2.3 Расчет второго этапа нагрева.

На втором этапе нагрева температура воздушного потока в печи поддерживается постоянной. Изделия нагреваются от до конечной (заданной) температуры . Конвективный коэффициент теплоотдачи остается постоянным, а лучистый несколько изменяется, что нужно учесть.

Определим - коэффициент лучистого теплообмена в конце второго этапа (конец нагрева).

Рассчитаем время нагрева:

Суммарное время нагрева деталей:

По достижению заданной температуры металла, начинается его длительная выдержка (собственно процесс старения металла) – она выбирается равной 6 часам.

На процедуры загрузки и выгрузки металла назначим время 1800 секунд (часа).

Цикл работы печи составит:

,

или .

Рекомендуется сокращать до минимума время, отводимое на процедуры загрузки и выгрузки.

3. Расчет теплового баланса печи старения.

Баланс тепла есть по сути сумма затрат тепловой энергии для выполнения одного цикла. Затраты тепла следующие:

3.1 Полезное тепло.

Это тепло пошедшее на нагрев металла:

- масса одной садки, кг.

- средняя теплоемкость металла в интервале температур - определена по графику .

3.2 Вспомогательное тепло.

Это тепло затраченное на нагрев кассет и прокладок, одновременно загружаемых в печь с садкой. Примем, что кассеты и другие вспомогательные детали в сумме имеют массу 50 кг. Если предположить, что они будут изготовлены из стали 45 (), то:

3.3 Потери тепла.

Для определения потерь тепла уточним конструкцию печи. К габаритам рабочего пространства, определенным при эскизном проектировании, необходимо добавить каналы для циркуляции воздуха, камеру вентилятора, устройства для подогрева воздуха (калориферы), и разместить слой теплоизоляции из стеклянной ваты.

В итоге конструкция приобретает вид, показанный на Рис. 4 (Показан поперечный разрез). По длине печи установим два центробежных вентилятора, каждый из которых обеспечивает обдув воздухом половины садки. Для расчета потерь тепла через стены печи модель печи и конструкция стены показаны на Рис. 4 и Рис. 5.

1 – калорифер;

2 – теплоизоляция;

3 – кожух печи;

4 – каркас; 5 – лопатки поворота воздушного потока; 6 – под печи; 7 – центробежный вентилятор;

8 – входное устройство вентилятора;

Рис. 4 Конструкция циркуляционной печи.

1 – калорифер;

2 – блок свода печи;

3 – крышка электрических выводов;

4 – контактный стержень;

5 – текстолитовый лист;

6 – теплоизоляция;

Рис. 5 Схема монтажа калориферов в печь.

Потери тепла через стены вычисляются по формуле:

Здесь: К – коэффициент теплопередачи от рабочего пространства к окружающему воздуху, температуру которого можно принять равной :

- коэффициент теплоотдачи от наружных поверхностей печи; можно для печи старения взять равным ;

- наружная поверхность всей печи, ;

- средняя расчетная поверхность изоляции (принимается равной полусумме наружной и внутренней поверхности печи),

- теплопроводность выбранной изоляции, вычисленная для средней температуры изоляции. В данном случае (Стеклянная вата):

/см.1/

Примем, что

Тогда ;

При загрузке и выгрузке металла, тепло теряется излучением через дверцу печи. Приняв размеры проема при выгрузке , и время открытого состояния дверцы печи равного (на один цикл работы печи) определим лучистые потери по закону Стефана—Больцмана:

Коэффициент диафрагмирования отверстия найден по графику /см.1/

Конструкция печей старения металлоемка, т.к. теплоизоляция размещается внутри металлических кожухов. Между внутренним и наружным металлическим кожухами имеется много металлических связей, элементов крепления, по которым идут значительные тепловые потоки. Это тоже потери тепла, называемые потерями через «короткие» замыкания. Эти потери учитываются как от потерь теплоизоляцию стен.

Составим баланс тепла — затраты на 1 цикл:

Определим КПД печи: