Нагрев стали: Справ. пособие

Самойлович Ю.А., Тимошпольский В.И.

Минск, 1990 г.

I. РАСЧЕТ НАГРЕВА ПЛАСТИНЫ И ЦИЛИНДРА ОДНОВРЕМЕННО ИЗЛУЧЕНИЕМ И КОНВЕКЦИЕЙ

1. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

На металлургических заводах нашей страны ежегодно десятки миллионов тонн стали проходят операцию нагрева перед обработкой давлением (ковкой, прокаткой) или при термической обработке (отжиге, нагреве перед закалкой). Цель расчетов нагрева слитков и заготовок перед обработкой давлением -установление оптимального режима нагрева металла до определенных температур и при определенной степени неравномерности прогрева (т. е. разности температур по сечению изделия) к моменту выдачи из печи.

Процесс нагрева массивных слитков в печах и колодцах отличается большой сложностью, что затрудняет проведение

расчетов. К числу факторов, в наибольшей степени осложняющих анализ процесса нагрева слитков, можно отнести следующие: а) неравномерность температур греющей среды (факела, стен камеры) с различных сторон слитков и заготовок, вызывающая асимметрию температурного поля в них; б) нестационарность температур греющей среды (факела, кладки) в процессе нагрева; в) изменение теплофизических характеристик металла и греющей среды в процессе нагрева; г) сложный характер теплообмена на поверхности слитков (излучение, конвекция).

В настоящее время ведущие проектные организации используют для установления режимов нагрева слитков и заготовок во вновь проектируемых колодцах, нагревательных и термических печах многолетний практический опыт металлургических предприятий. Это в свою очередь позволяет ориентировочно оценить продолжительность нагрева слитков и заготовок исходя из их размеров, химического состава и начальной температуры.

Однако недостаточная информативность исходных данных затрудняет их использование при освоении принципиально новых типов нагревательных печей (например, электроколодцев, печей с шагающими балками и с шагающим подом со сводовым и комбинированным отоплением).

Использование в научных исследованиях электронных вычислительных машин позволяет осуществить постановку и решение задач нестационарной теплопроводности, связанных с расчетами нагрева металла, с учетом многих осложняющих обстоятельств, что приближает решение задачи к реальным Условиям нагрева слитков и заготовок. Численный эксперимент, осуществляемый с применением ЭВМ, позволяет получить достаточно полную информацию о температурном поле нагреваемого металла, в частности, об изменении температур на гранях слитков и заготовок, в центре, степени неравномерности прогрева по периметру и поперечному сечению, изменение среднемассовой температуры и поглощаемого слитком количества теплоты. Вместе с тем детализация постановки и решения задачи приводит к тому, что ее решение становится слишком конкретным и частным. Избежать этого можно, используя идеализированную (стилизованную) постановку задачи. При этом в теории нагрева стали [ 1] принято идеализировать постановку задачи по следующим показателям: форма нагреваемых изделий принимается предельно простой (пластина неограниченной протяженности, цилиндр с круговым поперечным сечением и неограниченной длины) ; поле температур принимается симметричным относительно средней плоскости пластины или продольной оси цилиндра; теплофизические свойства металла полагаются неизменными; коэффициенты теплоотдачи на поверхности изделий (σ , а) полагаются известными и неизменными; температура греющей среды Т_т также задана и неизменна во времени.