Продолжительность нагрева заготовок.

Для расчета продолжительности нагрева заготовок используют следующие методы.

1. Теоретический метод. Основан на решении дифференциальных уравнений нагрева.

2. Метод расчета по критериальным зависимостям.

3. Метод расчета по эмпирическим формулам.

4. Метод расчета по таблицам.

Теоретический метод нагрева тонких тел (температура печи постоянная).

Из закона сохранения энергии получим или , где –тепловой поток; – эффективная поверхность, воспринимающая тепловой поток; –промежуток времени; – масса нагреваемых тел; средняя теплоемкость; – изменение температуры.

Тепловой поток, воспринимаемый поверхностью металла, можно выразить при помощи закона конвекции: .

Подставив значение в уравнение процесса нагрева, можно решить две практические задачи.

1. Определение значения температуры в любой момент времени: .

2. Определение продолжительности нагрева до заданной температуры: , , где – коэффициент формы, для прямоугольных тел, для цилиндрических тел, для сферических тел; – действительный размер заготовки. Коэффициент несимметричности , , для одностороннего нагрева , для симметричного нагрева . Скорость нагрева .

Для определения продолжительности нагрева тонких заготовок с критерием Био Bi > 0,25, вводится понятие коэффициента массивности: , где и выбираются по таблице в зависимости от формы заготовки и величины критерия Био.

В высокотемпературных печах и установках около 85% тепловой энергии передается излучением, поэтому в расчетную формулу процесса нагрева подставляют значение теплового потока, выраженное по закону излучения: , где – приведенный коэффициент излучения, .

Расчет продолжительности нагрева массивных тел производится исходя из решения дифференциального уравнения теплопроводности в предположении, что температура поверхности нагреваемой заготовки изменяется во время нагрева линейно: , где – коэффициент формы, выбираемый по графику в зависимости от формы и способа расположения заготовки в печи; – коэффициент теплопроводности; – действительная разность температур между поверхностью и центром заготовки, .

При нагреве массивных заготовок необходимо давать время для выравнивания температуры по сечению (время выдержки): , где – коэффициент выравнивания температуры по сечению (!!!не основание натурального логарифма!!!), принимается по графику в зависимости от степени выравнивания температуры. Полное время нагрева одной заготовки составит .

При расчете времени нагрева нескольких заготовок необходимо учесть расположение их в печи при помощи коэффициента : .

Метод расчета продолжительности нагрева по критериальным зависимостям.

Критерий Био: , температурный критерий: , критерий Фурье: . Между этими критериями существует зависимость: или , откуда .

Расчет продолжительности нагрева по эмпирическим формулам.

При нагреве заготовок размером более 100 мм в камерных печах с температурой печного пространства 1300…1350°С широко используют формулу Доброхвотова: , где – действительный размер заготовки, м; – продолжительность нагрева, ч; –коэффициент, для малоуглеродистых и малолегированных сталей , для высокоуглеродистых и высоколегированных сталей и сплавов .

Если для нагрева заготовок используется двухступенчатый нагрев, то

.

При нагреве быстрорежущих и инструментальных сталей, требующих два периода нагрева, чаще всего используют двухкамерные печи, имеющие камеру предварительного нагрева (750…800°С) и камеру окончательного нагрева.

При нагреве заготовок и слитков в методических печах используют формулу Гайца: , à см, à мин.

При нагреве в методических и полуметодических печах заготовок с размерами более 300 мм, время нагрева .

	для углеродистых и слаболегированных сталей
	для легированных сталей
	для высокоуглеродистых и высоколегированных сталей