Термическая обработка является одним из наиболее распространенных способов получения заданных свойств металлов и сплавов. Термическая обработка применяется либо в качестве промежуточной операции для улучшения обрабатываемости давлением, резанием и др., либо как окончательная операция для придания металлу или сплаву такого комплекса механических, физических и химических свойств, который сможет обеспечить заданные эксплуатационные характеристики изделия.
В настоящем проекте разработана конструкция камерн
Камерные печи с выдвижным подом получили широкое распространение для отжига, отпуска и закалки тяжелых деталей. Цель проекта:
- рассчитать горение топлива
- рассчитать рабочее
- рассчитать тепловой баланс печи;
- рассчитать тепло необходимое на нагрев режущего инструмента из стали ХВГ;
- произвести выбор материала для конструкции
печи.
1 Исходные данные
Исходные данные для расчета
1. Вид термообработки – нагрев под закалку;
2. Нагреваемые изделия: пуансоны длиной 366 мм, шириной 145 мм, высотой 108 мм;
3. Марка стали: У10А;
4. Способ укладки заготовки – на поду печи с зазорами между заготовками равны толщины заготовки;
5. Количество заготовок: 6 шт;
6. Начальная температура металла – t 0 = 200 C;
7. Конечная температура нагрева поверхности заготовки – t п.к. = 790 0 С;
8. Производительность печи – Р = 0,012 кг/сек;
9. Средняя теплоемкость – ;
10. Коэффициент теплопроводности – ;
- Печь питается от сети трехфазного тока напряжением 380 В.
2 Размеры рабочего
Основными узлами камерных электропечей сопротивления являются кожух, футеровка, рабочее пространство, дверца с механизмом подъёма и опускания. Кожух печей герметичный, сварен из листовой и профильной стали.
Для печей данного типа при двустороннем нагреве изделий напряжение активного пода равно 0,140 – 0,195 кг/(м 2 *с) (500 – 700кг/(м2 *ч)).
Принимая находим площадь пода, занятую металлом
м 2
Технологический анализ изделия
... Нагрев заготовок под штамповку производят в газовой печи. 2. Термическая обработка Поковки ... других деталей. Рис. 1. Технологическая разметка поверхностей Анализ технических требований. Изучение требований ... формируют основные потребительские свойства. Сталь, специально отобранная и прошедшая ... детали. Анализ технологичности конструкции Под технологичностью понимается совокупность свойств изделия, ...
Заготовки располагаются на поду печи в два ряда с зазорами, равными 1/2 толщины заготовки.
Длина рабочего пространства печи
Ширина рабочего пространства печи
Высота рабочего пространства
3 Теплообмен в камерных электропечах
Электрические печи широко распространены в промышленности. Очень важную роль в работе печей играет теплопередача к поверхности нагреваемого металла, называемая внешним теплообменом. Этот процесс слагается из теплообмена излучением и конвекцией. И излучение и конвекция протекают в соответствии с физическими законами, определяющими эти процессы.
Теплообмен конвекцией зависит от температуры и от скорости перемещения воздуха. Стремясь усилить конвекцию, прибегают к интенсификации движения воздуха.
Передача тепла излучением к поверхности нагреваемого материала в электрических печах зависит от очень многих факторов. Все компоненты теплообмена в рабочем пространстве печей характеризуются излучением, отличающимся от излучения серого тела и имеют спектральные характеристики, изменяющиеся с изменением длины волны. Поэтому теплообменные процессы, протекающие в рабочем пространстве электрических печей, представляют собой очень сложное явление.
4Тепловой расчет печи
При двустороннем нагреве площадь тепловоспринимающей
м 2
и теплоотдающей поверхности печи
м 2
Учитывая, что степень черноты футеровки равна ε п =0,8, а степень черноты стали в защитной атмосфере εм =0,45, находим
Средний коэффициент теплоотдачи излучением находим по формуле
Принимая коэффициент теплоотдачи конвекцией равным α конв =11,63 Вт/(м2 *К), находим значение суммарного коэффициента теплоотдачи к металлу
Критерий Био равен
Температурный критерий для поверхности заготовок
По номограмме находим величину критерия Фурье F о =10. Коэффициент температуропроводности, входящий в критерий Фурье, равен
Продолжительность нагрева заготовок в печи
По номограмме находим температурный критерий для центра нагреваемых заготовок: при Вi=0,28 и F o = 10 θцентр =0,08 и
Температурный перепад по сечению заготовки равен
что не превышает заданного значения.
Уточняем основные размеры печи. Для обеспечения заданной производительности в печи должно одновременно находиться следующее количество металла:
Учитывая, что масса одной заготовки равна g=41 кг, найдем число заготовок, одновременно находящихся в печи
При плотной укладке на под 5 заготовок занимают площадь
Напряжение пода равно
Заготовки на поду располагаем в 2 ряда по 3 заготовки в ряд.
5 Мощность печи
Мощность печи вычисляем по формуле:
Коэффициент запаса принимаем равным К=1,4. Расход тепла в печи равен
где Q пол – полезное тепло, затраченное на нагрев металла;
Q тепл – потери тепла теплопроводностью через кладку;
Q т.к.з – потери тепла на тепловые короткие замыкания.
Расход тепла на нагрев металла в печи равен
Потери тепла
Конструкция и методика расчёта индукционных вакуумных печей
... электрических плавильных печей. Индукционные плавильные печи легче выполнить в вакуумном варианте, чем дуговые. Однако важнейшее достоинство индукционных печей, обусловленное генерацией тепла внутри расплавленного ... рассеяния и реактивной мощности, не участвующей в теплогенерации. 2 Индукционные печи 2.1 Индукционные плавильные печи Плавка черных металлов в индукционных печах имеет ряд преимуществ ...
принимая , что температура внутренней поверхности футеровки равна 850 0 С, а температура наружной поверхности 1700 С. При этой температуре α равен
Коэффициенты теплопроводности материалов вычисляем по формулам
Принимая в первом приближении линейное распределение температуры по толщине футеровки, найдем температуру на границе раздела слоев
Коэффициенты теплопроводности материалов слоев равны
Находим стационарное тепловое состояние
Температура окружающего воздуха принята равной t ок =20 0 С.
Уточним значение температуры на границе раздела слоев
Температура наружной поверхности футеровки
Тогда
Поскольку величины плотностей теплового потока отличаются друг от друга на 100(597,1-532,1)/597,1=10%, дальнейшего уточнения проводить не будем.
С учетом принятой толщины стен, найдем площадь наружной поверхности футеровки
Потери тепла
Потери на тепловые короткие замыкания принимаем равными 70% от потерь тепла теплопроводностью через кладку.
Общий расход тепла в печи
Тогда мощность печи
6 Электрический расчет печи
6.1 Нагревательные элементы
Принимая рабочую температуру нагревательных элементов равной
Выбираем сплав Х15Н60, для которого рекомендуемая рабочая температура составляет 900 0 С. Удельное сопротивление сплава при рабочей температуре
Находим удельную мощность идеального нагревателя.
Нагревательные элементы в рассматриваемой печи располагаются на стенах, своде и поду рабочего пространства. Относительная мощность стен, несущих нагреватели, равна
где N – мощность нагревателя, приходящаяся на данную стенку, кВт;
F ст – площадь поверхности стены (свода, пода), на которой расположены нагреватели, м2 .
F ст = 2*1,7*0,5+2*1,7*0,7+0,7*0,5=4,
В соответствии с полученным значением относительной
6.2 Проволочный зигзагообразный нагреватель
При нагреве стали в защитной атмосфере при использовании проволочного зигзагообразного нагревателя α = 0,49.
Тогда
Поскольку питание печи производится трехфазным током с линейным напряжением U с =380 В, то мощность, приходящаяся на одну фазу, составит Nф =N/3=29/3=9,7 кВт.
U ф =Uс =380 В
Зная мощность печи или зоны N кВт, напряжение питающей сети U, В, удельное сопротивление выбранного нагревателя ρ, Ом*м, находим геометрические размеры нагревателя:
диаметр
длина
7 Выбор материала элементов
Для нагрева средних деталей применяют в
Камерные печи предназначены для нагрева изделий под закалку, требующих нагрева изделий до температуры 1000 0 С.
Печь возводится на фундаменте, служащем для равномерного распределения на грунт от массы печи. Фундамент печи выполнены из бетона и железобетона. Поверх фундамента выкладывается выстилка, которая является основанием для дальнейшей кладки печи. Толщина кладки печи в 2 кирпича.
Печи сопротивления
... электрических печей нагрева сопротивления по характеру работы Электрические печи сопротивления обычно используют для термической обработки изделий, которые должны изменять свою температуру в ... нагревателем и изделием, т.е. они должны быть размещены в общей камере. Другие конструктивные отличия связаны с устройством футеровки и материалом нагревательных элементов. В низкотемпературных печах футеровка ...
Основными узлами камерных печей являются кожух, футеровка, рабочее пространство, нагреватели, дверца с механизмом подъёма и опускания. Кожух печей герметичный, сварен из листовой и профильной стали.
Внутренние части топки, пода, стен, свода и других частей печи, нагревающихся до высокой температуры. Стены и свод печи выложенные из шамота-легковеса и диатомитово
Подовая плита выполнена из жаропрочного стального литья, в целях безопасности соединена с кожухом печи стальной жаропрочной полосой.
Загрузка и выгрузка обрабатываемых деталей в печах может быть механизирована, для чего в футеровке пода имеются специальные пазы для перемещения в них захватов механизмов загрузки – разгрузки.
Лучшим источником тепла для термических печей является электроэнергия, которая обеспечивает высокую точность и равномерность нагрева изделий, высокий к.п.д. печи, удобство эксплуатации и надежность автоматизации печей.
Недостатки электронагрева: большая стоимость
