Технічні науки / Металургія

В.І. Іванов, В.С. Федулов, І.Є.Лукошніков, В.Ф. Сапов,

Ю.В. Моісейко, С.В. Болюк

ПІДВИЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ РОБОТИ НЕОПАЛЮВАНИХ ТЕРМОСТАТІВ

Запорізька державна інженерна академія, м. Запоріжжя,

Національна металургійна академія України, м. Дніпропетровськ,

ВАТ «Електрометалургійний завод «Дніпроспецсталь»

За умов ВАТ «Електрометалургійний завод «Днепроспецсталь» злитки значнолегованих сталей і сталей спеціального призначення на стадії відпалювання, що є завершальною (у діапазоні температури 550-200° С), вивантажують з робочого об'єму термічних печей і піддають сповільненому охолоджуванню в неопалюваних термостатах.

Неопалюваний термостат (НТ) складається з чотирьох камер прямокутного перерізу, що закриваються кришками зварної конструкції. У кожній камері злитки, що охолоджують, розміщують в три ряди по ширині поду й укладають на вузьку грань із зазорами один від одного.

Як свідчить досвід експлуатації НТ, із-за значної тривалості сповільненого охолоджування (t_заг = 46-48 год.) за обмеженої кількості даних агрегатів, спостерігаються затримки перебування злитків у термічних печах, що спричиняє необхідність коректування температурно-тимчасових параметрів зазначеного процесу.

Під час підготовки експериментів щодо вивчення полів температури в злитках, що охолоджують, гнучкі хромель-алюмельові термопари розміщували в різних точках бічної поверхні та геометричному центрі контрольних злитків, які розташовували на різних ділянках пода НТ. Контрольні злитки завантажували до термічної печі, відпалювали за заданим режимом та транспортували до НТ. Встановлено, що на стадії транспортування та завантаження до НТ (t_тр = 0,10-0,15 год.) пониження температури поверхневих шарів металу складало 65° С.

Як свідчить аналіз термокинетичних кривих охолоджування злитків в робочому об'ємі НТ, спостерігається достатньо рівномірна швидкість пониження температури їхньої бічної поверхні: різниця температури між різними точками не перевищувала 25-30° С. Максимальний перепад температури по перетину злитків (115-120° С) спостерігали в початковий період охолоджування металу (t = 3 год.), але надалі його величина значно зменшувалася. Так, по досягненні температурою поверхні злитка 250-270° С значення її перепаду по його перерізу не перевищувало 75° С, а перед вивантаженням злитків з камер НТ складала 32-35° С.

Окрім того, експериментами виявлено, що процеси завантаження та вивантаження злитків, а також ступінь заповнення ними камер НТ, суттєво не впливають на швидкість пониження температури металу.

Одержані результати використовували під час розробки інженерної методики розрахункового аналізу теплового стану сповільнено охолоджуваних злитків. При цьому вводили такі припущення: розподіл температури охолоджуючого середовища в робочому об'ємі НТ є рівномірним; теплообмін випромінюванням між злитками не враховується; на поверхні масивного поду НТ гранична умова приймається як адіабата. Нестаціонарне температурне поле описували рівнянням двомірним диференціальним рівнянням теплопровідності із змінними коефіцієнтами. Змінювання умов відведення теплоти від поверхневих шарів металу враховували варіюванням значень коефіцієнта тепловіддачі конвекцією.

Нелінійну осесиметричну теплову задачу з умовами однозначності апроксимували за неявною схемою на кінцево-різницевій сітці та вирішували на кожному часовому кроці інтегро-інтерполяційним методом Самарського в поєднанні зі схемою Пісмена-Рекфорда [1], що дозволяють забезпечити її достатню стійкість. Адекватність запропонованої методики реальним умовам сповільненого охолоджування встановлено шляхом зіставлення результатів розрахунків і експериментів на різних етапах процесу охолоджування.

Результати подальших розрахунків полів температури в сповільнено охолоджуваних злитках ряду сталей спеціального призначення показали, що за швидкості охолоджування 15-20° С/ч величина максимальних температурних перепадів, що фіксуються в їхнії різних перерізах, є нижчою чим величина, при якій в металі можуть утворюватися внутрішні тріщини, тобто значення фактичних термічних напружень в злитках, розрахованих з використанням відомої методики [2], нижче межі міцності даних сталей. Зіставлення фактичної швидкості охолоджування поверхні металу з максимально припустимою величиною вказує на можливість охолоджування металу з вищезгаданою швидкістю впродовж всього сповільненого охолоджування без порушення його цілісності. У зв'язку з цим було виконане коректування температурно-тимчасових параметрів режимів сповільненого охолоджування злитків ряду марок сталей.

Практична реалізація запропонованих режимів сягається шляхом оснащення НТ вентиляторами з регулюючими пристроями, що забезпечують задану швидкість пониження температури поверхневих шарів металу впродовж всього сповільненого охолоджування.

Промислові випробування скоректованих режимів сповільненого охолоджування виконували на одному з НТ ВАТ «Електрометалургійний завод «Дніпроспецсталь». Якісні показники охолодженого металу не погіршилися.

ПЕРЕЛІК ЛІТЕРАТУРИ

1. Марчук Г.И. Методы вычислительной математики. - М.: Наука, 1980. - 535 с.

2. Тайц Н.Ю. Технология нагрева стали. - М.: Металлургия, 1962. - 535 с.