Термист Термомеханическое упрочнение арматурного проката технология, средства, разработка

УДК 621.78, 536.2

Приведенный коэффициент температуропроводности при прерванном охлаждении

В.А.Шеремет, И.А.Гунькин, И.И.Журавлев

Криворожский горно-металлургический комбинат "Криворожсталь"

Версия для печати (doc)

Использование понятия “приведенный коэффициент температуропроводности” позволяет производить расчеты охлаждения проката в потоке стана сплошным потоком воды. В работе приведены результаты исследования зависимости значения этого показателя от температуры начала и конца ускоренного охлаждения.

Одна из методик, применяемая для расчета параметров ускоренного охлаждения металла в потоке стана [1, 2] основана на трех допущениях:
Раскат рассматривается как простейшее геометрическое тело. В частности, арматурный прокат рассматривается как неограниченный цилиндр, лист и полоса - как неограниченная пластина.
Охлаждение рассматривается как внутренний процесс при частном случае условий первого рода. Раскат первоначально прогрет до температуры t₀. Затем температура поверхности раската практически мгновенно охлаждается до температуры охлаждающей воды t_п и остается такой постоянно на протяжении всего процесса.
Теплофизические свойства изделия (в частности - коэффициент температуропроводности) не изменяются. Их можно рассматривать как константы.

Если принять эти три допущения, можно воспользоваться относительно несложными аналитическими методами [3, 4].

Каждое из принятых допущений вызывает ряд противоречий. В частности, последнее допущение не учитывает того, что сталь является материалом полиморфным, вследствие чего коэффициент температуропроводности, в случае медленного охлаждения, изменяется, примерно, в 6 раз [4]. Для устранения этого противоречия в работе [5] предложено использовать понятие “приведенный коэффициент температуропроводности” a_пр.

Так как различные источники (см. [6]) рекомендуют довольно широкий диапазон значений a_пр = 3.5 ÷ 11.1 мм²/с, была предпринята работа [6] по определению приведенного коэффициента температуропроводности при прерванном охлаждении. Методика основана на том, что на специально изготовленных образцах добивались охлаждения близкого к условиям первого рода. Изменяя время охлаждения τ, получали различную температуру конца ускоренного охлаждения t_уо (см. рис. 1).

С использованием этой методики были продолжены исследования процесса охлаждения образцов толщиной 15 мм, изготовленных из стали марки Ст5пс. Основная цель исследований состояла в выявлении зависимости a_пр от температуры конца ускоренного охлаждения t_уо при начальной температуре t₀ равной 700 °C (охлаждение без фазовых превращений) и 900 °C (охлаждение с распадом аустенита).

	Рис. 1. Влияние продолжительности прерванного охлаждения на температуру конца ускоренного охлаждения марка стали - Ст5пс, толщина образца - 15 мм, исходная температура - 700 (верхний рисунок) и 900 (нижний рисунок) °C

При малом времени охлаждения (τ = 0.3 ÷ 1.0 с, t₀ - t_уо < 150 °C) точность определения a_пр оказалась довольно низкой (см. рис. 2). При более глубоком охлаждении степень точности становилась приемлемой.

В случае, когда охлаждение осуществлялось с температуры 700 °C приведенный коэффициент температуропроводности составил 8.0 ÷ 13.1 мм²/с (a_пр ср = 10.5 мм²/с, S = 1.3 мм²/с). Отметим, что наблюдалась незначительная корреляция a_пр[мм²/с] = 11.2 - t_уо[°C]/433, S_ост = 1.3 мм²/с, ρ = 0.22, но такой зависимостью в реальных расчетах можно пренебречь.

	Рис. 2. Приведенный коэффициент температуропроводности при различных температурах конца ускоренного охлаждения марка стали - Ст5пс, исходная температура - 700 (верхний рисунок) и 900 (нижний рисунок) °C

Более сложную взаимосвязь наблюдали при охлаждении с фазовыми переходами. В температурном интервале Ar₃ - Ar₁ ход охлаждения замедляется (рис. 1), что должно приводить к резкому уменьшению a_пр. К сожалению, точность определения a_пр при t_уо >  Ar₁ оказалась довольно низкой (см. рис. 2). Ниже температуры фазовых переходов приведенный коэффициент температуропроводности хорошо подчиняется корреляции a_пр[мм²/с] = 10.2 - t_уо[°C]/103, S_ост = 0.4 мм²/с, ρ = 0.97.

Перечень ссылок

1. Черненко В.Т. Исследование процесса термического упрочнения проката в сплошном потоке воды и разработка охлаждающих устройств. Автореф. канд. дис. Днепропетровск, 1974.

2. Расчет длины устройств для охлаждения проката сплошным потоком воды. Худик В.Т., Черненко В.Т., Сиухин А.Ф., Литовченко Ю.К. - Металлургия и коксохимия, вып. 36. Киев: Технiка, 1973, с. 68-72.

3. Лыков А.В. Теория теплопроводности. М., Высшая школа, 1967. 600 с.

4. Тайц Н.Ю. Технология нагрева стали. М., Металлургиздат, 1962. 568 с.

5. Расчет температурного поля при охлаждении толстых листов. Орлов Э.А., Спиваков В.И., Новиков А.М., Васильева И.Е. в сб. “Термическая обработка металлов”, № 4. М., Металлургия, 1975 (МЧМ СССР), с. 27-30.

6. Приведенный коэффициент температуропроводности при прерванном охлаждении. Худик В.Т., Гунькин И.А., Журавлев И.И., Приходько Е.В. // Сб. научн. трудов. “Строительство, материаловедение, машиностроение”, Вып. 12 - Дн-ск, ПГАСА, 2001, с. 92-93.

Опубликовано:
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.

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 / 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.
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)