МІНІСТЕРСТВО НАУКИ И ОБРАЗОВАНІЯ УКРАІНИ
СУМСЬКІЙ ДЕРЖАВНІЙ ІНСТИТУТ
КАФЕДРА ПМ и ТКМ

Індивідуальне домашнє завдання
На тему «Визначення продуктивності печі СШЦМ-6.12/10»

Зміст

1. Теоретична частина
2. Визначення продуктивності печі СШЦМ-6.12/10
3. Розрахунок часу нагрівання деталей і визначення продуктивності печі
4.Література

Піч електрична шахтна СШЦМ-6.12.

Піч, загальний вигляд якої представлений на рис.1, призначена для різних видів термічної обробки деталей. Вона має таку технічну характеристику

Тип печі	Електрична шахтна піч спеціального призначення	
Максимальна робоча температура, ºС	1000	
Вид палива	електроенергія	
Розміри робочого простору печі, м:
                      діаметр
                      висота	
0,6
1,2	
Обсяг робочого простору, м3	0,72	
Габарити, м	2,7×2,6×3,6	
Маса садки, т	1,2	
Продуктивність, кг/год	70	
Потужність, кВт	70	
Маса печі, т	3,5	
Напруга живильної мережі, В	380/220	

Завантаження виробів у піч проводиться за допомогою мостового крана вантажопідйомністю 5 т.
Такі печі застосовують для термічної обробки деталей великої довжини, наприклад, осей, валів, труб напрямних [2].
Діаметр  вертикальних камерних печей дорівнює 0,5-3,5 м, а висота – 1-30 м. Малі печі використовують для світлого відпалу, газової цементації, азотування (при введенні реторти), нагрівання під відпуск і загартування. Більші печі застосовують для нагрівання під загартування й відпуск довгих деталей (валів, осей, спеціальних труб і т.п.). 
Для кращого використання об’єму печі одночасно нагрівають велику кількість деталей, розміщуючи їх на спеціальних підвісах або в кошиках. Паливом для вертикальних печей може служити газ або мазут. Але дуже часто ці печі бувають й електричними. Останнім часом почали застосовувати вакуумні електричні печі.

Рисунок 1 - Вертикальна середньотемпературна електрична піч

Малі вертикальні печі розраховані на високі, середні й низькі температури. Високотемпературні електричні печі (до 1300°С) частіше мають квадратний перетин і нагріваються горизонтально розміщеними глобаровими стрижнями. Середньотемпературні (до 1000°С) і низькотемпературні (до 700°С) печі нагріваються металевими елементами опору, розміщеними на внутрішніх стінках печі. На рис. 1 наведена конструкція вертикальної средньотемпературної електричної печі потужністю 70 кВт із трьома регульованими зонами. Деталі підвішують на диску 1. Кришку печі 2 піднімають і відводять убік поворотним механізмом, що приводяться у рух електродвигуном 3 потужністю 0,5 кВт. Для зменшення окиснювання металу, що нагрівається, у піч зверху й знизу через камери 4 підводять захисний газ.

Визначення продуктивності печі СШЦМ-6.12/10

Температура цементації tц.=920 
Глибина цементаційного шару 0,7-0,8 мм.
Цементації піддаються валики розміром d=0.06 l=200мм
Матеріал валиків - сталь 20.
Піч працює безупинно.
Кошик печі СШЦМ-6.12/10 має розміри ø600x300 мм. На дно кошика встановлюється решітка з отвором для проникнення цементаційного газу. Валики встановлюються вертикально у відведені для них осередки на спеціальних підставках в n рядів. В одному ряді укладається N деталей. Відстань між валиками становить 20-25 мм. Оскільки в піч можна помістити два кошики, кількість валиків, що завантажують одночасно, буде

а = N · n · 2  деталей.

Вага одного валика q = ρ · V кг, ρ = 7900 (кг/м3),

V = π · r2 ·   (м 3).

Вага садки G =  q · а (кг)

Вага кошиків 80 кг.

Розрахунок часу нагрівання деталей і визначення продуктивності печі

Критерій Bі для заданої деталі

,

де R - радіус, або половина товщини деталі, м;
λ - коефіцієнт теплопровідності сталі.
Для сталі 20-29,19 Вm/м·К (або 105кДж/м·година· К);
α - розрахунковий сумарний коефіцієнт тепловіддачі

При Bi < 0,25 час нагрівання заданих деталей може бути визначено за формулою нагрівання тонких тіл, тобто

,

де с - середня теплоємність сталі 20 - 0,71 кДж/кг·°С; 
tcp - температура середовища (печі), °C, tcp;
tмп - температура металу початкова,°С, tмп=20°C;
tцм - температура цементациі;
G  - вага садки, кг;
F - активна поверхня садки, м2;

, м2

α - сумарний коефіцієнт тепловіддачі визначається за формулою 

 кДж/м2·год·К
 кДж/м2·год·К
 кДж/м2.година·К4(Вт/м2·К4),
 кДж/м2.година·К4(Вт/м2·К4),

де ε1 - ступінь чорноти оброблюваної сталі дорівнює 0,3 [1];
ε2- ступінь чорноти вогнетривкої кладки, беремо рівною 0,75;
F1 - поверхня металу, що сприймає тепло 

F2 - внутрішня поверхня печі - з паспорта печі 5,24м2
Оскільки деталі встановлюються в кошиках одна на іншу, можна взяти коефіцієнт укладання Ку = 2. У цьому разі час нагрівання дорівнює 2 години.
Час витримки при цементації для одержання шару глибиною 0,7-0,8 мм за довідковими даними становить 2,8 години. Час завантаження й вивантаження беремо 0,2 години.
Таким чином, повний цикл процесу - час нагрівання деталей, тривалість витримки (цементації) і час на завантаження й вивантаження деталей - становить

Р = 2τ+ 2,8 + 0,2 година.

Продуктивність печі при цьому буде 

А = G/P кг/годину.

Цей технологічний параметр печі використовується при розрахунку потрібного устаткування в цеху або на термічній дільниці відповідно до програми й типу виробництва.

Література

1. Типове обладнання термічних цехів та дільниць. - Суми: СумДУ, 2008. - 212 с