Зміст
- Введення
- 1. Пристрої для реалізації операції повітряного охолодження та основи термообробки
- 2. Види печей камерного типу
- 3. Основи створення математичної та фізичної моделей для вивчення теплофізичних процесів повітряного охолодження металу в печах
- 4. Математичне моделювання процесу повітряного охолодження
- Висновки
- Список джерел
Введення
Технологія виробництва металевих виробів в загальному випадку включає три основні елементи: Металургія-отримання металу заданого складу і його розливання; Механічна технологія-отримання з металу виробів заданої зовнішньої форми; термічної обробки-отримання заданих властивостей шляхом зміни структури металу. Одним з важливих етапів в даному ланцюжку є термічна обробка виробів, яка дозволяє нівелювати ряд дефектів в структурі металів, отриманих в ході проведення першій і другій стадії виробництва виробів, а також надати ряд нових властивостей. У зв'язку з цим в машинобудуванні для управління структурою і властивостями сталевих виробів широко застосовують термічну обробка. Такий вид обробки здатний змінювати структурно чутливі властивості металів, які у загальній масі властивостей займають велику частку.
Процес повітряного охолодження при термообробці сталевих виробів здійснюється в термічних печах періодичного дії, що накладає на цей процес ряд вимог, таких як забезпечення заданої швидкості і скорочення часу охолодження. Це тягне за собою перевитрату енергоресурсів і збільшення часу перебування матеріалу в печі внаслідок недостатнього дослідження впливу різних конструктивних і технологічних параметрів на процес знімання тепла з металу. Вибору раціонального витрати повітря заважає недостатня вивченість робочого процесу охолодження в реальних умовах, відсутність досить простих і надійних методик його проектного розрахунку Для відповідності пропонованим вимогам необхідно розробити математичну модель для визначення теплового стану металу.
1. Пристрої для реалізації операції повітряного охолодження та основи термообробки
Камерна піч часто виступає в ролі нагрівальної, або ж навіть термічної печі, що працює за якимись періодами. Однією з невід'ємних частин є робочий простір, завдяки якому вдається рівномірно розподіляти потрібні показники температурного поля. Камерні печі, найкраще себе демонструють в камерному режимі, так як саме в таких умовах вдається домагатися найбільш високих показників продуктивність. Фотографія печі термообробки наведена нижче на малюнку 1.1.
Рисунок 1.1-піч з викатним подом для термічної обробки виробів
Камерна піч-це агрегат, функціонал якого виглядає найбільш широким чином. До числа функцій до таких камер, відносяться Найрізноманітніші види обробок, починаючи з нагріву, закінчуючи прожарюванням. Варто відзначити, що Камерні печі однаково добре демонструють себе у всіх напрямках, видаючи стабільно високі показники характеристик в будь-якій з областей.
Що стосується показників температури в камерній печі, то вона періодично змінюється і відбувається це внаслідок постійного руху технологічного процесу нагріву, за допомогою нерухомих деталей. Не варто також упускати той момент, що Камерні печі звично діляться ще не категорії за принципом роботи, які можуть дуже сильно відрізнятися один від одного.
Камерні печі, за принципом роботи діляться на дві категорії:
• Електрична камерна піч
• Паливна камерна піч
Що стосується найбільш практичного і зручного варіанту, то слід вибрати Камерні печі з висувним подом. Дана варіація камера дозволяє значно спростити процес завантаження і розвантаження матеріалу, через що багато воліють покупку саме такої печі.
Печі камерного типу - це категорія вакуумного обладнання, яка може похвалитися досить широким асортиментом продукції. Але варто відразу зазначити, що найчастіше подібні камери призначаються для виконання якогось єдиного завдання. Фотографія печі термообробки наведена нижче на малюнку 1.2.
Малюнок 1.2-піч з викатним подом для термічної обробки виробів
2. Види печей камерного типу
Всього існує кілька різновидів печей камерного типу, а саме:
• Камера відпустки
• Камера нагріву
• Камера відпалу
• Камера гарту
• Камера прокалки
Це лише частина видів камерних печей, які найчастіше використовуються, на різного роду підприємствах. Настільки чималий асортимент камерних печей, дозволяє користувачеві, як слід подумати, щоб в результаті визначитися і взяти собі той агрегат, який потрібен саме йому.
Якщо говорити про найпростіші види камерних печей, то безсумнівно-це камера нагріву. Подібні камери є найбільш практичними і простими в плані конструкції. Що стосується найдорожчих і складних в плані конструкції печей, то безсумнівно це Камерні печі прокалки.
3. Основи створення математичної та фізичної моделей для вивчення теплофізичних процесів повітряного охолодження металу в печах
Математична модель повинна бути впроваджена в систему АСУ ТП цеху термічної обробки в зв'язку з цим, до неї пред'являються наступні вимоги: висока стійкість до термічних і фізичних навантажень; продуктивність.
4. Математичне моделювання процесу повітряного охолодження
Залежно від побудови, математичні моделі можна розділити на дві групи: детермінована математична модель і емпірична математична модель.
При розгляді задач теплової обробки матеріалів в печах найбільш широко використовується метод математичного моделювання теплофізичних процесів за першим способом, тобто створюється детермінована математична модель, яка базується на розв'язку диференціального рівняння нестаціонарної теплопровідності. Облік особливостей модельованого об'єкта проводиться шляхом завдання умов однозначності. Багато в чому така математична модель є універсальною і її досить легко застосовувати для подібного роду процесів, коригуючи умови однозначність.
У даній роботі розглядається ділянка повітряного охолодження процесу термічної обробки сталевих циліндричних заготовка. Досліджувані заготовки завантажуються в камерну піч термічної обробки з викатним подом з формою внутрішньої камери у вигляді прямокутного паралелепіпеда. Метою термічної обробки є: поліпшення властивостей виробів, зняття напруг і підготовка структури до подальшого виду обробки. В піч зазвичай завантажують кілька заготовок відразу, розташовуючи їх за спеціальною схемою на підставках. Схематичне зображення розташування заготовок і футеровки в печі термообробки представлені на малюнку 4.1.
1 – оброблювані заготовки; 2-опори заготовок; 3 – газопальникові пристрої; 4 – подина з шамотної цегли; 5-керамоволокно стін і склепіння; 6-металоконструкції стін і склепіння; 7-ролики для викочування подини
Малюнок 4.1-схематичне зображення розміщення заготовок в печі
Висновки
1. У даній роботі розглянули види камерних печей, і була обрана камерна піч з викатним подом. Були виділені основні проблеми, пов'язані зі значним впливом повітряного охолодження на властивості металу в циклі термічної обробки.
2. Розглянуто математичну модель для дослідження процесу конвективного теплообміну в камерних печах. Математична модель базується на розв'язку диференціального рівняння нестаціонарної теплопровідності з диференціальним урахуванням ділянок футерування, взаємним теплообміном металу з елементами футерування, а також визначенні температури натікання повітряного середовища на тіло на підставі теорії турбулентних струменів, з урахуванням змішання свіжого повітря з газовим середовищем пічної камери, що приймає в розрахунок частку конвективної і променистої складовою в загальній кількості відводиться теплоти від металу. Модель дозволяє вести розрахунок швидше темпу реального часу за рахунок використання одновимірної постановки задачі при гарантованому досягненні заданого рівня точності.
3. За допомогою математичної моделі був проведений розрахунок часток конвективної складової в загальній кількості відводиться теплоти при різній витраті повітря.
Список джерел
- Воскобойников в.г. Загальна Металургія: Підручник для вузів / В. Г. Воскобойников, В. А. Кудрін, А. М. Якушев; перероб. і доп. - м.: ІКЦ «Академкнига», 2005. - 768 с: 253 Іл.
- Тихонов, А.С. Термоциклическая обробка сталей, сплавів і композитних матеріалів [Текст] / А. С. Тихонов, в. в. Бєлов, і. Г. Леушин. - М.: Наука, 1984. - 187 с..