Принципы скоростного нагрева

Процесс нагрева металла складывается из внешнего и внутреннего теплообмена. В зависимости от теплового со­противления металла всегда наблюдается определенное со­отношение между внешним и внутренним тепловыми пото­ками. Чтобы достигнуть максимально возможной скорости нагрева металла, следует как можно быстрее повысить температуру его поверхности до требуемой величины. Ина­че говоря, для обеспечения скоростного нагрева надо соз­давать максимально возможный внешний тепловой поток. Однако это не всегда допустимо.

При нагреве тонких тел (Ві<0,25) внутренний тепло­вой поток практически не ограничен и процесс нагрева оп­ределяется исключительно внешним тепловым потоком. В этом случае металл воспринимает практически любое ко­личество тепла, поданное на его поверхность.

При нагреве массивных изделий важное значение име­ет процесс распространения тепла по толщине материала. Быстрый нагрев поверхности металла до заданной темпе­ратуры в массивных изделиях создает значительный пере­пад температур по толщине.

В некоторых случаях (при нагреве мягких сталей) этот не опасный и быстрый нагрев поверхности вызывает внут­ренний поток большой величины, что значительно ускоря­ет нагрев.

Во многих случаях быстрый нагрев поверхности метал­ла до заданной температуры во избежание недопустимых напряжений оказывается возможным только после дости­жения массой металла 773—823 К.

Таким образом, при нагреве тонкого и массивного ме­талла можно применять скоростной нагрев, для чего необ­ходимо обеспечивать большой внешний тепловой поток.

В большинстве практических случаев скорость нагрева металла зависит от внешнего теплового потока, который часто бывает сравнительно малым. В ряде случаев тонкий металл нагревается так, что внешний тепловой поток ока­зывается меньше возможного, т. е. на поверхность металла поступает тепла меньше, чем он может принять.

Для обеспечения скоростного нагрева в печи необходи­мо создавать весьма высокую температуру, обусловливаю­щую большую разность между температурами печи и ме­талла, и обеспечивать интенсивное движение раскаленных газов.

Для обеспечения скоростного нагрева можно использо­вать принципиально два метода создания значительного теплового потока на поверхность металла.

При первом методе эффект достигается за счет увели­чения до максимально возможных пределов лучистой со­ставляющей теплообмена, для чего в печи создается весь­ма высокая температура. Печи, построенные по такому принципу, имеют ряд недостатков, главными из которых являются тяжелые температурные условия, в которых ра­ботает кладка печи.

При втором методе, получившем название ударного на­грева, большой внешний тепловой поток обеспечивается за счет конвективной составляющей. Высокие значения a_конв [350—400 Вт/(м²×К)] обеспечиваются при этом большими скоростями продуктов сгорания, которые направляются не­посредственно на поверхность металла, разрушают погра­ничный слой и вызывают интенсивную теплоотдачу. Такой метод нагрева металла не вызывает перегрева кладки пе­чи, но требует особых, весьма сложных по конструкции го­релок.