1.1 Щільність теплового потоку на початку першого інтервалу:
де 1,1 - коефіцієнт, що враховує тепловіддачу конвекцією (10%), оскільки
температура печі вище 800 °С;
Спіч-м - коефіцієнт випромінювання системи «піч-метал», який визначається по формулі:
Спіч-м = Со. = 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 tп0 = 10 °С, Вт/(м×К);
l2 - при початковій температурі в центрі tц0 = 10 °С, Вт/(м×К);
l3 - при температурі на поверхні в кінці першого інтервалу tп1=650 °С, Вт/(м×К);
.
1.7 Значення критерію Біо в першому інтервалі:
.
1.8 Температурний критерій поверхні Фn1 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 Фn1=0,273 визначаємо критерій Фур’єдля першого інтервалу Fo1:
.
Знаючи критерій Фур’є визначимо температурний критерій центру для першого інтервалу Фц1:
,
який містить шукану температуру центру tц1 в кінці першого інтервалу.
Температура центру заготівки в кінці першого інтервалу нагріву для Фц1 = 0,36:
1.10 По знайденому першому значенню tц1 уточнюємо середній коефіцієнт теплопровідності lср1, а потім відповідно уточнюємо значення Вi1, Фn1, Fo1, Фц1, tц1 (пункти 1.7 – 1.9). При цьому коефіцієнт lср1 усереднюється як по товщині заготівки, так і за часом, тому що вже відома температура центру tц1:
,
де l4 – коефіцієнт теплопровідності, Вт/(м×К), при температурі центру в кінці першого інтервалу tц1 .
При температурі центру tц1 = 573,2 °С коефіцієнт теплопровідності l4=32,71 Вт/(м×К).
Середній коефіцієнт теплопровідності:
.
Відповідно уточнюємо значення критеріїв Вi1, Фn1, Fo1, Фц1,:
Вi1= 0,65; Фn1 = 0,273; Fo1 = 2,07; Фц1 =0,365,
та отримуємо уточнене значення температури центру tц1 =569 °С.
Оскільки різниця значень температури центру tц1 (перше значення tц1 = 573,2 °С) не перевищує 1%, то уточнення закінчуємо, приймаємо tц1 =569 °С.
1.11 Перепад температур по перетину заготівки в кінці першого інтервалу:
Dt1 = tп1 - tц1 = 650 – 569 = 81 °С.
1.12 Середня температура по перетину заготівки в кінці першого інтервалу:
tср1= tп1 -2/3Dt1 =650-2/3 81= 596°С.
По графіку i=f(t) знаходимо значення тепловміщення сталі при середній температурі tср1:
i(tср1) =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;
Сг-к-м - коефіцієнт випромінювання системи «газ-кладка-метал», Вт/(м2.К4):
Сг-к-м = Со. = 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 tкл0 визначаємо виходячи з температури кладки в кінці нагріву tкл3 з урахуванням її охолоджування за час завантаження металу на 100…300 °С (приймаємо охолодження рівним 200 °С):
tкл0 = tкл3 - 200 = 808 – 200 = 608°С,
де tкл3 – температура кладки в кінці нагріву °С (буде визначений пізніше, в пункті 3.12).
1.19 Температура кладки в кінці першого інтервалу, °С:
tкл1 = 2·tпіч - tг1 = 2·890 – 945 = 835 °С.