Сапов В.Ф., Іванов В.І., Радченко Ю.М., Скачков В.О., Очинський В.М.

ДОСЛІДЖЕННЯ ПРОЦЕСУ ОХОЛОДЖУВАННЯ СОРТОВИХ ЗЛИТКІВ В АРН

Національна металургійна академія України, м. Дніпропетровськ,

Запорізька державна інженерна академія

Під час відпалювання сталевих злитків у агрегатах радіаційного нагрівання (АРН) на завершальному етапі охолоджування металу в робочому обсязі зазначених агрегатів спостерігають відхилення швидкості пониження температури різних поверхневих шарів сортових злитків від величини, заданої технологією.

Авторами здійснено комплекс експериментальних досліджень процесу охолоджування сортових злитків в АРН, якими передбачено вимірювання температури металу в різних точках бічної поверхні та центральних шарах злитків з використанням гнучких хромель-алюмелєвих термоелектричних термометрів.

Результати вимірювань показали, що в інтервалі температур 800…500 °С, тобто на етапі охолоджування з вимкненим циркуляційним вентилятором, характер та інтенсивність обмивання потоками повітря поверхні сортових злитків визначається мірою відкриття дросельних клапанів, встановлених на бічній поверхні АРН. За максимально відкритим положенням усіх дросельних клапанів спостерігають достатньо рівномірний рух потоків повітря за обсягом робочого простору АРН.

Після пониження температури поверхні сортових злитків до 550 °С включають циркуляційного вентилятора та починають етап примусового охолоджування поверхні злитків. При цьому головну частину 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 частково направляють на вхід циркуляційного вентилятора. Решта частини нагрітого повітря прямує до системи його видалення.

Аналіз термокинетических кривих охолоджування різних ділянок сортового злитка показав, що максимальний температурний рівень зафіксовано в його центральних шарах, мінімальний рівень– в поверхневих шарах верхньої частини злитка. В той же час температура поверхневих шарів у нижній частині злитків була на 30...35 °С вище ніж у відповідних шарах верхньої частини та зберігалася на цьому рівні приблизно протягом 6…7 годин. Наприкінці періоду охолоджування злитків значення вказаного перепаду не перевищувало 20 °С.

Результатами експериментів також встановлено, що в інтервалі температур 900…400 °С швидкість відведення теплоти від поверхні сортових злитків відповідала заданій величині (50…60 град/год.). За нижчим температурним рівнем металу зафіксували недостатню швидкість його охолоджування: її величина не перевищувала 10…18 град/год. Таке різке зниження інтенсивності відведення теплоти від поверхневих шарів сортових злитків повітрям, що циркулює робочим обсягом АРН, збільшує (на 5…6 годин) тривалість періоду охолоджування та знижує продуктивність даних агрегатів.

Подальшим експериментальним дослідженням процесу охолоджування сортових злитків на аеродинамічній моделі АРН, а також розрахунками коефіцієнта тепловіддавання конвекцією, виявлено, що за середньої швидкості руху повітря в робочому обсязі АРН, що дорівнює 1,7…2,2 м/с, величина вказаного коефіцієнта в інтервалі температур 400…200 °С складає всього 25 Вт/(м²×К). Як наслідок, тривалість охолоджування сортових злитків перевищує величину, що задається технологією. Задану інтенсивність відведення теплоти від вказаних злитків у досліджуваному інтервалі температур чягають шляхом збільшення коефіцієнта тепловіддавання конвекцією до 55…60 Вт/(м²×К), тобто під час зростання у 9,5…10,0 разів середньої швидкості руху потоків повітря у робочому обсязі АРН.

Надалі на аеродинамічній моделі визначали можливість підвищення інтенсивності тепловіддавання конвекцією від поверхні сортових злитків до циркулируемому повітря шляхом зменшення ширини радіального кільцевого зазору зп діаметром його череня, а також збільшення продуктивності циркуляційного вентилятора.

Результати досліджень запропонованих варіантів інтенсифікації теплообміну в робочому обсязі АРН дозволили встановити, що варіюванням ширини радіального кільцевого зазору за діаметром його череня можна сягати достатньо рівномірного омивання поткоами повітря бічної поверхні сортових злитків. Проте при цьому не було зафіксовано потрібний рівень швидкості руху потоків повітря у робочому обсязі АРН. Достатню інтенсивність омивання поверхні злитків можна забезпечити тільки під час збільшення продуктивності циркуляційного вентилятора до 50×10³ м³/год.

Як показали випробування АРН, обладнаних циркуляційним вентилятором пропонованої продуктивності під час охолоджування сортових злитків якісних сталей, задану інтенсивність відведення теплоти від поверхні злитків було зафіксовано впродовж всієї операції охолоджування. При цьому спостерігали скорочення (на 7…9 годин) її тривалості, а також підвищення (на 4…7%) продуктивності зазначених агрегатів.