Технические нaуки / энергетика

Радченко Ю.М., Іванов В.І., Чепрасов О.І., Мосейко Ю.В

ПРО ОХОЛОДЖЕННЯ ЗЛИТКІВ У АГРЕГАТАХ

РАДІАЦІЙНОГО НАГРІВАННЯ

Національна металургійна академія України, м. Дніпропетровськ,

Запорізька державна інженерна академія

На декількох металургійних підприємствах країн СНД для реалізації режимів термічної обробки злитків спеціальної сталі використовують агрегати радіаційного нагрівання (АРН).

Досвід експлуатації агрегатів даного типу свідчить про наявність високої точності та рівномірності нагрівання металу на стадії підвищення температури злитків до заданого значення, а також недостатньої інтенсивності відведення теплоти від поверхневих шарів металу на завершальному етапі його примусового охолодження потоками повітря, які нагнітають циркуляційним вентилятором до робочого обсягу АРН.

Погіршення умов охолодження злитків на етапі примусового відведення теплоти від їх поверхневих шарів може бути наслідком пониження інтенсивності відведення теплоти конвекцією в інтервалі температур нижче 400 ºС, а також зростанням впливу віддавання теплоти масивним черенем АРН. Як результат, спостерігають збільшення тривалості періоду охолодження та зниження продуктивності теплових агрегатів даного типу.

Для виявлення умов відведення теплоти з робочого обсягу АРН, що забезпечують задану швидкість пониження температури металу, здійснювали математичне моделювання стадії примусового охолодження. Розглядали вісесиметричну двовимірну теплову задачу для злитків.

Розподіл температури за перерізом злитків під час охолодження в АРН визначали шляхом розв’язання нелінійного диференційного рівняння теплопровідності за відповідних крайових умов чисельно з використанням неявної абсолютно стійкої різницевої схеми.

Під час проведення обчислень значення параметрів для межових умов змінювали відповідно до режимів охолодження, що задаються технологією термічної обробки злитків.

Адаптацію математичної моделі до реальних умов примусового охолодження злитків у АРН здійснювали зіставленням розрахункових даних про змінювання температури металу з результатами її експериментального визначення. Встановлено якісне узгодження результатів розрахункового дослідження розподілу рівня температури у металі з даними її фізичного вимірювання. Подальший розрахунковий аналіз розподілу температури у злитках, що розташовували у різних місцях робочого обсягу АРН, дозволив встановити ідентичні умови їх охолодження.

Надалі, шляхом варіювання значень коефіцієнтів віддавання теплоти конвекцією, з використанням ПЕОМ встановили, що задану інтенсивність пониження температури поверхні нижньої частини злитків на заключному етапі охолодження (в інтервалі температур 450…200 °С) можна сягати за величини зазначеного коефіцієнта не менше ніж 90…100 Вт/(м²×К).

Подальшими експериментами з використанням холодної аеродинамічної моделі агрегату, що досліджують, виконаної з дотриманням геометричної та кінематичної подібності, вивчали шляхи практичного досягнення заданої інтенсивності відведення теплоти з бічної поверхні злитків потоками повітря, що циркулюють у його робочому обсязі. Досліджували можливість застосування могутніших циркуляційних вентиляторів з радіальним (існуючим) і тангенціальним (запропонованим) підведенням повітря до робочого обсягу АРН.

За наявності радіального підведення повітря до робочого обсягу АРН було зафіксовано неоднорідний характер течії потоків повітря, причому в нижній частині робочого обсягу агрегату кількості повітря було недостатньо. Під час збільшення потужності циркуляційного вентилятора зростала інтенсивність течії потоків повітря в робочому обсязі агрегату, проте не вдавалося сягати достатнього рівня рівномірності обтікання ними бічної поверхні злитків, що охолоджують.

За наявності тангенціального підведення повітря на вході до АРН створюється вихороподібний рух потоків, який набуває обертально-поступаль-ного характеру та дозволяє заповнити повітрям весь робочий обсяг даного агрегату, завдяки чому віддавання теплоти конвекцією у нижній його частині суттєво зростає. Як наслідок, середня швидкість течії потоків повітря наближається до рівня, що забезпечує охолодження злитків із заданою швидкістю. Розрахунками, а також подальшими експериментами з використанням даної моделі, встановлено, що однорідного та достатнього для практики рівня інтенсивності віддавання теплоти на бічній поверхні злитків, сягають під час заміни існуючого циркуляційного вентилятора на вентилятор продуктивністю 50·10³ м³/год.

Результати випробувань на одному з діючих АРН, що було обладнано тангенціальним підведення повітря за виробничих умов свідчать про максимальне наближення середньої швидкості течії потоків повітря в робочому обсязі АРН до рівня, що забезпечує пониження температури злитків із заданою швидкістю впродовж всього періоду охолодження.