Струк Сергей Валерьевич

Физико-металлургический факультет

Кафедра технической теплофизики

Специальность: Промышленная теплотехника

Тема выпускной работы:

Ускоренное охлаждение металла в кристализаторе

Научный руководитель: доцент кафедры ТТП Гинкул Станислав Иванович

Ускоренное охлаждение металла в кристализаторе

Введение

В современных масштабах производства металла и всевозрастабщей потребности в нём на первый план выходит задание повышения качества металлопродукции, резкого снижения отходов металла при его производстве и обработке. В осуществлении программы экономии чорных металлов важное место занимают мероприятия, которые уменьшают окалинообразование и улучшают механические свойства проката. В наше время ускоренное охлаждение металла стало важной и неотемлимой частью технологического процесса во многих прокатных цехах. Оно может использываться как самостоятельная операция, но иногда и как составная часть других технологических процессов. Ускоренное охлаждение металла применяется в разных участках производства проката, в частности непосредственно после выхода проката из чистовой клети, после термообработки в разных нагревательных устройсвах, между клетями прокатного стана.

Актуальность темы

Ускоренное охлаждение сортовых профилей позволяет решать задания, связанные с улучшением механических качеств проката, повышением их равномерности , понижением окалинообразования, улучшением их равномерности, снижение окалинообразования, улучшение качества поверхности проката. Применение ускоренного охлаждения имеет определенный социальный и экологический аспект, потому что оно способствует улучшению условий труда, защиты водомоев и окружающей среды от вредных примесей.

Цель и задачи работы

Определить оптимальные параметры ускоренного охлаждения , конструкцию, основные параметры установки.

Практическая ценность результатов работы

Получение необходимых эксплуатационных свойств металла зависит от температуры проката. С этой целью разработана математическая модель, которая позволяет на основе решения дифференциального уравнения определить параметры установки (скорость проката, скорость охлаждения жидкости, ее физические свойства и другие), которые обеспечивают получение заданного температурного поля.

Основные часть

Получение металлом в процессе прокатки необходимых механических свойств, требуемой структуры, уменьшение окалинообразования можно добиться регулированным охлаждением проката. Регулируемое охлаждение металла заключается в выборе необходимого коэффициента теплоотдачи, который обеспечивал бы получение требуемой среднемассовой температуры, которая обеспечивает получение необходимых свойств. Нестационарное температурное поле в процессе охлаждения получается при решении дифференциального уравнения теплопроводности, которое для цилиндра запишется в виде



С начальным условием при τ = 0, t = f(r) и граничными условиями

;

где λ(t), c(t), ρ(t) – коэффициент теплопроводности, Вт/(м²·K) ; теплоемкость, Дж/(м·К); плотность, кг/м³ ; α_охл- коэффициент теплоотдачи при охлаждении водой , Вт/(м²·K); Коэффициент теплоотдачи охлаждением определяем по формуле [1]



Выполнены исследования охлаждения металла диаметром 0,0065м, длинне камеры охлаждения 1м, длинне камеры выравнивания 6м, поркат охлаждается при противотоке, , начальная температура металла 1000ºC. На рисунке 1 приведено изменение температуры по толщине проката при охлаждении в воде. При одинаковой скорости проката металл охлаждается до различной среднемассовой температуры. Распределение температуры по сечению зависит от скорости воды.



Рисунок 1 – Динамика температурного поля проката при скорости 20 м/c

Заключение

C увеличением скорости проката увеличивается коэффициент теплоотдачи охлаждения, что приводит к изменению интенсивности охлаждения и после камеры выравнивания температур получается среднемассовая температура, относительная погрешность не должна превышать заданной, т.е. |t_sr0 - t_srm|/t_sr0≤ε В расчетах значение величины погрешности выбралось равным 0,05. При одинаковой скорости проката 20м/c и разной заданной среднемассовой температуре требуется различная скорость воды. В зависимости от скорости воды меняется и коэффициент теплоотдачи охлаждением. При выравнивании температур коэффициент теплоотдачи α_Σ уменьшается с уменьшением среднемассовой температуры, поскольку уменьшается и доля лучистой энергии. Таким образом в зависимости от задаваемой среднемассовой температуры моделируется скорость воды при противотоке, а также и при прямотоке. По полученной скорости определяется коэффициент теплоотдачи охлаждения и температурное поле проката.

Литература

1. Губинский В.И.,. Минаев А.Н, Гончаров Ю.В.. Уменьшение оккалинообразования при производстве проката. – К.:”Технiка”,1981.-136с.

2.Контроль механических свойств среднеуглеродистых листовых сталей в состоянии поставки / М. А. Мельгуй, Э. А. Шидловская, Т. В. Оленович, В. А. Меркулов // Дефектоскопия. – 1980, №5. – С. 60 – 64.

3.Неразрушающий контроль и диагностика: Справочник / В. В. Клюев, Ф. Р. Соснин, А. В. Ковалев и др. – М.: Машиностроение, 2003. – 656 с.

4.Коэрцтиметричесике методы контроля качества термической и химико-термической обработок стальных и чугунных изделий / М. Н. Михеев, В. М. Морозова, А. П. Морозов, Б. М. Неизвестнов, Г. В. Сурин, Т. Н. Захарова // Дефектоскопия. – 1978, № 1. – С. 14 – 22.

5.Михеев М. Н., Горкунов Э. С., Дунаев Ф. Н. Неразрушающий магнитный контроль закаленных и отпущенных изделий из низколегированных конструкционных и простых углеродистых сталей. Ч. 1 // Дефектоскопия. – 1977, № 6. – С. 7 – 13.

6.Михеев М. Н., Сомова В. М., Горкунов Э. С. Магнитный контроль качества термической обработки изделий из конструкционных сталей 45 и 50. // Дефектоскопия. – 1980, № 7. – С. 22 – 28.

7.Самойлович Г. С. Неразрушающий контроль металлов изделий: Справочник. – М.: Машиностроение, 1976. – 456 с.

8.Михеев М. Н., Горкунов Э. С., Дунаев Ф. Н. Неразрушающий магнитный контроль закаленных и отпущенных изделий из низколегированных конструкционных и простых углеродистых сталей. Ч. 2 // Дефектоскопия. – 1977, № 6. – С. 13 – 18.

9.Способ контроля качества изделий из ферромагнитных материалов: А. С. 429329 СССР, МКИ G 01 n 27 / 80 / Михеев М. Н., Горкунов Э. С. – Опубл. 28.03.74, Бюл. № 19. – 1974.

10.Сорокин В. Г. Марочник сталей и сплавов. – М.: Машиностроение, 1988. – 414 с.