Г.А. Околович - Учебное пособие - Нагрев и нагревательные устройства (1254309), страница 7
Текст из файла (страница 7)
В зависимости от температуры газа:Зная εсо2, εн2о и β рассчитывается ε2, А, следовательно, иколичество лучистой энергии Е2.В области яркостной пирометрии важную роль играют такжезаконы Планка, Вина и Ламберта.Закон Планка устанавливает, что плотность излучения абсолютночерного тела изменяется в зависимости от длины волны и имеетмаксимум при некотором значении l (рисунок 29).
Математически этазависимость выражается формулой.Рисунок 29 - Зависимость плотности излучения ЕλТ от длинны волныλ при различных температурах. (Т1>Т2>Т3)46Е 0 λТ = (С1* λ-5)/[exp(C2/λТ)]-1,(3.37)где С1 и C2 - постоянные коэффициенты; Е0 λТ - плотностьизлучения абсолютно черного тела для данной длины волны λ и притемпературе Т.Из рисунка видно, что каждая кривая Е°λТ = f(λТ) имеетмаксимум при определении значения λ.В соответствии с законов Вина произведение длины волны примаксимальной плотности излучения lЕmax на соответствующуютемпературу есть величина постоянная:lЕmax * Т = 2884 (мкм.град).Закон Вина позволяет установить смещение максимумаизлучения в зависимости от температуры.В нагревательных пламенных печах нагрев заготовок под ковку иштамповку происходит в результате теплообмена между продуктамисгорания топлива, кладкой печи и нагреваемым металлом.Нагреваемые заготовки получают теплоту за счет излучения продуктовсгорания и их конвекции, а также излучения кладки печи.
В камерныхпечах электросопротивления при отсутствии вынужденного движенияпечной атмосферы нагрев осуществляется в основном излучением. Внизкотемпературных печах интенсивность теплоизлучения низкая итеплообмен происходит за счет интенсивного движения продуктовсгорания, т.е. путем конвекции.В общем случае количество теплоты, получаемое поверхностьюнагреваемого металла за счет излучения и конвекции, найдется поформуле:Q = αл+к *(tr - tм)Sэф.(3.38)где αл+к - суммарный коэффициент теплоотдачи излучением икон-векцией.tr;tм - температуры продуктов горения и нагреваемого металла.Sэф - средняя эффективная толщина газового слоя.
S.КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ1 Основные виды теплопередачи в печах и заготовках.2 Что такое температурное поле и стационарная теплопроводность?3 Напряженность температурного поля и температурныйградиент?4 Уравнение теплового и удельного теплового потоков?475 Термическое сопротивление стенки и относительнаятемпература?6 Закон Стефана-Больцмана и Киргофа.7 От каких условий зависит коэффициент теплоты конвекцией.8 Что такое коэффициент излучения и степень черноты тела ?9 Факторы передачи теплового потока от газов к нагреваемомуметаллу в печи.10 Определение теплопроводности и теплового сопротивлениястенки.11. Уравнение теплового потока от одной среды к другой черезстенки.
Критерий Рейнольдса.12 Для чего используют график тепловое сопротивление –температура?13 Как определить тепловой поток, теряемый излучением черезоткрытое окно печи?14 Что такое экран?15 Перечислите особенности излучения теплоты газов и факела?ГЛАВА 4 НАГРЕВ И ОХЛАЖДЕНИЕ МЕТАЛЛА4.1 Явления, происходящие в металле при нагревеНагрев металла перед обработкой давлением - одно из важнейшихзвеньев технологической цепочки изготовления поковки, от которогозависит качество и работоспособность изделия, расход металла, энергиии производительность.
Нагрев и деформирование представляютвзаимосвязанные процессы, совместное действие которых оказываетвлияние на микро- и макроструктуру металла. Под влиянием действиятемпературы в металле может протекать ряд физико-химическихпроцессов: фазовые и магнитные превращения, рекристаллизация(образование и рост новых зерен), гомогенизация, окалинообразование,обезуглероживание.При деформировании изменяется не только внешняя формаметалла, и размеры зерен.
Так, ковка и прокатка слитков сопровождается образованием макроволокна, а штамповка - изменением егонаправления в желаемую сторону. Важным моментом при обработкеметалла является то, что за счет внутреннего трения деформированиесопровождается повышением температуры металла, значение которойобратно пропорционально предшествующей температуре нагрева. Так,например, при деформировании холодного металла на молотах еготемпература повышается до 300 до 4000С, а при температурах металла48от 1100 до 12000С повышение составляет 15÷200C (при тех же степеняхдеформации).Таким образом, назначение нагрева состоит в том, чтобы изменитьмеханические свойства металла, придать ему высокую пластичность иуменьшить сопротивление деформированию.
При горячей деформациисопротивление металла деформированию в 10-20 раз меньше, чем прихолодной. Тепловое воздействие на металлы приводит почти к полнойпотере им упругих свойств, перекристаллизации металла и растворениюкарбидов, что способствует и ускоряет диффузионные ирелаксационные процессы. При горячей обработке давлениемвозникают и снимаются напряжения за счет возврата ирекристаллизации (непосредственно в процессе деформации и по ееокончании).Передача теплоты от поверхности заготовки к середине определяется теплопроводностью, теплоемкостью и плотностью.Теплопроводность - это способность вещества проводить теплотуот более нагретых частиц к менее нагретым. Коэффициенттеплопроводности показывает, какое количество джоулей проходит в 1ччерез 1см2 сечения тела при разности температуры в 1 К на расстоянии1м.
Для чистого железа коэффициент теплопроводностиl = 86 Вт/(м*К),для легированной стали3Х2В8Ф l = 10,6 Вт/(м*К).Изменение теплопроводности при нагреве металла имеет важноепрактическое значение для установления технологических процессовнагрева кузнечных заготовок. Металлы и сплавы, имеющие высокуютеплопроводность, можно нагреть с большей скоростью, так как теплота с поверхности заготовок, получаемая от стенок рабочей камерыпечи и от пламени, будет передаваться к сердцевине металла интенсивно, и вся заготовка прогреваться довольно быстро.Теплоемкость - количество теплоты, поглощаемой телом принагреве на 1 К.. Теплоемкость металла зависит от его химическогосостава и температуры.
Чем выше теплоемкость металла, чем большевремени требуется для выравнивания температуры по сечениюзаготовки или слитка. С повышением температуры теплоемкостьуглеродистых сталей увеличивается. Теплоемкость легированныхсталей ниже, чем углеродистых.Плотностью вещества называют массу, приходящуюся на единицу его объема, которая существенно влияет на процесс нагрева. Сповышением плотности время для выравнивания температуры посечению заготовки увеличивается.49Напряжения, возникающие вследствие неравномерного нагрева,называются температурными или термическими, которые недолжны превосходить предела прочности металла.
В противном случаепроизойдет разрушение.Однако опасными для нагрева металла являются остаточныенапряжения, которые образовались в результате неправильногопредшествующего охлаждения и при нагреве складываются стемпературными. В результате могут образовываться напряжения,превосходящие предел прочности металла.Таким образом, малоуглеродистые и среднеуглеродистые стали,диаметром до 200 мм, поступающие в цех без остаточных напряженийможно нагреть с любой скоростью, не опасаясь ее разрушения.Основными видами дефектов и брака при нагреве металлаявляется образование окалины, обезуглероживание, недогрев, перегреви пережог.Образование окалины - результат химического соединения металла с кислородом воздуха. Скорость образования окалины зависит отсостава и температуры печных газов, температуры металла, временивыдержки в печи, а также от химического состава металла.Образование окалины принято называть угаром металла.Потери металла в виде окалины в металлургическом производствев среднем составляет около 4%.
Для пламенных печей, работающих намазуте и природном газе, угар составляет 2,5-4% от массы нагреваемогометалла. Уменьшить потери на угар можно скоростным нагревомметалла, нагревом в печах с безокислительной (контролируемой)атмосферой и применение при нагревах специальных защитныхпокрытий.Окисление следует рассматривать как процесс двухстороннейдиффузии газов О2, СО2, Н2О, SО2 с поверхности металла внутрь черезслой окалины и в обратном направлении (рисунок 30).Наибольшее образование окалины появляется при температуре10000C, а самое интенсивное окисление при 1275-13750C, когда окалинаплавится и металл оголяется для последующего окисления.
Чем большевремя пребывания заготовок в печи при высокой температуре, темокисление должно быть больше. Однако, если не происходитразрушения окалины, то интенсивность окисления уменьшается.Так как продукты горения в основном состоят из СО2 и Н2О, тоатмосфера печи окислительная.Вводимый с воздухом азот нейтрален и практически на окислениене влияет. Находящиеся в продуктах горения СО и Н2 составляют до3% и на процесс окисления не влияют, т.к. являются восстановителями.50Когда содержание СО и Н2 достигает 12 % начинается уменьшениеокисления, а при 16,5 % практически прекращается.С увеличением коэффициента расхода воздуха окислениевозрастает и наиболее интенсивно при 0,95-1,2; более 1,2 стабилизируется, вследствие насыщения стали кислородом.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
