工业炉设计3章(19-43)

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1、第三章金属加热计算金属加热计算是火焰炉热工计算的核心，其主要目的是确定金属在炉lAl的加热时间。这个时间是指金属从入炉开始加热到工艺要求的温度出炉时所经过的总时间。金属加热时间受钢种、尺、r、形状以及其在炉內的摆放、炉型结构，燃料种类以及温热制度等一系列因素的影响。金属加热时间可以采用比较简单的经验法确定，也可以采用较复杂的理论计算法确定。通常都是这两种方法并用，最后选定一个比较合理的结果。3.1金属加热基本概念和金属热物理性质3.1.1金属加热基本概念(1)薄材与厚材理论上金属加热可分为薄材和厚材两种，决定于毕渥准数。即：Bi

2、=oS/(3-1)式中:“一给热系数，kJ/(m2•h•°C)或W/(m2-K)；S—金属的计算厚度(透热深度)，平板双而加热时为料厚的1/2,圆柱体料为半径，m;入一金属的导热系数，kJ/(m•h•°C)或W/(m.K)o按依万佐夫的资料:Bi<0.25为薄材;Bi彡0.5为厚材;0.25

3、C的炉温屮加热吋，可能属于厚材。因为a增加，Bi数变大、对于金属在以辐射传热为主的高温炉内进行加热时，用斯塔尔克准数区分薄材和厚材比较合适，即:半H(3-2)100^100JA式中：C一综合辐射系数，kJ/(m2•h•K4)；7；—炉温，K;S—金属的计算厚度，m;入一金属的导热系数，kJ/(m•h•K)。当5^0.1-0.15时为薄材；5^0.15为厚材。薄材加热时，可以不考虑金属断而温差，金属的表而温度可以认为是断而平均温度；厚材加热时，必须考虑其断面温差，金属的表面温度、屮心温度和平均温度须分别计算。在加热炉中金属的加热大

4、部分属于厚材。(2)金属加热边界条件边界条件是指金属边界(表面)上加热过程所特有的条件。边界条件有很多种，在加热炉中的金属加热经常遇到的基本边界条件有以下三类：第一类边界条件：给出金属表面温度随时间(T)变化的关系，即f常遇到的情况是：①物料表而温度为常数，即常数。如金属在盐浴炉屮加热。②金属表而温度呈直线变化，即。如金属热处理炉中的金属升温期的加热。第二类边界条件：给出通过金属表面的热流密度(kJ/(m2-h))随时间变化的关系，即6/^=(T)o常遇到的情况是：①金属表而的热流密度(kJ/(m2-h))为常数，qT)=常数。

5、②当金属在变热流情况下加热时，如果已知热流随时间变化的规律，则可计算出热流的平均值，然后按平均热流ty⑽求算加热吋间。这种计算方法在金属加热计算屮广泛应用。第三类边界条件：给出金属周围介质温度随时间（T）变化的关系，即&=/t）。常遇到的情况是：①金属周围介质温度（炉温）为常数，即常数。②当炉温随时间或炉长方向变化时，可按时间或炉长方向划分若干区段，视每一区段内的平均炉温为常数。在加热炉中金属的实际加热制度常常是上述各基本边界条件的组合。如三段连续加热炉中的加热制度为：在预热段内的加热，是在热流逐渐增加所对应的炉温也逐渐增大的条

6、件下进行的；在加热段内的加热，是在炉温不变的条件下进行的；在均热段内的加热，是金属表面温度不变或炉气温度不变的条件下进行的。3.1.2金属热物理性质在进行金属加热计算时，首先必须正确确定金属的各热物理性质。主要有：导热系数入、比热容（＞、密度P、导温系数o（=X/（P•c/，））。分别见表3-1〜表3-8。表3-1碳素钢的导热系数XW/（m•K）牌号温度Q235A(A3)08F082040T8T12053.765.159.551.951.949.845.25052.362.858.651.551.549.445.210051.2

7、60.257.751.150.648.144.815050.057.755.249.949.846.942.420048.855.653.548.548.145.142.725047.753.051.546.546.943.041.130045.450.949.444.445.641.440.235044.248.547.743.644.340.238.54042.946.544.842.741.938.137.245040.743.542.341.140.036.436.150039.341.140.239.338.135.2

8、34.755037.239.438.137.736.134.033.560035.737.436.135.633.632.732.065033.736.134.034.032.031.430.070032.034.031.931.930.030.12837502