Г.А. Околович - Учебное пособие - Нагрев и нагревательные устройства (1254309), страница 17
Текст из файла (страница 17)
По конструктивному устройствуона также предпочтительнее из-за простоты конструкции (двезажимных головок вместо четырех у двухзональной).1197.6 Электрические характеристики установокНезависимо от конструктивно-технологического типа нагревательной установки мощность, потребляемую ею из питающей сети,определяют из условия равенства тепловой энергии, необходимойдля нагрева данной массы металла до заданной температуры итепловой энергии электрического тока, выделяемой в ней, с учетомразличного рода тепловых и электромагнитных потерь энергии вэлементах установки (учитываемых общим КПД установки).Полная мощность, потребляемая из сети электроконтактным устройством:W = [cnG2(t2 - t1)]/( η0 τ cosϕ);(7.13)где с - теплоемкость нагреваемого металла;n - число одновременно нагреваемых заготовок до заданнойтемпературы;G2 - масса металла одной нагреваемой заготовки или детали;t1,t2 - начальная и конечная температура нагреваемого металла;τ- время нагрева данной массы металла (nG);cos ϕ - коэффициент мощности установки.Теплоемкость С нагреваемого металла, масса G нагреваемой заготовки и температуры t1 и t2 - не зависят от конструкциинагревательного устройства и его электрической схемы в отличие от(η0, n, η, cosϕ).Время нагрева заготовки можно определить по графическимкривым (рисунок 70) или определить по формуле (7.19), задавшисьопределенной мощностью установки.Если время нагрева τ и дополнительное время транспортнозагрузочных операций ∆τ известны, то производительность (т/ч) установкиП = G2/τц;(7.14)где G2 - масса нагреваемой установки, кг;τп - темп выдачи нагретых заготовок (τц = τ + ∆τ),° C;τ - время, затраченное на нагрев за период цикла;∆τ - время, затрачиваемое на загрузочно-разгрузочные итранспортные операции.120Рисунок 70 - График продолжительности нагревасопротивления в зависимости от диаметра заготовкиметодомСледует иметь ввиду, что темп выдачи τп на однопозиционных имногопозиционных установок разный.7.7 Расчет КПД установкиКПД любой электронагревательной установки являетсяосновнымтехническимпоказателем,характеризующимэффективность и целесообразность ее применения.
КПД установкизависит от ее конструкции, от способа нагрева и типа нагреваемыхустановок.Общий КПД можно определить через произведение КПДсоставных узлов и элементов, учитывающие отдельные видыпотерь в элементах установки в процессе нагрева по формулеη0 = ηтр *ηэ *ηт,(7.15)где ηтр - КПД силового трансформатора;ηэ - потери электроэнергии в токоведущих элементахвторичной цепи:ηт - КПД тепловых потерь.121Основные области применения1 Нагрев цилиндрических и прямоугольных прутков и полос подковочные и гибочные операции горячей обработки давлением илитермообработке.
Причем расположение нагреваемой зоны назаготовке может быть в любом месте.2 Нагрев заготовок различного типа в нескольких раздельныхзонах под обработку давлением и термообработку.3 Нагрев концевых зон заготовок различного профиля (высадкаштамповка крестовин, головок болтов, клапанов и др.).4 Нагрев прутков цилиндрического и прямоугольного профиляпод навивку пружин и других изделий сложной формы.5 Нагрев штанг диаметром 40-120 мм, длиной 1,5-12 м под рубкузаготовок, перекатку, для штамповки шестерен, звездочек и др.деталей.6 Нагрев порошковых материалов для спекания.7.8 Технико-экономические показатели индукционного иконтактного электронагрева1 Нагрев заготовок с поперечным сечением до 120 мм и длинойболее 100 мм электроконтактным способом экономичнее индукционного.2 При l2/d22 .
1 электроконтактный нагрев в 1,5 - 2,0 раза дешевлеиндукционного.3 Для получения наибольшего значения КПД и большейпроизводительности нагреваемого устройства при индукционномспособе необходимо выбирать оптимальную частоту тока приусловии d/∆>3÷6 , а при электроконтактном - при условии l2/S2>1.4 При электроконтактном нагреве понятие эксплуатационногоКПД теряет свой обычный смысл, т.к.
электроконтактные установкине работают в холостую; при выключении нагрева силовой трансформатор отключается от сети и установка не потребляет энергии.Кроме того, отсутствует работа вхолостую или с неполной загрузкойпо мощности.Таким образом, электроконтактный способ является техническинаиболее совершенным, экономически более эффективным ирентабельным; конструкция нагревательных устройств наиболеепроста и удобна в эксплуатации и при встройке в автоматическуюлинию.Однако это не снижает ценности индукционного способанагрева.
При нагреве коротких заготовок под объемную штамповку122или ковку, при нагреве заготовок с большим поперечным сечением,при нагреве для поверхностной закалки и для другихтехнологических целей.КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ1 В чем состоит сущность индукционного метода нагрева металла ?2 Изменение физических свойств нагреваемого металла.3 Какие факторы влияют на выбор частоты тока при индукционномнагреве ?4 Устройство и виды индукционных установок.5 Объясните методику расчета индуктора.6 Технико-экономические показатели индукционного и контактногоэлектронагрева.7 Схемы прямого контактного нагрева.8 Мощность нагревательной установки.9 Время нагрева и производительность.10 Области применения контактного нагрева.ГЛАВА 8 НАГРЕВ И ТЕРМООБРАБОТКА В КИПЯЩЕМ СЛОЕНагрев деталей в рабочем пространстве этих печей (рисунок 71)осуществляется сыпучими частицами, нагретыми в газовом потоке.Слой кипит, потому что поток газа с большой равномерностью проходит через решетку, и частицы в этом потоке находятся во взвешенномсостоянии.1 – кипящий слой; 2 – корпус с изоляцией; 3 – решётка; 4 – электронагреватели; 5 – обрабатываемая деталь; 6 – крышка с отражателями; 7 – система отвода загрязнённого газа; 8 – пылеуловитель; 9 –газоочистка; 10 – всасывающе-нагнетающий насосРисунок 71 - Схема печи с кипящим слоем123Слой нагревается чаще всего при помощи электрических нагревателей, погруженных в слой, либо нагревателями, расположенными внерабочего пространства, либо одновременно горячим газом и нагревателями.В качестве сыпучих частиц чаще всего используют оксид алюминия, карборунд, циркониевый песок и др.
Коэффициент теплопередачи при нагреве деталей в кипящем слое очень высок: он в 5…10раз выше, чем в пламенных печах, и близок к аналогичной характеристике соляных ванн.Основные преимущества печей с кипящем слоем - высокаяскорость и большая равномерность нагрева, такая же, как в соляныхи селитровых ваннах. Но без недостатков, присущих этому видуоборудования (в частности, загрязнения окружающей среды и деталей, связанного с выделением цианидов и солей хлористого бария).Высокая скорость нагрева способствует сокращению длительностицикла термической обработки: так, например, для азотирования деталей из инструментальной стали на глубину 0,25…0,3мм в печи скипящим слоем достаточна выдержка от 13 до 18 ч (в печи с контролируемой атмосферой - 72 ч). Многие циклы цементации и закалкисокращаются на 20%, 50% по сравнению с аналогичными процессами, проводимыми в печах с контролируемой атмосферой и в вакуумных печах некоторых типов.
В результате сокращения цикла обработки уменьшаются затраты энергии газа и труда, а следовательно,и стоимость обработки.Печи с кипящим слоем - газоплотные с небольшим избыточным давлением, исключающим подсос воздуха, что влияет на конечную твердость и обеспечивает хорошую поверхность деталей, такуюже, как в соляных ваннах. Отверстия в обрабатываемых деталях незакупориваются.Детали, прошедшие термическую обработку в печах с кипящимслоем, имеют незначительное коробление и характеризуются отличным внешним видом. Печам с кипящим слоем свойственна и технологическая гибкость, так как одна и та же печь может быть использована для работы как с обычной, так и с любой контролирующейатмосферой, в том числе для цементации, карбонитрирования, азотирования, нитроцементации и других процессов, а также для различных процессов охлаждения деталей.Вследствие большой цементации нагрева, использование печейс кипящим слоем обеспечивает высокое и стабильное качество ТО иХТО.124Максимальная рабочая температура в печах 13000С, в этих случаях используют неметаллические роторы.
Высота кипящего слоядостигает 2-3 м, производительность печей высокая и для некоторыхтехнологических процессов примерно в два раза выше, чем при обработке в солянных ваннах.Особенности печей с кипящим слоем – высокие тепловые потери за счет высокойскорости нагрева и охлаждения, меньшейтрудоемкости предварительной подготовки деталей и их очисткипосле ТО печи с кипящим слоем могут успешно конкурировать спечами других типов.Основной особенностью кипящего слоя является интенсивноеперемешивание частиц. Оно обеспечивает практически идеальноевыравнивание температур по всему объёму печи даже при неравномерном подводе и отводе теплоты.
В печах с кипящим слоем достаточно легко до 3-50С, недостижимое в обычных конвективных печах.Твердая частица, объёмная теплоёмкость которой в тысячу разбольше, чем у газа, охлаждаясь у поверхности изделия, отдаёт ейзначительно больше теплоты, чем такая же «частица» газа. Поэтомускорость нагрева или охлаждения изделий в кипящем слое, как и вжидких средах получается значительно больше, чем газовых конвективных печах.Псевдосжиженным называется специфическое состояние засыпки мелкозернистого материала, приобретающей при определённых условиях ряд свойств, присущих жидкости. Наиболее характерными особенностями псевдосжиженной системы являются её текучесть и интенсивное перемещение частиц в определённом объёме.На практике широкое распространение пока получили два способа псевдосжижения: газом и вибрацией.
Если засыпка мелких частиц (для термообработки используют частицы размером 0.1-0.5 мм)продувается снизу вверх газом (жидкостью) с определённой скоростью, создаётся псевдосжиженный (кипящий) слой. Интенсивноеперемешивание частиц можно получит также, подвергая сосуд с засыпкой вертикальным вибрациям определённоё частоты и амплитуды. Такой процесс называется вибросжижением. Иногда оба способасжижения применяют совместно.Изменяя скорости газа или интенсивность вибраций, можно вшироких пределах менять характеристики псевдосжиженного слоя.Поэтому существует необходимость в проектировании и производстве печей с кипящим слоем. В настоящее время сооружаетсяряд подобных печей. Эти печи удобны, просты обслуживании, безопасны.125Общим требованием современного печного оборудования являетсяинтенсивное нагревание металла с минимальным временем для вывода на рабочую температуру.8.1 Расчет установки в кипящем слоеСпособ обогрева слоя определяется его температурой и требова-ниями, предъявляемыми к состоянию поверхности нагреваемогоме-талла.
«Низкотемпературные» печи и ванны (температура меньше 800-7500С) можно обогревать либо электрическими нагревателями через стенки, либо непосредственно обогревая сам слой, с помощью погруженных горелок, или сжигая газ в заполненных кипящимслоем насадках. Либо, подавая под решетку разбавленные продуктысгорания или нагретый воздух. Во всех случаях греющая среда является окислительной для железа.Однако нагрев до этих температур не требует защитных атмосфер. Интенсивное окалинообразование на углеродистых сталях начинается с 650-7000С, быстрорежущих с 8500С, а высокоскоростныхдаже с 9500С. В этих условиях быстрый нагрев любых сталей и цветных металлов на основе меди до 600-7000С в окислительной средедопустим, если не требуется светлая поверхность.Высота отстойной зоны.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
