Термист Термомеханическое упрочнение арматурного проката технология, средства, разработка

УДК 621.78, 536.2023

Приведенный коэффициент температуропроводности при прерванном охлаждении

А.В.Кекух, И.А.Гунькин, Н.П.Жильцов

Криворожский горно-металлургический комбинат "Криворожсталь"

Версия для печати (doc)

Продолжена серия исследований по определению приведенного коэффициента температуропроводности низкоуглеродистых сталей при прерванном охлаждении.

Продолжены исследования по определению приведенного коэффициента температуропроводности при прерванном охлаждении образцов, изготовленных из стали марки Ст5пс. Ход исследований был изложен на “Стародубовских чтениях” 2001 и 2002 гг.

Методами статистического анализа уточнены значения приведенного коэффициента температуропроводности a_пр при охлаждении пластины с начальных температур 700 и 900 °C. Зависимость a_пр от температуры конца ускоренного охлаждения показана на рис. 1а. Разрыв зависимости a_пр = f(t°_уо) при охлаждении с фазовыми переходами затрудняет определение параметров ускоренного охлаждения. Исследования показали, что целесообразно рассматривать не зависимость средней относительной температуры Θ от числа Фурье Fo, а такую же точно зависимость для среднего относительного теплосодержания Θi: вместо Θ = f(Fo), использовать Θ_i = f(Fo), , где t°₀, t°_уо и t°_п - температуры начала ускоренного охлаждения, конца ускоренного охлаждения и поверхности раската (охлаждающей воды), i₀, i_уо и i_п - те же параметры, характеризующие объемное теплосодержание раската. Заметим, что с точки зрения математики, замена температуры тела на теплосодержание для случаев постоянства величин теплоемкости, теплопроводности и плотности не является противоречивой.

Рис. 1. Приведенный коэффициент температуропроводности при различных температурах конца ускоренного охлаждения (а) и при различном конечном теплосодержании стали (б). Тонкой линией показано охлаждение с температуры 700 °C, толстой - с 900 °C.

Зависимость a_пр = f(i_уо) (рис. 1б), в отличие от a_пр = f(t°_уо) имеет монотонный характер.

Дальнейшие исследования позволили прийти к выводу, что приведенный коэффициент температуропроводности на интервале теплосодержаний i₀ - i_уо можно определить как среднее от текущего коэффициента температуропроводности:

где A(i) - интегральная величина температуропроводности стали. Значения интегральной величины температуропроводности для исследуемой стали приведены в таблице 1.

Следует отметить, что A(i) не зависит от температуры начала и конца ускоренного охлаждения, а также от температуры поверхности. Можно высказать предположение, что интегральная величина температуропроводности не зависит и от условий охлаждения (граничных условий).

В качестве примера рассмотрим случай ускоренного охлаждения круглого проката диаметром 2R=12 мм с температуры t₀=1150 °C до t₁=600 °C. Начальное теплосодержание составит i₀=6.32 Дж/мм³, конечное - i₁=2.64 Дж/мм³. Будем считать, что охлаждение осуществляется при частном случае граничных условий первого рода (t_п=const=30 °C, i_п=0.13 Дж/мм³). Среднее относительное теплосодержание проката в конце периода ускоренного охлаждения Θ_i = (i₁ - i_п)/(i₀ - i_п) = 0.406. Число Фурье, обеспечивающее такую Θ_i (см. например А.В.Лыков, Теория теплопроводности) составит Fo=0.0952.

Интегральная величина температуропроводности в начале ускоренного охлаждения составит A₀=A(6.32)=58.4 Дж/мм∙с, в конце - A₁ = A(2.64) = 29.0 Дж/мм∙с. Приведенный коэффициент температуропроводности: a_пр = (A₀ - A₁)/(i₀ - i₁) = 8.00 мм²/с. Время ускоренного охлаждения определим как τ = Fo∙R²/a_пр = 0.43 с. Таким образом, для охлаждения круглого проката диаметром 12 мм с 1150 °C до 600 °C необходимо время 0.43 с.

С использованием разработанной методики произведен расчет влияния продолжительности прерванного охлаждения пластины на температуру конца ускоренного охлаждения. Толщина пластины (одностороннее охлаждение) - 15 мм, начальные температуры - 700 и 900 °C. На рис. 2 показаны экспериментальные данные и расчетные кривые.

Рис. 2. Влияние продолжительности прерванного охлаждения на температуру конца ускоренного охлаждения

Таким образом, исследования показали, что при ускоренном охлаждении стали, в результате фазовых переходов, сопровождаемых выделением тепла и значительными изменениями теплофизических свойств, величина приведенного коэффициента температуропроводности a_пр зависит от ряда факторов:
  • материала (химсостава стали);
  • начальной температуры металла t₀;
  • температуры конца ускоренного охлаждения t_уо;
  • по-видимому - от рода граничных условий.

Если при использовании классических методов аналитического решения задач теплопроводности вместо температуры металла в качестве основного расчетного параметра использовать ее объемное теплосодержание, характер изменения приведенного коэффициента температуропроводности принимает более плавный характер, без скачкообразных изменений и без разрывов. При этом функциональная зависимость a_пр = f(i₀,i_уо) остается неизменной при любых значениях i₀ и i_уо.

Проведенные исследования не позволяют утверждать однозначно, но, по-видимому, определенный по разработанной методике приведенный коэффициент температуропроводности не зависит и от рода граничных условий.

Опубликовано:
Приведенный коэффициент температуропроводности при прерванном охлаждении / А.В.Кекух, И.А.Гунькин, Н.П.Жильцов // Строительство, материаловедение, машиностроение: Сб. научн. трудов. Вып. 22, Часть II. - Днепропетровск: ПГСиА, 2003. - с. 114-117.

См. также:
Приведенный коэффициент температуропроводности при прерванном охлаждении / В.Т. Худик, И.А. Гунькин, И.И. Журавлев, Е.В. Приходько // Строительство, материаловедение, машиностроение: Сб. научн. трудов. Вып. 12 Дн-ск: ПГАСА, 2001. с. 92 - 93.
Приведенный коэффициент температуропроводности при прерванном охлаждении / В.А.Шеремет, И.А.Гунькин, И.И.Журавлев // Строительство, материаловедение, машиностроение: Сб. науч. труд. / Приднiпровська державна академiя будiвництва та архiтектури. - Днiпропетровськ: 2002. - Вып. 15. ч. 1, С. 86-88.
Развитие методики расчета параметров устройств для охлаждения проката сплошным потоком воды / И.А.Гунькин // Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии. Сб. научн. трудов, Выпуск 7 (Металловедение и термическая обработка), ИЧМ НАНУ, г. Днепропетровск, 2004. с. 249 ‑ 260.

См. другие материалы по теме "Теплотехнические расчеты линии ускоренного охлаждения"

К началу страницы

Web-сайт “Термист” (termist.com)
Термомеханическое упрочнение арматурного проката

Отсутствие ссылки на использованный материал является нарушением заповеди "Не укради"

Редактор сайта: Гунькин И.А. (termist.com@gmail.com)