Введение к работе
Актуальность проблемы. Крупный фасонный прокат (швеллеры, балки и широкополочные балки) и трубы являются наиболее используемыми в промышленности и строительстве профилями. В настоящее время в связи с увеличением этажности строительства, ростом добычи, а также транспортировки по трубопроводам нефти и газа повысились требования к прочности этих изделий. С другой стороны, наметился дефицит легирующих элементов и значительно возросла их стоимость. В этих условиях должны быть найдены экономичные способы повышения качества перечисленных профилей. Одним из таких способов может стать максимальное использование возможностей низколегированных и углеродистых сталей за счет внедрения прогрессивных методов термообработки, включающих в себя ускоренное охлаждение как с прокатного, так и со специального нагрева.
Таким образом, проблему создания конструкций и режимов работы этих устройств можно считать актуальной.
Анализ проведеннных различными авторами исследований показал, что наиболее перспективными для реализации этого процесса являются спрейерные устройства проходного типа с дифференцированной раздачей воды по периметру для крупного фасонного проката и вращающиеся спрейеры для труб. Для разработки таких устройств необходим научно обоснованный метод расчета их конструктивных и режимных параметров. Проблема создания такого метода не решена из-за отсутствия закономерностей связывающих параметры теплообмена с массивностью профилей, изменяющейся по их
сечению, а также с конструктивными и режимными параметрами спрейерных устройств.
Не решена также проблема организации охлаждения труб во вращающихся спреиерах, поскольку отсутствуют методы расчета траектории струй и условий их натекания на охлаждаемую поверхность. Использование существующих методов расчета вращающихся
потоков жидкости, образующихся в замкнутом объеме за счет нате-
і кания на стенку устройства (центробежные насосы, циклоны), неправомерно из-за существенного отличия процессов.
В связи с этим научный и практический интерес представляет исследование закономерностей охлаждения и гидродинамики струй при термоупрочнеЕши в устройствах спрейерного тина, целью которого является создание комплексного метода расчета рационального охлаждения профилей сложной формы, конструкции и режимов работы устройств, позволяющих реализовать это охлаждение.
Цель работьг. Разработка конструкций и научно обоснованных методов расчета режимов работы спрейерных устройств для высокоинтенсивного охлаждения тел сложной формы.
В связи с этим были поставлены и решены следующие задачи:
1.Проведено расчетное моделирование охлаждения крупного фасонного проката и труб, на основании которого определены требования к формированию отводимых с поверхности охлаждаемых профилей тепловых потоков, а также рациональные пределы увеличения их значений и длительности охлаждения.
2.В процессе экспериментальных исследований установлены закономерности, связывающие конструктивные и режимные параметры охлаждающих устройств с параметрами теплообмена. !
3.Создана математическая модель формирования траекторий струй во вращающемся спреиере и условий их натекания на поверхность охлаждаемых труб, которая использована в процессе расчетных экспериментальных исследований.
4.Разработаны конструкции устройств для охлаждения крупного фасошюго проката и труб, успешно прошедшие опытно-промыгаденные испытания.
Научная новизна. Установлены закономерности охлаждения проката сложной формы, в том числе с переменной гіо сечению массивностью, в спрейерных устройствах.
Впервые разработан комплексный метод расчета оптимизации распределения параметров теплообмена, конструктивных и режимных параметров устройств при ускоренном охлаждении проката сложной формы в процессе упрочняющей термообработки.
Впервые разработана математическая модель процесса формирования іраектории струй во вращающемся спреиере, установлены закономерности, позволяющие рассчитать конструктивные и режимные параметры спрейеров, обеспечивающие равномерное охлаждение труб.
Практическая значимость. Созданы конструкции опытно-промышленных устройств, опробованные в потоке УБС НТМК, на стане 20-102 и термоотделе цеха ТІ СевТЗ, применение которых позволило улучшить прочностные свойства проката на 5-10%. Полученные результаты переданы в УРАЛГИПРОМЕЗ на НТМК и СевТЗ.
На защиту выносятся:
1. Конструкции устройств для высокоинтенсивного равномерного охлаждения крупного фасонного проката и труб.
2.Ьзультаты численного моделирования и экспериментальных исследований процессов теплоотдачи при ускоренном охлаждении крупного фасонного проката и труб в спрейерных устройствах.
3.Закономерности, связывающие параметры теплообмена с конструктивными и режимными параметрами спрейерных устройств.
4.Математлческая модель формирования траектории струй во вращающемся сїрейере.
5.Результаты численных и стендовых экспериментов по изучению гидродинамики струй во вращающемся спрейере и условий их натекания на поверхность охлаедаемой трубы.
Апробация работы. Основные результаты работы доложены и
обсуждены на Всесоюзном семинаре "Совершенствование методов
нагрева и охлаждения металла в прокатном производстве" (Москва,
ВДНХ СССР, 1979), на научно-технической конференции "Проблемы
теплофизики, теплотехники и экономии топлива в черной металлур
гии." (Свердловск, 1980), на Всесоюзной научно-технической конфе
ренции "Проблемы термической и термомеханической обработки
сталей" (Днепропетровск, 1981), на YIII научно-технической конфе
ренции молодых ученых и специалистов Урала "Проблемы тепло
техники металлургических процессов и агрега-
тов"(СвердловскД982), на Всесоюзной научно-технической конфе
ренции "Совершенствование теплотехники металлургических про
цессов и агрегатов" (Свердловск, 1983).
Публикации. По диссертации опубликована 21 работа, получено 6 авторских свидетельств.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и приложений, включает 205 страниц машинописного
текста, 52 рисунка, 19 таблиц и список литературы из 155 наимено
ваний. ._.---