Скачков В.А., Иванов В.И., Очинский В.Н., Моисейко
Ю.В.
Запорожская государственная инженерная
академия,
Опыт эксплуатации неотапливаемых термостатов на ряде металлургических
предприятий стран СНГ показывает, что значительная продолжительность процесса
замедленного охлаждения слитков специальных сталей (46…48 ч) при ограниченном
количестве данных агрегатов приводит к снижению их пропускной способности. В
связи с этим возникает необходимость совершенствования режимов замедленного
охлаждения данных слитков в направлении обоснованного сокращения длительности
заключительной стадии данного процесса.
При изучении полей температуры в металле, охлаждаемом в термостатах,
выполняли установку гибких хромель-алюмелевых термоэлектрических термометров в
различных точках наружной боковой поверхности и центральных слоев контрольных
слитков.
Далее контрольные слитки загружали в рабочее пространство рециркуляционной
печи, где их подвергали отжигу по заданному режиму и транспортировали в
неотапливаемый термостат. На стадии транспортировки слитков в термостаты
понижение температуры в отдельных точках поверхности металла достигает 65 °С.
Анализ результатов последующего термометрирования слитков при
охлаждении в рабочем пространстве термостатов свидетельствует о достаточно
равномерной скорости понижения температуры наружной боковой поверхности
металла: разность температур между
различными точками поверхности не превышает 25…30 °С. Максимальный перепад температуры по сечению слитков
(115…120 °С) зафиксировали в
начальный период охлаждения металла и в дальнейшем его величина значительно
уменьшалась и при температуре поверхности слитка 525…530 °С не превышала 75 °С, а перед выгрузкой слитков из термостата составляла
32…35 °С.
При этом было выявлено, что процессы загрузки
и выгрузки слитков, а также степень заполнения рабочего пространства
термостата, не оказывают существенного влияния на скорость понижения температуры
металла.
Для разработки рациональных температурно-временных параметров процесса
замедленного охлаждения слитков в рабочем пространстве термостатов разработали
методику расчетного анализа их теплового состояния. При этом были введены
следующие допущения: распределение температуры охлаждающей среды (воздуха) в
рабочем пространстве термостата равномерное и является функцией времени;
теплообмен излучением между слитками незначителен и его не учитывают;
поверхность нижней грани слитка находится в идеальном контакте с поверхностью
массивного пода термостата.
Нестационарное поле температуры в охлаждаемых слитках описывали
трехмерным дифференциальным уравнением теплопроводности с переменными
коэффициентами. Изменение условий отвода теплоты от поверхностных слоев металла
учитывали варьированием значений коэффициента теплоотдачи конвекцией.
Нелинейную тепловую задачу аппроксимировали по неявной схеме и решали
интегро-интерполяционным методом А.А.Самарского с использованием алгоритма,
описанного в работе [1], позволяющего обеспечить достаточную устойчивость.
Сопоставление результатов расчетов на ПЭВМ с практическими данными о
температуре металла в различных слоях слитков зафиксировало в широком интервале
изменения параметров достаточную для практики сходимость (отклонение
температуры в исследуемом диапазоне температур не превышает ±3%).
Последующие вычисления распределения температуры в замедленно
охлаждаемых слитках различных хромоникелевых марок стали показали, что при
скорости охлаждения металла 15…20 град/ч величина максимальных температурных
перепадов, наблюдаемых в различных сечениях слитков, не приводит к образованию
в металле внутренних трещин, так как фактические температурные напряжения в
слитках, рассчитанные с использованием известной методики [2], ниже предела
прочности данных сталей. Следовательно, практическая скорость охлаждения
поверхностных слоев металла может быть увеличена до указанной величины на
протяжении всего процесса замедленного охлаждения, что позволило осуществить
корректировку температурно-временных параметров режимов замедленного охлаждения
слитков в направлении сокращения их продолжительности без опасности разрушения
металла.
Опытно-промышленные испытания скорректированных режимов замедленного
охлаждения слитков указанных марок стали проводили на одном из термостатов в
условиях ОАО «Электрометаллургический завод «Днепроспецсталь». Установлено, что
качественные показатели охлажденной стали не ухудшились.
СПИСОК
ЛИТЕРАТУРЫ
1. Иванов В.И.,
Баздырев В.С., Скачков В.А. и др. Расчетно-экспериментальное исследование
температурных полей слитков при термической обработке в рециркуляционных печах
/ Проблемы металлургического производства. – Киев: Техніка, 1991. - Вып. 106. – С.53-56.
2. Тайц Н.Ю.
Технология нагрева стали. - М.: Металлургия, 1962. - 535 с.