Перший інтервал першого періоду нагріву

 

1.1 Щільність теплового потоку на початку першого інтервалу:

де 1,1 - коефіцієнт, що враховує тепловіддачу конвекцією (10%), оскільки

температура печі вище 800 °С;

С_піч-м - коефіцієнт випромінювання системи «піч-метал», який визначається по формулі:

С_піч-м = С_о^. = 5,67×0,80 = 4,536 Вт/(м²×К⁴),

де С₀ = 5,67 Вт/(м²×К⁴) – коефіцієнт випромінювання абсолютно чорного тіла;

- ступінь чорноти системи нагріву «піч-метал», приймається за завданням = 0,80.

 

1.2 Щільність теплового потоку в кінці першого інтервалу:

,

.

 

1.3. Коефіцієнт тепловіддачі на початку нагріву (на початку першого інтервалу):

.

 

1.4 Коефіцієнт тепловіддачі в кінці першого інтервалу:

.

 

1.5 Середнє значення коефіцієнта тепловіддачі в першому інтервалі:

.

 

1.6 Середнє значення коефіцієнта теплопровідності в першому інтервалі за визначеними температурами, Вт/(м×К):

де l₁, l₂, l₃ - коефіцієнти теплопровідності, які визначаються по графіку = f(t) при відповідних температурах, а саме:

l₁ - при початковій температурі на поверхні t_п0 = 10 °С, Вт/(м×К);

l₂ - при початковій температурі в центрі t_ц0 = 10 °С, Вт/(м×К);

l₃ - при температурі на поверхні в кінці першого інтервалу t_п1=650 °С, Вт/(м×К);

.

 

1.7 Значення критерію Біо в першому інтервалі:

.

 

1.8 Температурний критерій поверхні Ф_n1 в кінці першого інтервалу нагріву:

.

 

1.9 Для відомого значення критерія Вi₁=0,62 по таблиці 4 додатку В визначаємо допоміжні коефіцієнти:

δ² = 0,5104; P = 0,818; N = 1,083.

Для відомого температурного критерія Ф_n1=0,273 визначаємо критерій Фур’єдля першого інтервалу Fo₁:

.

 

Знаючи критерій Фур’є визначимо температурний критерій центру для першого інтервалу Ф_ц1:

,

який містить шукану температуру центру t_ц1 в кінці першого інтервалу.

Температура центру заготівки в кінці першого інтервалу нагріву для Ф_ц1 = 0,36:

 

1.10 По знайденому першому значенню t_ц1 уточнюємо середній коефіцієнт теплопровідності l_ср1, а потім відповідно уточнюємо значення Вi₁, Ф_n1, Fo₁, Ф_ц1, t_ц1 (пункти 1.7 – 1.9). При цьому коефіцієнт l_ср1 усереднюється як по товщині заготівки, так і за часом, тому що вже відома температура центру t_ц1:

,

де l₄ – коефіцієнт теплопровідності, Вт/(м×К), при температурі центру в кінці першого інтервалу t_{ц1 .}

При температурі центру t_ц1 = 573,2 °С коефіцієнт теплопровідності l₄=32,71 Вт/(м×К).

Середній коефіцієнт теплопровідності:

.

Відповідно уточнюємо значення критеріїв Вi₁, Ф_n1, Fo₁, Ф_ц1,:

Вi₁= 0,65; Ф_n1 = 0,273; Fo₁ = 2,07; Ф_ц1 =0,365,

та отримуємо уточнене значення температури центру t_ц1 =569 °С.

Оскільки різниця значень температури центру t_ц1 (перше значення t_ц1 = 573,2 °С) не перевищує 1%, то уточнення закінчуємо, приймаємо t_ц1 =569 °С.

1.11 Перепад температур по перетину заготівки в кінці першого інтервалу:

Dt₁ = t_п1 - t_ц1 = 650 – 569 = 81 °С.

 

1.12 Середня температура по перетину заготівки в кінці першого інтервалу:

t_ср1= t_п1 -2/3Dt₁ =650-2/3 81= 596°С.

 

По графіку i=f(t) знаходимо значення тепловміщення сталі при середній температурі t_ср1:

i(t_ср1) =343,4 кДж/кг.

 

1.13 Розрахункова середня теплоємність в першому інтервалі:

.

 

1.14 Середнє значення коефіцієнта температуропровідності а в першому інтервалі:

.

1.15 Час нагріву (в секундах) в першому інтервалі t₁ знаходимо зі уточненого значення критерію Фур’є Fo₁ = 2,07:

,

.

1.16 Температура газу на початку першого інтервалу:

,

де – щільність теплового потоку на початку нагріву, яка була визначена в пункті 1.1, q₀ = 90961,8 Вт/м²;

С_г-к-м - коефіцієнт випромінювання системи «газ-кладка-метал», Вт/(м^2.К⁴):

С_г-к-м = С_о^. = 5,67 0,66 = 3,74 Вт/(м²×К⁴),

де С₀ = 5,67 Вт/(м²×К⁴) – коефіцієнт випромінювання абсолютно чорного тіла;

- ступінь чорноти системи нагріву «газ-кладка-метал», що приймається за завданням = 0,66.

Тоді

.

1.17 Температура газу в кінці першого інтервалу:

,

.

 

1.18 Температуру кладки на початку нагріву t_кл0 визначаємо виходячи з температури кладки в кінці нагріву t_кл3 з урахуванням її охолоджування за час завантаження металу на 100…300 °С (приймаємо охолодження рівним 200 °С):

t_кл0 = t_кл3 - 200 = 808 – 200 = 608°С,

де t_кл3 – температура кладки в кінці нагріву ^°С (буде визначений пізніше, в пункті 3.12).

 

1.19 Температура кладки в кінці першого інтервалу, °С:

t_кл1 = 2·t_піч - t_г1 = 2·890 – 945 = 835 °С.