Технічні науки/Металургія

Усенко Ю.І., Іванов В.І., Сапов В.Ф., Кузьменко А.А.,

Болюк С.В., Моісейко Ю.В.

УДОСКОНАЛЕННЯ ПРОЦЕСУ ОХОЛОДЖУВАННЯ

масивних ЗЛИТКІВ В ЕЛЕКТРИЧНИХ КОЛОДЯЗЯХ ОПОРУ

Національна металургійна академія України, м.Дніпропетровськ,

Запорізька державна інженерна академія

Масивні злитки високолегованих і спеціальних марок сталі на декількох металургійних підприємствах країн СНД відпалюють в електричних колодязях опору, які обладнано нагрівачами, розташованими у трьох зонах за висотою робочого обсягу. Регулювання швидкості нагрівання злитків здійснюють за допомогою індивідуальних програматорів температури кожної зони, а регулювання швидкості їхнього охолоджування - змінюванням витрати повітря, що подають до робочого обсягу даного агрегату за допомогою дросельних клапанів (у інтервалі температури вище ніж 600° С) або циркуляційного вентилятора (у інтервалі температури нижче ніж 600° С).

Для теплової роботи електричних колодязів характерною є достатньо висока точність регулювання температури в їхньому робочому обсязі на стадії нагрівання злитків. Проте під час проведення охолоджування злитків для декількох марок сталі у інтервалі температури нижче за 650° С спостерігається недостатня швидкість пониження температури поверхневих і серединних шарів їхньої нижньої частини. Як наслідок виникають зниження продуктивності даних агрегатів і суттєві витрати енергоресурсів.

Дані дослідження передбачали проведення математичного та фізичного моделювання процесу охолодження масивних злитків в електричних колодязях з метою його подальшого удосконалення.

Поле температури масивного злитку прямокутної форми, що примусово охолоджували в електричному колодязі, за умови його осьової симетричності моделювали диференційним рівнянням нестаціонарної теплопровідності у тривимірній постановці за межових умов, що описують тепловіддвання конвекцією.

Розв’язання рівняння теплопровідності подавали як добуток безрозмірних температур для трьох безмежних пластин [1], тобто приводили його до розв’язання задачі для безрозмірної пластини кінцевої товщини.

Адекватність розробленої моделі до реального процесу примусового охолоджування масивних злитків різних марок сталей у колодязях даного типу підтверджено результатами реєстрації температури, яку вимірювали термоелектричними термометрами в різних точках на поверхні та осі металу, що відпалюють.

Межові умови, тобто питомі теплові потоки на бічній поверхні злитків, що відводяться з їхньої нижньої частини, виявляли шляхом розв’язання зворотної задачі теплопровідності в інтервалі температур нижче ніж 600° С та подальшого визначення значень коефіцієнта тепловіддавання конвекцією. Під час обчислювального експерименту на ПЕОМ зафіксовано змінювання значень даного коефіцієнта в межах від 110 до 450 Вт/(м²×град).

Для практичної реалізації зазначених умов теплообміну в робочому обсязі електричного колодязя виконували аеродинамічне моделювання етапу примусового охолоджування злитків на його прозорій фізичній моделі, що розраховано з використанням загальних положень теорії подібності [2]. Під час виконання комплексу досліджень, пов'язаних з вивченням швидкості обмивання повітряними потоками поверхні масивних злитків, розглядали можливість застосування могутніших циркуляційних вентиляторів і тангенціального підведення повітря до робочого обсягу електричного колодязя.

Результатами досліджень, проведених на аеродинамічній моделі, зафіксовано вихороподібний рух потоків повітря, що має обертально-поступальний характер, який супроводжується практичним заповненням усього обсягу електричного колодязя. Як наслідок суттєво зростає інтенсивність тепловіддавання конвекцією в нижній частині робочого обсягу електричного колодязя та сягають високого однорідного розподілу швидкостей повітряних потоків.

Перевірку результатів аеродинамічного моделювання здійснювали на одному з електричних колодязів ВАТ «Електрометалургійний завод «Дніпроспецсталь», обладнаного могутнішим циркуляційним вентилятором і тангенціальним підведенням повітря. Випробування передбачали безперервний контроль змінювання температури поверхневих і серединних шарів масивних злитків, що відпалюють, за допомогою термопарного кабелю КТМС-ХА з подальшим визначенням якісних показників металу.

Експериментами за виробничих умов встановлено максимальне наближення фактичних швидкостей охолоджування різних ділянок поверхні злитків високолегованих і спеціальних марок сталі до рівня, що забезпечує їхнє охолоджування із заданою швидкістю. Якісні показники металу не погіршилися.

Література:

1. Исаченко В.П., Осипова В.А., Сукомел А.С. Теплопередача. – М.: Энергия, 1981. – 416 с.

2. Михеев М.А., Михеева И.М. Основы теплопередачи. – М.: Энергия, 1977. – 353 с.