Технічні науки / Металургія

Іванов В.І., Радченко Ю.М., Сапов В.Ф., Каюков Ю.М., Моісейко Ю.В.

ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНЕ ДОСЛІДЖЕННЯ ПРОЦЕСУ ОХОЛОДЖУВАННЯ ЛИСТОВИХ ЗЛИТКІВ В АРН

Запорізька державна інженерна академія,

Національна металургійна академія України, м. Дніпропетровськ

Досвід експлуатації агрегатів радіаційного нагрівання (АРН) на металургійних підприємствах країн СНД дозволив встановити, що можливості ефективного використання вимушеного тепловіддавання конвекцією під час охолоджування злитків спеціальних марок сталі у робочому обсязі зазначених агрегатів значною мірою обмежується їх малою вивченістю.

У зв'язку з цим проведено комплекс експериментальних досліджень, що передбачали вимірювання температури металу (у геометричному центрі злитків і в декількох найбільш характерних точках їх поверхні) та окремих елементів АРН (на вході до повітропроводів і циркуляційного вентилятора) у період охолоджування злитків. Вимірювання проводили гнучкими хромель-алюмелєвими термоелектричними термометрами з автоматичною реєстрацією температури потенціометром типу КСП-4.

Результати вимірювань показали, що характер та інтенсивність обмивання повітряними потоками поверхні злитка на першому етапі охолоджування (з вимкненим циркуляційним вентилятором) визначається ступенем відкриття дросельних заслінок. За відкритим положенням верхньої та нижньої заслінки повітря рухається тільки через верхню частину робочого обсягу АРН і, як наслідок, інтенсивніше охолоджується відповідна частина злитка. Коли є відкрите положення всіх заслінок повітря циркулює і через нижню зону робочого обсягу АРН, що сприяє зниженню перепаду температури за висотою злитка.

По досягненні температури поверхні злитка 500° С включають циркуляційного вентилятора та починається другий етап охолоджування злитка. Основну масу повітря нагнітають до робочого обсягу АРН через повітропровід і радіальний кільцевий зазор у його черені. Далі нагріте повітря змішують з холодним, що поступає з верхнього короба, та через повітропровід частково знову подають на вхід циркуляційного вентилятора. Решту повітря направляють до системи його видалення.

Аналіз термокінетичних кривих охолоджування різних ділянок листового злитка показав, що максимальну температуру спостерігали в його центральних шарах, мінімальну – в поверхневих шарах його нижньої частини, температура його верхніх поверхневих шарів була на 30…35° С вище, ніж його нижніх поверхневих шарів і зберігалася на такому рівні приблизно протягом 5…6 годин. Наприкінці періоду охолоджування величина цього перепаду залишалася значнішою, ніж між іншими крапками, але його абсолютне значення не перевищувало 20 °С. Впливу вказаної нерівномірності на якість металу після відпалювання не виявлено.

Експериментами встановлено, що в інтервалі температур 900…400° С швидкість охолоджування злитків у АРН відповідає заданій величині (30…40 град/год.). За нижчої температури спостерігали недостатню швидкість пониження температури металу: її величина не перевищувала 10…18 град/год. Таке різке зменшення інтенсивності відведення теплоти від поверхні листових злитків циркулюючим повітрям збільшує тривалість (на 4…5 годин) періоду охолоджування та знижує продуктивність агрегатів.

Як свідчать результати експериментальних досліджень процесу охолоджування листових злитків на аеродинамічній моделі АРН, а також подальших обчислень коефіцієнта тепловіддавання конвекцією, величина даного коефіцієнта в інтервалі температур 400…200° С за середньої швидкості руху повітря в робочому обсязі АРН 1,5…2,0 м/с складала всього 10…15 Вт/(м²×К). За такого його значення тривалість охолоджування злитків перевищує величину, що задається технологією. Задана швидкість охолоджування металу в досліджуваному інтервалі температур може бути досягнута під час збільшення коефіцієнта тепловіддавання конвекцією до 40…45 Вт/(м²×К), тобто під час збільшення в 7,5…8,0 разів середньої швидкості руху повітряних потоків у робочому обсязі АРН.

Підвищення інтенсивності тепловіддавання конвекцією від поверхні злитків до циркулюючого повітря можливо як під час зменшення ширини радіального кільцевого зазору за діаметром череня АРН, так і під час збільшення продуктивності циркуляційного вентилятора.

Дослідженням на моделі запропонованих варіантів інтенсифікації теплообміну в робочому обсязі АРН встановлено, що варіюванням ширини радіального кільцевого зазору щодо діаметру його череня сягають середньої швидкості руху повітряних потоків, яка є близькою до заданого значення. Проте при цьому відбуваються значні відхилення її поточних значень у різних точках бічної поверхні злитків від середньої величини (1,3...1,7 м/с). Достатню рівномірність швидкостей обмивання (0,3…0,8 м/с) злитків можна забезпечити під час збільшення продуктивності циркуляційного вентилятора до 40×10³ м³/год.

Циркуляційного вентилятора пропонованої продуктивності змонтували на одному з АРН і випробували під час охолоджування листових злитків якісних сталей. Встановлено, що задану швидкість пониження температури поверхні злитків зафіксували впродовж всієї операції охолоджування. При цьому сягали як її скорочення на 4…6 години, так і підвищення продуктивності АРН на 5…8%.