Технические науки – энергетика

Иванов В.И., Кузьменко А.А., Матказина Р.Р., Мосейко Ю.В.

К ОХЛАЖДЕНИЮ МАССИВНЫХ СЛИТКОВ

В АГРЕГАТАХ РАДИАЦИОННОГО НАГРЕВА

(сообщение 1)

Запорожская государственная инженерная академия

Повышение требований к точности реализации режимов отжига слитков специальных сталей обусловили необходимость применения на ряде металлургических предприятий СНГ агрегатов радиационного нагрева (АРН).

Установленная мощность данных агрегатов сосредоточена в трех зонах по высоте рабочего объема со следующим распределением: первая (нижняя) зона - 155, вторая (средняя) - 135 и третья (верхняя) - 110 кВт. В рабочий объем АРН загружают два слитка прямоугольной формы размерами (1800…2000) х (1100…1400) х (400…600) мм.

Подвод теплоты к поверхности слитков осуществляется при помощи электрических нагревателей проволочного типа, расположенных по периметру боковых стен рабочего объема АРН.

На стадии охлаждения слитков основную часть воздуха подают в рабочий объем АРН через верхний нагнетательный короб при помощи системы дроссельных клапанов, размещенных по периметру верхнего и нижнего коробов, и отверстий, равномерно расположенных на его внутренней боковой поверхности. Остальную часть воздуха направляют по воздухопроводу, оборудованному циркуляционным вентилятором центробежного типа производительностью 15×10³ м³/ч, в нижний короб, соединенный радиальным кольцевым зазором с соответствующей частью рабочего объема АРН, где вовлекают в процессе рециркуляции.

В интервале температур 900…550 °С циркуляционный вентилятор не работает, и охлаждения слитков осуществляют путем отвода теплоты от их поверхности свободной конвекцией, изменяя степень открытия дроссельных клапанов. При температуре поверхности слитков ниже 550 ºС используют принудительную конвекцию, создаваемую путем циркуляции потоков воздуха в рабочем объеме АРН при помощи вышеуказанного вентилятора.

Опыт эксплуатации АРН указывает на наличие высокой точности и равномерности нагрева слитков на стадии подъема температуры до заданного значения, а также недостаточной интенсивности отвода теплоты от поверхности слитков на завершающем этапе стадии принудительного охлаждения.

На одном из металлургических предприятий СНГ изучали тепловое состояние слитков прямоугольной формы (1800 х 1200 х 400 мм) на стадии их охлаждения в АРН. При проведении исследований контролировали температуру металла в наиболее характерных точках поверхности и геометрическом центре слитков при помощи гибких хромель-алюмелевых термоэлектрических термометров.

Результаты измерений позволили установить, что при температуре металла выше 550 ºС характер и интенсивность омывания поверхности слитков потоками воздуха определяется его общим количеством и степенью открытия дроссельных клапанов.

При открытом положении дроссельных клапанов, расположенных по периметру верхнего короба, движение потоков воздуха осуществляется через соответствующую часть рабочего объема АРН, что позволяет интенсивнее охлаждать верхнюю часть слитка, а после открытия клапанов, размещенных по периметру нижнего короба, организуется циркуляция потоков воздуха во всем рабочем объеме АРН и обеспечивается заданная скорость понижения температуры поверхностных слоев металла, а также его достаточно равномерное охлаждение.

По достижении поверхностными слоями слитков температуры 550 ºС включают циркуляционный вентилятор и осуществляют интенсивное нагнетание потоков воздуха в рабочий объем АРН. Как следствие, в интервале температуры 600…400 ºС наблюдается наличие достаточно равномерного и с заданной скоростью охлаждения поверхностных слоев слитков. В то же время при температуре металла ниже 400 ºС зафиксировано понижение интенсивности отвода теплоты от поверхностных слоев нижней части слитков, при этом отклонение фактической скорости охлаждения поверхностных слоев металла от заданного значения в конце данного периода достигает 35…40 %.

Ухудшение условий охлаждения слитков на этапе принудительного отвода теплоты от их поверхностных слоев может быть следствием как понижения интенсивности отвода теплоты конвекцией в интервале температур ниже 400 ºС, так и ростом влияния отдачи теплоты массивным подом АРН. Как результат, наблюдается увеличение длительности периода охлаждения и термической обработки слитков в целом, что сопровождается снижением производительности агрегатов данного типа.

Определение условий отвода теплоты из рабочего объема АРН, обеспечивающих на стадии принудительного охлаждения слитков заданную скорость понижения температуры металла, вызывает необходимость проведения математического моделирования указанной стадии охлаждения.