е m = 0,8; е n = 0,8
Площадь рабочего пространства печи высчитывается по формуле:
F n = BH2 + 2LH + 2BL = 2 (BH + HL + BL)
где В-ширина; L - длина; Н - высота;
F n = 2•(0,7•1,0 + 0,6•0,7 + 1,0•0,6) = 3,44 м 2
Площадь металла вычисляется по формуле:
F m = р • d • ? + 2• ((р • d 2 )/4)
F m = 3,14 • 0,1 • 0,8 + 2• ((3,14 • 0,1 2) / 4) =0,2669 м 2
Рассчитаем количество загружаемых в печь деталей:
n = B / (d + d) = 600 / (100 + 100) = 3 штуки.
Площадь всех деталей загруженных в печь рассчитывается по формуле:
F / m = F m • n = 0,2669 ? 3 = 0,8007 м 2 .
Подставим полученное значение в формулу (4):
где б к коэффициент теплоотдачи конвекцией в нагревательной камере печей сопротивления с температурой выше 700 о С приближенно может быть принят равным 10-15 Вт/(м 2 К)
После загрузки холодного изделия в печь происходит интенсивный нагрев его поверхностных слоев. Нагрев центральных слоев протекает с меньшей скоростью из - за термического сопротивления изделия. Изменяясь по величине, он может сохраняться в течение всего времени нагрева изделия. Это значительно усложняет определение времени нагрева изделия.
Величина перепада температуры по толщине изделия зависит от отношения термического сопротивления изделия к термическому сопротивлению передачи тепла к его поверхности. Чем больше указанное отношение, тем больше перепад температуры по толщине изделия. В теории теплообмена отношение внутреннего термического сопротивления к внешнему термическому сопротивлению на его поверхности определяется числом БИО:
где S - характерный геометрический размер изделия, для цилиндра - его радиус;
л - коэффициент теплопроводности металла;
Если величина Bi близка к нулю, то термическим сопротивлением изделия можно пренебречь, и его нагрев определяется только внешним теплообменом. В этом случае перепад температуры по сечению изделия можно не учитывать при определении времени его нагрева. Такие изделия называются «тонкими «в тепловом отношении в отличие от «массивных «, температурный перепад в которых соизмерим с температурным напором на их поверхности. Между тонкими и массивными изделиями принимают такое сечение, для которого число Био равно 0,25; при этом значении Bi максимальный перепад температуры по сечению изделия составляет 10% от разности начальных температур изделия t o и внешней среды. Если Bi ‹ 0,25, расчеты выполняются по формулам для тонких изделий, если же Bi › 0,25 - расчеты выполняются по формулам для массивных изделий.
Так как Bi = 0,43 › 0,25, то изделие массивное.
Расчет времени и охлаждения массивных изделий удобно вести по специальным графикам, наиболее точные из которых разработаны Д.В. Будриным (учебное пособие. Изд. ЮУрГУ 2005 г.). Они составлены для расчета времени нагрева или охлаждения поверхности и оси цилиндра. По этому графику можно также путем перемножения температурных критериев (относительных температур) определить температуру различных точек поверхности и цилиндра для любого момента времени.
По оси абсцисс отложено значение независимой переменной - относительно времени (числа Фурье) в логарифмическом масштабе, а по оси ординат - температурный критерий (относительная температура), представляющая собой отношение текущей разности температуры данной точки и окружающей среды к этой же разности до начала нагрева или охлаждения:
и = (t n - t пов ) /(t n - t o ) (6)
t пов - температура поверхности металла;
t о - температура окружающей среды.
Прямые линии на диаграмме, меняющие свое направление, относятся к различным значениям Bi; изделиям большего сечения соответствует большее значение Bi, а изделиям меньшего сечения - меньшее. По значениям Bi и и на графике определяется Fo, откуда определяется время нагрева. Далее по Bi и Fo по графику для нагрева средней оси цилиндра можно определить относительную температуру и температуру средней оси цилиндра.
число Фурье рассчитывается по формуле:
воспользуемся графиком для расчета времени нагрева или охлаждения поверхности цилиндра, где F o = 1,5
где - средний для данного интервала температур коэффициент теплопроводности, - средняя удельная теплоемкость, - плотность изделия.
3. Тепловой расчет электрической печи
Тепловой расчет печи сводится к составлению теплового баланса, который представляет собой уравнение, связывающее приход и расход тепла. При проектирование печи тепловой баланс составляют с целью определения мощности в электрической печи. В этом случае статьи расхода определяются расчетным путем по соответствующим формулам. Тепловой баланс действующей печи составляют с целью определения технико-экономических показателей ее работы. В этом случаи статьи баланса можно определить как экспериментально так и расчетом.
3.2 Расходные статьи теплового баланса печи
1. Полезное тепло, расходуемое на нагрев металла
Q м = G м / ф н • c м (t мк - t мн ), Вт
где G м = 70 кг - масса нагреваемого металла
c м = 565 Дж/кг 0 С - средняя теплоемкость металла в интервале температур от t мн до t мк .
t мн = 20 0 С, t мк = 1100 0 С - соответственно, начальная и конечная температуры нагреваемого металла.
Q м = 70 • 565 • (1070-20)/520,9 = 79 723 Вт
2. Тепло, теряемое вследствие теплопроводности кладки печи:
Q кл = 2• Q бок.ст. + 2 • Q торц.ст. + Q свода + Q пода (9)
2.1. Для определения потерь тепла теплопроводностью через кладку, необходимо принять конструктивное оформление футеровки печи.
Свод печи оформляется арочным из шамота класса А (ША) - толщиной 0,23 м.
Под печи выполнен из шамота класса А (ША) толщиной - 0,46 м. Стены печи двухслойные: огнеупорный слой - шамот класса А (ША) толщиной 0,23 м и теплоизоляционный слой - шамот ШЛ 0,4 толщиной 0,115 м. Потери тепла в результате теплопроводности через свод, под и стены печи определяются по формуле:
Q ст = (t п - t 0 )/[S 1 /(л 1 F 1 )+ S 2 /(л 2 F 2 )+ … +S n /(л n F n )+ 1/(б h F нар )], Вт (10)
где t п = 1100 0 С - температура рабочего пространства печи
t 0 = 20 0 С - температура окружающего воздуха
S n , S 2 ,…, S 1 - толщина отдельных слоев кладки, м
л 1 ,л 2, …, л n - коэффициенты теплопроводности слоев кладки, Вт/м•К
F 1 , F 2 ,…, F n - средние расчетные поверхности слоев кладки, м 2
б h = 12 Вт/м 2 •К - коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности печи в окружающую среду
F нар - наружная поверхность кладки, м 2
По условию задачи размеры внутреннего пространства печи:
Высота H = 0,7 м; длина L = 1 м; ширина В = 0,6 м.
Для свода печи, в соответствии с рисунком, площадь внутренней поверхности:
F св.нар. =(0,6+(0,23+0,115)•2) (1,0+(0,23+0,115)•2)=2,18 м 2
F 1св =vF св.вн •F св.нар = v0,6•2,18=1,14 м 2
Для пода печи, в соответствии с рисунком 2, площадь внутренней поверхности:
Площадь наружной поверхности F п.нар. м 2
F п.нар =(0,6+0,345•2)•(1,0+0,345•2)=2,18 м 2
Площадь поверхности между слоями F 1,2п. , м 2
F 1,2п =(0,6+0,345)•(1,0+0,345)=1,28 м 2
Средняя площадь первого пода слоя F 1.п. , м 2
F 1.п = vF п.вн. •F 1,2п = v0,6•1,28 = 0,88 м 2
Средняя площадь второго слоя пода F 2.п. м 2
F 2.п = vF п.нар. •F 1,2п = v2,18•1,28 = 1,67 м 2
Для боковых стенок печи, в соответствии с рисунком, площадь внутренней поверхности:
Площадь внутренней поверхности F ст. вн , м 2
F ст. вн. = 2•(0,7•1,0+0,6•0,7) = 2,24 м 2
Площадь наружной поверхности F ст.нар. , м 2
F ст.нар. = 2•(1,39•1,29+1,39•1,69) = 8,28 м 2
Площадь поверхности между слоями F 1,2 ст. , м 2
F 1,2 ст =2 ((1,0+0,23•2)•(0,7+(0,46+0,23)•2/3)+ +(0,6+(0,46+0,23) 2/3)•(0,6+0,23?2))=5,63 м 2
Рисунок 3 - Сечение боковой стенки печи
Средняя площадь первого слоя F 1 ст. , м 2
F 1 ст. =vF ст. вн. F 1,2ст =v2,24•5,63 = 3,55 м
F 2ст. = vF ст нар •F 1,2ст = v8,28•5,63 =6,83 м 2
Коэффициенты теплопроводности л, огнеупорных и теплоизоляционных материалов определяются по формуле:
где a и b - постоянные характеризующие материалы;
t ср. - средняя температура слоя, о С, определяется
t 1 = (t n + t 1..2 )/2; t 2 = (t 1..2 + t 2..3 )/2; t n = (t n -1; n +t нар. )/2.
где t n = 1100 o C - температура внутренней поверхности печи;
t 1..2 ; t 2..3 ; t n -1; n - температура между отдельными слоями кладки печи, о С;
t нар. - температура наружной поверхности кладки печи, о С.
Для дальнейших расчетов предварительно принимаем для свода печи t нар =215 0 С,
t св = (t n + t нар )/2 = (1100 + 215)/2 = 657,5 0 С
Для пода печи принимаем (исходя из толщины кладки и теплопроводности) t нар = 130 0 С, t 1,2 = 490 0 С.
t 1п = (t п + t 1,2 )/2 = (1100+490)/2 = 795 0 С
t 2п = (t нар + t 1,2 )/2 = (490+130)/2 = 310 0 С
Для стен принимаем t нар = 100 0 С, t 1,2 = 675 0 С
Коэффициенты теплопроводности (для данных условий) определяются:
л св = a + b•t ср = 0,980 + 0,278•657,5•10 -3 =1,16 Вт/м•К
л 1п =0,980+0,278•795•10 -3 =1,20 Вт/м•К
л 2п =0,980+0,278•310•10 -3 =1,07 Вт/м•К
л 1ст =0,980+0,278•887,5•10 -3 =1,23 Вт/м•К
л 2ст =0,1+0,286•387,5•10 -3 =0,21 Вт/м•К
Потери тепла вследствие теплопроводности кладки:
Q ст.св =(1100-20)/[0,23/(1,16•1,14)+1/(12•2,18)]=5091 Вт
Q ст.п =(1100-20)/[0,23/(1,2•0,88)+0,23/(1,07•1,67)+1/(12•2,18)]=2807 Вт
Q ст.ст =(1100-20)/[0,23/(1,23•3,55)+0,115/(0,21•6,83)+1/(12•8,28)]=7557 Вт
t 1,2 =t п -Q ст• •S 1 /(л 1 •F 1 )
t 2,3 =t п -Q ст • •[S 1 /(л 1 •F 1 )+ S 2 /(л 2 F 2 )]
t нар =t п -Q ст •[S 1 /(л 1 F 1 )+ S 2 /(л 2 F 2 )+ … +S n /(л n F n )]
t нар . св =t п -Q ст . св • S 1 /(л 1 •F 1 )=1100-5091•0,23/(1,16•1,14)=215 0 С
t 1,2п =1100-2807•0,23/(1,2•0,88)=489 0 С
t нар.п =1100-2807 (0,23/(1,2•0,88)+0,23/(1,07•1,67))=127 0 С
t 1,2ст =1100-7557•0,23/(1,23•3,55)=702 0 С
t нар. ст =1100-7557 (0,23/(1,24•3,55)+0,115/(0,24•6,83))=96 0 С
Полученные в результате проверки температуры для стен отличаются от принятых более чем на 10 0 С, поэтому задаемся значениями температур, близким к значениям, полученные при проверке и снова производим расчет.
Для стен печи t 1,2 =702 0 С, t нар = 96 0 С тогда средняя температура слоя кладки свода:
t 1ст =(t п +t нар )/2=(1100+702)/2=901 0 С
Коэффициенты теплопроводности (для данных условий) определяются:
л 1ст =0,980+0,278•901•10 -3 =1,23 Вт/м•К
л 2ст =0,1+0,286•399•10 -3 =0,21 Вт/м•К
Потери тепла вследствие теплопроводности кладки
Q ст.ст =(1100-20)/[0,23/(1,23•3,55)+0,115/(0,21•6,83)+1/(12•8,28)]=7557 Вт
t 1,2.ст =t п -Q ст.св • S 1 /(л 1 •F 1 )=1100-7557•0,23/(1,23•3,55)=702 0 С
t ст.нар =1100-7557 (0,23/(1,23•3,55)+0,115/(0,21?6,83))=96 0 С
Так как расхождение между полученными в результате расчета и принятыми значениями температур кладки печи не превышает 5 0 С, расчет произведен правильно.
Суммарные потери вследствие теплопроводности кладки
Q ст =Q ст.ст + Q ст.п + Q ст.ст ; Вт
3. Потери тепла излучением через открытые загрузочные окна Q луч
Q луч =С 0 ?е?ц?F отв [(Ф п /100) 4 - (Т в /100) 4 ]?ф, Вт
Где С 0 =5,67 Вт/м 2 •К 4 - константа излучения абсолютно черного тела;
е - степень черноты излучающего тела
F отв =0,16 м 2 - площадь открытого окна
Ф п , Т в - температура, соответственно, печи и окружающего воздуха, К
?ф= ф откр /ф общ доля времени, в течении которого окно открыто.
окно открыто примерно 3 мин. Тогда ?ф=0,35
ц= 0,55 - коэффициент диафрагмирования.
Q луч =5,67•0,8•0,55•0,16 [(1373/100) 4 - (293/100) 4 ]•0,35=4954 Вт
4. Потери тепла Q ткз. вследствие тепловых коротких замыканий:
Допустим что окно открыто примерно 3 мин. Тогда ?ф=0,35
ц= 0,55 - коэффициент диафрагмирования.
Q луч =5,67•0,8•0,55•0,16 [(1373/100) 4 - (293/100) 4 ]•0,35=4954 Вт
4. Потери тепла Q ткз. вследствие тепловых коротких замыканий:
Тепловой баланс рабочего пространства печи
Тепло, выделяемое электрическими нагревателями при прохождении тока
Полезное тепло, расходуемое на нагрев металла
Потери тепла вследствие тепловых коротких замыканий
Коэффициент полезного действия для термических печей определяется по формуле
где Q М - тепло, идущее на нагрев металла, Вт;
Q РАСХ - суммарные затраты тепла печью выбранной конструкции, Вт.
1 Попова, Л.Е. Диаграммы превращения аустенита в сталях и бета - растворах в сплавах титана: справочник термиста/ Л.Е. Попова, А.А. Попов. - Москва: Изд-во Металлургия, 1991. - 264 с.
2 Корягин, Ю.Д. Тепловые и электрические расчеты термических печей: учебнон пособие/ Ю.Д. Корягин. - Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2005. - 178 с.
3 Кривандин, В.А. Теория, конструкции и расчеты металлургических печей. Том 1/ В.А. Кривандин, Ю.П. Филимонов. - Москва: Изд-во Металлургия, 1978. - 359 с.
4 Мастрюков, Б.С. Теория, конструкции и расчеты металлургических печей. Том 2/ Б.С. Мастрюков. - Москва: Изд-во Металлургия, 1978. - 271 с.
5 Общемашиностроительные нормативы вспомогательного времени на термическую обработку металла в печах, ваннах и установках ТВЧ: нормативно - производственное издание / Москва: Изд-во Экономика, 1988. - 88 с.
6 Сорокин, В.Г. Марочник сталей и сплавов/ В.Г. Сорокин, А.В. Волосникова. - Москва: Изд-во Машиностроение, 1989. - 640 с.
7 Зарапин, Ю.Л. Стали и сплавы в металлургическом машиностроение: справочник/ Ю.Л. Зарапин, В.Д. Попов, Н.А. Чиченов. - Москва: Изд-во Металлургия, 1980. - 144 с.
8 Филипов, С.А. Справочник термиста/ С.А. Филипов, И.В. Фиргерт. - Ленинград: Изд - во Машиностроение, 1975. - 352 с.
Расчет теплового баланса четырехзонной методической печи. Определение времени нагрева и томления металла в методической и сварочной зонах. Тепловой баланс печи и расход топлива. Требования техники безопасности при обслуживании, пуске и эксплуатации печей. курсовая работа [505,2 K], добавлен 11.01.2013
Исходные данные для расчета тепловых потерь печи для нагрева под закалку стержней. Определение мощности, необходимой для нагрева, коэффициент полезного действия нагрева холодной и горячей печи. Температура наружной стенки и между слоями изоляции. контрольная работа [98,4 K], добавлен 25.03.2014
Теплотехнология нагрева, разработка температурного графика. Расчет топлива и определение действительной температуры в печи. Расчет времени пребывания садки в рабочем пространстве. Тепловой баланс зон печи. Автоматическое регулирование тепловой нагрузки. курсовая работа [998,9 K], добавлен 18.03.2013
Особенности нагрева заготовок из стали ШХ15 в камерной печи сопротивления. Тепловая мощность электрической печи и коэффициент полезного действия. Тепло, теряемое вследствие теплопроводности кладки печки. Расчет торцевых боковых стенок, пода и свода. курсовая работа [4,7 M], добавлен 17.01.2016
Определение полезной тепловой нагрузки на выходе из печи. Расчет процесса горения: теплотворной способности топлива, теоретического расхода воздуха, состава продуктов горения. Коэффициент полезного действия печи и топки. Вычисление конвекционной секции. курсовая работа [155,1 K], добавлен 10.12.2014
Тепловой баланс трубчатой печи. Вычисление коэффициента ее полезного действия и расхода топлива. Определение диаметра печных труб и камеры конвекции. Упрощенный аэродинамический расчет дымовой трубы. Гидравлический расчет змеевика трубчатой печи. курсовая работа [304,2 K], добавлен 23.01.2016
Тепловой баланс электродной печи-ванны. Определение показателя эффективности работы конструкции. Расчет продолжительности нагрева заготовки, элементов сопротивления, размеров рабочего пространства печи. Вопросы экологии и безопасных условий труда. курсовая работа [247,1 K], добавлен 10.02.2014
Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д. PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах. Рекомендуем скачать работу .

© 2000 — 2021



Расчет времени нагрева изделия из стали 40Х контрольная работа. Производство и технологии.
Наша Речь Важнейшая Часть Нашей Личности Сочинение
Реферат: The Three Degres Of Subject Matter Essay
Контрольная работа: Аудит кредитів
Эссе Петр 1 Великий
Дипломная Работа На Тему Ефективність Управління Персоналом Підприємства В Умовах Раціонального Використання Трудових Ресурсів (На Прикладі Ват "Мк "Азовсталь")
Дипломная Работа Железнодорожный Транспорт
Банкротство Кредитных Организаций Диссертация
Контрольная работа: Современная естественнонаучная картина мира
Проверка Сочинений На Орфографию И Пунктуацию
Контрольная Работа Свойства Неравенств 9 Класс
Реферат На Тему Скоринговые Системы В Кредитовании Физических Лиц
Реферат по теме Вбирна здатність, кислотність і лужність ґрунтів
Класс Сочинения Рассуждения
Реферат: Захват заложника. квалифицирующие признаки
Профессиональная деформация личности
Реферат: Северная война 1700-1721 гг 2
Современные Проблемы Арбитражного Процесса Рф Дипломная Работа
Социальное Обеспечение Судей Курсовая Работа
Русский Язык Контрольная Работа 2 Часть
Термоядерная Энергетика Реферат
Типологія предикатів стану за їхньою семантикою та частиномовною належністю на прикладі творчого доробку О.П. Довженка - Литература курсовая работа
Моделирование процесса производства кефира - Производство и технологии курсовая работа
Деятельность юрисконсульта ООО "ТОиР" - Государство и право отчет по практике