Вся электронная библиотека >>>

  арматурная сталь >>>

 

 

Высокопрочная арматурная сталь


Раздел: Учебники



 

3. Охлаждающие устройства для термоупрочнения движущегося проката

  

 

Теплофизические параметры охлаждающих устройств. Важным условием осуществления термического упрочнения движущихся прутков в потоке прокатки при жестких ограничениях по длине охлаждающих трасс на действующих и проектируемых станах является разработка и создание принципиально новых охлаждающих устройств, которые могут обеспечить высокую интенсивность и равномерность охлаждения сортового проката (арматуры) при скорости его перемещения до 20 м/с. Способ и устройство для такого технологического процесса впервые созданы в Институте черной металлургии К. Ф. Стародубовым, В. Я. Савенковым и др. и получили дальнейшее

совершенствование и развитие в работах отечественных и зарубежных ученых, изобретателей.

Схема устройства, обеспечивающего интенсивное охлаждение- проката и его гидротранспортирование с необходимой скоростью показана на  12. Нагнетающая форсунка 1 подает водовоз- душную смесь под давлением до 2 МПа в камеру охлаждения 2v в направлении движения проката со скоростью в 2—3 раза превосходящей скорость прокатки. Благодаря высокой степени тур- булизации водовоздушного потока внутри замкнутой камеры: охлаждения 2 капли воды многократно соприкасаются с поверхностью горячего металла, создавая высокий теилосъем. Из-за малого времени контакта с нагретым металлом не происходит нагрева воды в трубах до температуры кипения. Паровая рубашка мощным потоком водовоздушной смеси непрерывно срывается, я отработанный охладитель сбрасывается в оборотный цикл и заменяется свежим. Секции такого типа устанавливают обычно г одну линию, образуя охлаждающую трассу.

В работе исследовали процесс охлаждения арматуры диаметром 10—28 мм из сталей марок Ст5 и 35ГС в водо- воздушном потоке и спокойной воде. Кривые охлаждения центра прутков с зачеканенными хромель-алюмелевыми термопарами записывали шлейфовым осциллографохм Н-700 в интервале 950— 100 °С. Прутки нагревали до 950 °С в печи. Скорости охлаждения определяли методом графического интегрирования. Параметры водовоздушной смеси: Р — 2 МПа; Q = 36 м3/ч, воды 16% (по» объему). Ход кривых охлаждения центра прутков всех исследованных диаметров свидетельствует о значительно более интенсивном теилосъеме при охлаждении в во- .довоздушном потоке по сравнению с охлаждением в спокойной воде. В табл. 18 приведены средние скорости охлаждения центра прутков в интервале 700—300 С в зависимости ют способа охлаждения

 


 

Таким образом скорость •охлаждения в потоке водовоздушной смеси на 30—65% 1выше в сравнении со спокойной водой. Однако с увеличением диаметра арматуры этот эффект снижается, поскольку при охлаждении крупных профилей шее более определяющим звеном процесса охлаждения становится теплопроводность стали. Установлено, что при постоянном давлении воды длительность охлаждения центра прутка от 950 до 300 °С оказывается тем меньшей, чем больше расход воды, т. е. чем больше воды нахо* дится в водовоздушной смеси

Исследованное В. Я. Савенковым и др. влияние процентного содержания воды в водовоздушной смеси на ее охлаждающую •способность и получаемые при этом механические свойства термоупрочнеиной арматуры из стали 35ГС иллюстрируются данными табл. 19. По данным таблицы увеличение скорости охлаждения, вызванное возрастанием количества воды в водовоздушной смеси, приводит к очень полезному эффекту — значительному возрастанию пластических свойств термоупрочнеиной арматурной стали при близких значениях прочности. Если увеличивать давление в пределах 1—2,5 МПа при постоянном расходе, охлаждающая способность водовоздушной смеси ухудшается из-за уменьшения в ней содержания воды. Например, при расходе Q = 40 м'3/ч время охлаждения до 300°С повышается с —8 с при Р=1 МПа до 11 с при Я=2,5 МПа. Следовательно, при одинаковом содержании воды в водовоздушной смеси длительность охлаждения арматуры среднего сортамента до заданной температуры с увеличением давления в пределах 1—2,5 МПа не сокращается, а остается постоянной, при этом скорость движения водяного потока относительно охлаждаемого образца увеличивается с 33 до 50 м/с.

В. Т. Худик, В. Т. Черненко и др. провели специальные исследования по оценке влияния скорости движения потока воды относительно поверхности металла на скорость охлаждения глубинных слоев изделия. Оказалось, что при определенных значениях скорости движения сплошного потока воды наступает явление «насыщения», т. е. дальнейшее увеличение скорости потока относительно поверхности охлаждаемого изделия не ускоряет процесс охлаждения его глубинных слоев и не ведет к возрастанию прочностных свойств изделия. Применительно к прокату с толщиной стенки 4 мм и выше указанное явление наступает при относительной скорости потока около 10 м/с.

Итак, при охлаждении в сплошном потоке воды повышение давления свыше значений, при которых достигается скорость движения потока, приводящая к явлению «насыщения», не дает эффекта в смысле дальнейшего повышения скорости охлаждения глубинных и центральных зон арматурных прутков. Поэтому в последнее время увеличивают количество воды в водовоздушной смеси до величин, соответствующих охлаждению в сплошном потоке воды, при использовании умеренных давлений охладителя (1—2 МПа).

Поскольку с увеличением температуры воды ее охлаждающая способность снижается на практике при термоупрочнении арматуры с прокатного нагрева допускают температуру охлаждающей воды на установках термоупрочнения не выше 45 °С.

.Гидравлические и гидродинамические параметры гохлаждающих устройств

Как уже упоминалось, для практического осуществления технологического процесса термического упрочнения движущегося проката в потоке стана необходимо обеспечить не только высокие скорости охлаждения металла, но и гидротранспортирование прутков с необходимой скоростью. Задача гидротранспортирования проката одновременно с его интенсивным охлаждением впервые решена советскими специалистами.

В устройстве  для охлаждения и гидротранспортирования проката, в данном случае арматурной стали, используют кинетическую энергию водяного потока, движущегося в направлении прокатки со значительно (в 2—3 раза) превосходящей -скоростью. Эффект гидротранспортирования связан с разностью скоростей потока воды и охлаждаемого проката. Чем больше эта разность, тем выше движущая сила потока, т. е. сила тяги. Эта •сила создается благодаря взаимодействию потока воды со смачиваемой им поверхностью проката и наличием на нем некоторой шероховатости поверхности, а тем более поперечных ребер, как это имеет место в случае арматурного профиля.

В работе исследовали зависимость силы тяги от различных технологических и конструктивных факторов (давления воды, .длины камеры охлаждения, диаметра арматуры и др.). Установлено, что с увеличением диаметра арматуры с 12 до 14 мм при длине прутка 1 м, давлении воды 0,5 МПа и внутреннем диаметре камеры охлаждения 32 мм сила тяги возрастает с 100 до 180 Н .или на 80%. Это объясняется тем, что с увеличением диаметра прутка удлиняется его периметр и увеличивается площадь поверхности сцепления металла с водой. С повышением давления сила тяги также возрастает, поскольку увеличивается скорость потока, .а, следовательно, и его кинетическая энергия, пропорциональная квадрату скорости.

Однако способность к гидротранспортированию арматуры по мере увеличения ее диаметра будет, по-видимому, описываться экспоненциальной зависимостью, поскольку при этом действуют .два противоположных фактора. С одной стороны, увеличение диаметра арматуры приводит к возрастанию высоты поперечных ребер и общей поверхности сцепления водяного потока с металлом, что способствует улучшению гидротранспортирования. С другой стороны, с ростом сечения происходит увеличение массы единицы .длины прутка. Из-за возрастания сил трения это будет снижать способность металла к гидротранспортированию, имея в виду, что давление водяного потока для преодоления сил трения не может •быть выбрано слишком большим.

Для надежности эксплуатации проводковой и запорной арматуры, а также соблюдения требований техники безопасности на стане давление в охлаждающих камерах вряд ли будет повышаться более 3—5 МПа. Кроме того, для глубокого охлаждения прутковой арматуры крупного сортамента, например, диаметром более 40 мм потребуется сооружать весьма длинные охлаждающие трассы. Поэтому для достижения достаточно глубокой мар- тенсито-бейнитной прокаливаемости арматуры таких диаметров более подходящим будет описанный ранее процесс охлаждения в спокойной или проточной воде, где эффект гидротранспортирования проката не требуется.

Важным моментом в достижении необходимого эффекта гидротранспортирования проката мелкого и среднего сортамента является выбор оптимальных конструктивных параметров охлаждающих камер. Проведенные в этом направлении Ю. Т. Худиком и др. исследования показали, что при прочих равных условиях с удлинением камеры охлаждения сила тяги возрастает. Действительно, для прутков диаметром 12 мм с увеличением длины камеры охлаждения с 3,7 до 6,1 м при Р= 1,5 МПа сила тяги увеличивается с 600 до 900 Н, а при Р = 2 МПа — с 850 до 1050 Н. Зависимость силы тяги от длины камеры носит характер насыщения.

Внутренний диаметр охлаждающих камер обычно выбирают равным 2—2,5 диаметра прокатываемого изделия . Измерения показали, что в одной охлаждающей секции при давлении воды 1,5—1,7 МПа развивается усилие тяги до 600—700 Н, что обеспечивает достаточный эффект гидротранспортирования для всей охлаждающей трассы в условиях существующей технологии термического упрочнения арматуры диаметром 10—14 мм при скорости прокатки до 17 м/с.

При сооружении охлаждающих трасс пробовали использовать более длинные секции —4—6 м. Это дает возможность уменьшить число подводов (форсунок) воды повышенного давления и тем самым уменьшить расход воды и электроэнергии, упростить регулирование, эксплуатацию трасс охлаждения и вместе с тем полу- ' чить хорошие условия гидротранспортирования. Однако оказалось, что с удлинением охлаждающих камер возрастает статическое давление, затрудняющее ввод прутков в секции при термоупрочнении. Это технологическое затруднение остроумно решена В. Т. Худиком и др. путем выполнения в камере охлаждения отверстия, расположенного в зоне максимального статического давления на расстоянии 30—60 внутренних диаметров камеры от сопла. Такое решение позволяет сбросить избыточное статическое давление и без труда вводить прутки в удлиненные камеры охлаждения, обеспечивая процесс термического упрочнения без каких-либо затруднений. Площадь указанного отверстия предлагается принимать равной 0,4—1 площади поперечного сечения камеры охлаждения

Для изменения длины активной зоны охлаждения камера охлаждения может быть выполненной в виде телескопических секций, входящих одна в другую.

Важным обстоятельством, определяющим надежность процесса термического упрочнения движущегося проката в последовательно расположенных охлаждающих секциях, является организация отсечения потока охладителя и сброса его в оборотный цикл после каждой секции. Если этого не сделать, то водяной поток, попадая из предыдущей камеры охлаждения в последующую, нарушает в ней условия охлаждения, а самое главное резко ухудшает гидротранспортирование проката. Это может привести к забуриванию металла в охлаждающих трассах. Для отсечения отработанного охладителя изготовлена камера принудительного сброса, выполненная в виде защитного кожуха, внутри которого на конце охлаждающей трубы установлено гидравлическое сопло, ось которого расположена под углом 60—90° к направлению движения проката. Это сопло, подавая воду под давлением до 1 МПа, надежно отсекает поток отработанного охладителя, который затем из камеры сброса быстро удаляется в сливной патрубок.

Для выполнения этой операции без дополнительного расхода воды и энергии В. Т. Худик и др. предложили для этой цели использовать энергию части самого отсекаемого потока путем установления на конце направляющей трубы сужающейся насадки с отверстиями, соединенными направляющим каналом с отсекающим соплом. Проходящая по этому каналу часть водяного потока с большой скоростью выходит из сопла, отсекая основной поток отработанного охладителя без дополнительного расхода воды или воздуха.

Применяют также механический способ отсечения отработанной воды путем установки в расположенной за охлаждающей трубой камере сброса ряда последовательно расположенных соосно- с прокатом проводок с уменьшающимся сечением выходных отверстий.

Отсечные устройства различной конструкции применяют в настоящее время на существующих или проектируемых установках термического упрочнения движущегося проката в потоке станов.

 

 

СОДЕРЖАНИЕ:  Высокопрочная арматурная сталь

 

Смотрите также:

    

Охлаждающие устройства систем оборотного водоснабжения

При оборотном водоснабжении промышленного объекта охлаждающее устройство (охладитель) должно обеспечить охлаждение циркуляционной воды до температур...

 

Охладители. Выбор типа охладителей

Брызгальные устройства.
Однако они обладают весьма низкой охлаждающей способностью, особенно в районах со слабыми ветрами и продолжительными штилями в летнее время.

 

Водохранилища-охладители

Этим достигается наиболее низкая температура охлаждающей воды, предотвращение или резкое уменьшение захвата
Водонагреватели и водогрейные устройства.

 

БРЫЗГАЛЬНЫЙ БАССЕЙН. Охлаждение воды в брызгальном бассейне...

устройство для охлаждения воды- разбрызгиванием ее в атмосферном воздухе. …
Охлаждающие устройства систем оборотного...

 

Охлаждение гранул. Гранулы выходят из пресса со сравнительно высокой...

...разгрузочное устройство на охладителе автоматически останавливается регулятором
у мелких гранул значительно меньше, чем у крупных, поэтому охладить мелкие гранулы легче.

 

Охлаждение элементов электронного оборудования

7-2. Применение трубчатой тепловой трубы для передачи теплоты стоку, расположенному на некотором удалении от охлаждаемого устройства.

 

Силосы для цемента и сырьевой муки. Охладители цемента

Техническая характеристика аэрационных устройств силосов для сырьевой муки приведена в табл. 16.
Охлажденный материал выгружается в верхней части корпуса.

 

ТЕПЛОВАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ. Тепловые электростанции...

При этом поступающая на Т. э. охлаждающая вода однократно проходит через охлаждающие устройства и возвращается в источник уже несколько подогретой.

 

Вертикальные охладительные колонки. Охладитель фирмы...

...секций, которые собираются по высоте соответственно количеству охлаждаемых гранул.
Специальное устройство уменьшает или прекращает выпуск гранул из шахт охладителя, как...

 

Вентиляторные градирни. Оборудование вентиляторных градирен....

Охлаждающие устройства систем оборотного водоснабжения. В вентиляторных охладителях — вентиляторных градирнях...