CC BY
10приближается к температуре греющей поверхности, вглубь массива тепло распространяется медленно. При продолжительности контакта до 20 с температурный перепад релаксируется в пределах одного ряда зерен, при времени теплового воздействия до 80 секунд - тепловой поток захватывает второй ряд зерен. В дальнейшем тепло проникает в последующие слои, однако скорость распространения теплового потока уменьшается со временем. Это подтверждается изменением температурного градиента по направление теплового потока, величина которого уменьшается с увеличением продолжительности нагрева.
Таким образом, при кондуктивном способе подвода тепла вследствие малой величины активной поверхности теплообмена по сравнению с общей поверхностью зерновая масса без интенсивного перемешивания нагревается медленно, хотя коэффициент теплообмена между греющей поверхностью и зерном имеет значительную величину. При непродолжительном контакте это приводит к локальному нагреву контактирующего ряда зерен.
Кондуктивный способ передачи тепла в современных сушилках используется вместе с другими способами или неизбежно им сопутствует. При контакте с нагретой металлической поверхностью зерно получает локальный нагрев, в связи с чем возникает необходимость в изучении воздействия тепла на анатомические части его. Разный химический состав отдельных частей зерна обуславливает различие их тепло- и массообменных характеристик, которые в свою очередь оказывают влияние на нагрев и скорость обезвоживания составных частей зерна, что необходимо учитывать при обосновании режимов сушки.
Как показали температурные замеры при кондуктивном нагреве коэффициент теплообмена имеет значительную величину и та сторона зерна, которая соприкасалась с греющей поверхностью, нагревается до высокой температуры, приближающейся к температуре плиты.
Проведенные исследования позволяют сделать следующие выводы: - метод механического обезвоживания высоковлажного зерна позволяет удалить из него до 30 % влаги. Остальное количество влаги можно удалить в процессе сушки.
- при варке имеется возможность применение уравнения массопроводности для анализа и расчета всего процесса;
- при кондуктивном способе подвода тепла при производстве национальных пищеконцентратов
можно быстро и равномерно нагреть зерно до необходимой температуры; при этом способе намного сокращается продолжительность процесса сушки-обжарки зерна различных культур.
Литература
1. К. Кузембаев, О.Налеев, А.Изтаев. Технологические основы производства национальных крупяных продуктов.- Алматы, Мектеп.- 1998.-218 с.
2. Кузембаев К. Техника и технология производства национальных крупяных продуктов. Алматы, Мектеп, 1999, 110 с.
3. А.В.Лыков, Ю.А.Михайлов. Теория тепло- и массо-перенос. - М-Л: Госэнергоиздат, 1963,535с.
4. Кузембаев К.К. и др. Авт. свид. СССР, № 1693334. Центробежная сушилка для высоковлажного зерна. опубл. в бюлл. №43, 1991
5. Изтаев А.И., Кузембаев К.К., Кузембаев А.К. Исследование процессов производства национальных продуктов питания из проса // Научно-прак.и ме-тод.конф.посвященная 30-летию АТИ.: Тезисы докл.Алматы, 1997.- С.110.
6. Кузембаев К.К., Кузембаев А.К., Изтаев А.И. Способ производства крупы «тары» // Пищевая технология и сервис. Алматы: АТИ, № 2,1997. С.63-66.
7. Кузембаев К.К., Репп К.Р., Кузембаев А.К. Линия для производства крупы «тары» // Пищевая технология и сервис. Алматы: АТИ, № 1, 1997. С.59.
8. Кузембаев К.К., Налеев.Н., Изтаев А.И. Способ и линия производства казахской национальной крупы «тары» // Росс. научн. Техн. конф. «Сертификация и управление качеством экосистем на Южном Урале»: Тезисы докл.- Оренбург, 1997.- С.46-49.
9. Кузембаев К., Дракунов Ю. Движение точки переменной массы во вращающейся поверхности при механическом обезвоживании высоковлажных зерен. Динамика твердого тела переменного состава. Сборник трудов КазГУ, Алматы, 1990
10. Рудобашта С.П. Массоперенос в системах с твердой фазой.-М.: Химия, 1980.- 248 с.
11. 11.А.И.Орлов. Исследование кондуктивного и конвективного нагрева в процессе сушки семенного зерна. Автореферат канд.,дисс., М.: 1970.-27 с. 12. А.В.Лыков, Ю.А.Михайлов. Теория тепло- и массо-перенос. - М-Л: Госэнергоиздат, 1963,535с.
БЕСШОВНЫЕ ТРУБЫ БОЛЬШОГО ДИАМЕТРА ИЗ НЕРЖАВЕЮЩИХ АУСТЕНИТНЫХ
МАРОК СТАЛИ: ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ
Кулик Георгий Николаевич
кандидат техн. наук, главный металлург, ОАО «Дефорт», Санкт-Петербург
SEAMLESS LARGE DIAMETER PIPES AUSTENITIC STAINLESS STEEL GRADES: MANUFACTURING TECHNOLOGY Kulik Georgy, the candidate tehn. sciences, chief metallurgist JSC "Defort", Saint Petersburg АННОТАЦИЯ
Приведены пути развития отечественного производства бесшовных труб большого диаметра, при этом представлен технологический процесс, использующий операцию волочения, который, по мнению автора, является более перспективным и менее затратным.
ABSTRACT
Presents the development of domestic production seamless pipes of large diameter, with a flow process using drawing operations, which, in my opinion, is more promising and less costly.
Ключевые слова: аустенитная нержавеющая сталь, бесшовные трубы большого диаметра, экструдинг, волочение.
Keywords: austenitic stainless steel, seamless pipes of large diameter, extrusion, drawing
ВВЕДЕНИЕ
Силовые агрегаты энергетики состоят, в основном, из труб, и чем мощнее агрегат, тем трубы имеют больший диаметр и способны выдерживать большое давление. Агрегаты атомных электростанций не исключение. В свете этого интересно рассмотреть технологии изготовления труб, используемых на этих агрегатах, а именно бесшовных труб большого диаметра. Известно, что для данных целей применяются бесшовные трубы из нержавеющих аустенитных марок стали, изготовленные согласно ТУ 14 -3(3р) - 197 - 89(2001). На пространстве бывшего Советского Союза бесшовные трубы большого диаметра, аттестуемые по данным техническим условиям, изготавливались на автомат-стане 350 Никопольского Южнотрубного завода, а после распада СССР на Волжском трубном заводе путём прессования (до диаметра 245 мм) и Челябинском трубопрокатном заводе (ЧТПЗ) из слитков электрошлакового переплава на пиллигримовом стане. И если в первом случае (при диаметре 325 мм) длина трубы достигала 7 - 8 метров, то в последнем - четырёх, а то и двух с половиной (и множества коротышей). Изготавливать трубопроводы из таких труб представляет достаточно сложную техническую задачу из-за большого объема приемочных испытаний.
Более крупные размеры труб производились по ТУ 14-3-1556-88 и ТУ 14-3-743-78 диаметром 426 мм на пиллигримовом стане ЧТПЗ, а также по ТУ 14-3-316-87 диаметром 560 мм путём многократного проталкивания заготовки на оправке через матрицу с дальнейшей механической обработкой, как внутренней, так и внешней поверхности на заводе «Баррикады» в Волгограде. Этот технологический процесс малопроизводителен и получаемая максимальная длина трубы четыре метра.
В последнее время, после внесения очередных изменений в ТУ 14-3р-197-2001, реанимировалась идея производства труб по ним до диаметра 630 мм, путём многократной прошивки слитков шлакового переплава в прошивном стане технологической линии пиллигримового стана ЧТПЗ. При этом следует заметить, что данные новации можно с очень большим трудом признать каким-то прогрессом, поскольку трубы, или лучше сказать, заготовки труб получаются достаточно короткие и разностен-ные, требующие вложения многих материальных и физических усилий.
Заготовки указанных труб диаметром около 500 мм обтачиваются и растачиваются, а затем, путем прокатки на станах холодной прокатки, получают трубы диаметром 426, 325 и т.д.(см. также[1]). Трудоёмкость и металлоёмкость получается огромная.
Понятно, что возросшие за последние годы потребности в трубах большого диаметра для агрегатов атомных электростанций приведенные технологии удовлетворить не смогут.
ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Рассмотреть и наметить пути развития технологии изготовления труб, которые могут быть установлены на агрегаты атомных электростанций.
ЭКСТРУДИНГ-ПРОЦЕСС
Существует мнение, что проблему производства бесшовных труб большого диаметра может решить экс-трудинг-процесс (по сути дела это прессование). Первый подход для его запуска был сделан в Советском Союзе в 80 - 90х годах ХХ столетия. Пресс силой 450000000 Н имел бы высоту 52,7 метра, в том числе над уровнем пола 23,2 метра, длину 31,1 метр и ширину 14,9 метра и его масса была бы 20 тысяч тонн (без насосно-аккумуляторного привода). Предполагалось производство бесшовных труб наружным диаметром от 630 до 1400 мм с толщиной стенки от 22 до 100 мм и длиной до 12000 мм. Размещение данного комплекса намечалось на Краматорском заводе «Энергомашспецсталь». Ко времени распада Советского Союза много работы было сделано, однако всё утрачено.
Но интерес не погас. Так в 2008 году на конгрессе «Кузнец-2008» был сделан доклад (не вошедший в сборник по причине позднего обращения) «Прессовое оборудование и технологии производства стальных бесшовных труб большого диаметра» авторы которого были Курович А.Н., Шухат О.М. и Сергеев А.Г., а в сборнике конгресса «Кузнец-2012» появилась статья авторов Пасечника Н.В., Шухата О.М., Сергеева А.Г., Дуба А.В. и Ефимова В.М. «Создание производства крупногабаритных элементов изделий ответственного назначения для базовых отраслей российской экономики на прессовом комплексе со сверхмощным вертикальным гидравлическим прессом» в которой, как и предыдущей, кроме общих вопросов специфики технологии и оборудования, сообщено, что эта работа одобрена Минпромторгом и Росатомом на всероссийском совещании, проведенном в октябре 2008 года. Однако следует заметить, что данный проект потребует огромных капиталовложений, а об этом в средствах массовой информации сообщений не было, то необходимо предположить, что дальше одобрения дело не пошло.
ВОЛОЧЕНИЕ
Существуют менее затратные проекты, например технология одного из них включает получение литой заготовки, механическая обработка, горячая деформация, механическая обработка, волочение, адьюстаж.
Получение литой заготовки может быть в виде слитка и центробежнолитой трубы. Слитки из аустенитной нержавеющей стали, для получения более стабильного химического состава, часто делают удлиненными, а если учесть то, что данные слитки сильно загрязнены, как снаружи, так и изнутри, все это показывают малую перспективность получения заготовки в таком виде, поскольку проведение операции прошивки, особенно пустотелым прошивнем является проблематичным.
На Челябинском трубопрокатном заводе от этого стараются уйти путём применения шлакового переплава, но и тогда трубы получаются короткие, а металловыход -низкий.
Второй способ - центробежное литье, опробовано на получении труб по ТУ 14-3-1556-88 и ТУ 14-3-743-78 с
получением прекрасного качества металла. Хотя и тогда металловыход был тоже не высок, но существуют пути его повышения.
Горячая деформация таких заготовок опробована на различных агрегатах и дала положительный результат [1].
О качестве полученных труб свидетельствует хотя бы тот факт, что они были аттестованы и применены по техническому решению, вместо труб по ТУ 14-3р-197-2001. Аттестовать данные трубы по этим ТУ не имело возможности из-за особенности данных ТУ, а именно: трубы по ним должны быть произведены из заготовки только определенных ТУ, а указанные ранее ТУ не входили в этот перечень.
Волочение - процесс известный давно, и его можно успешно развивать на производствах различных типов [2] без значительных капитальных затрат.
Промышленность КНР пошла именно по пути применения волочения и уже освоено производство бесшовных труб из нержавеющих аустенитных марок стали диаметром до 1000 мм.
Следует заметить, что оборудование, которое может быть использовано для реализации процесса волочения уникально, а вообще данное производство, включающее кроме него еще множество другого оборудования, то для повышения его рентабельности необходимо рассмотреть и реализацию других его возможностей.
ДРУГИЕ ВОЗМОЖНОСТИ
Имеется потребность в высокопрочных трубах, работающих при сверхвысоких давлениях. В настоящий момент они производятся при помощи глубокого сверления сплошных заготовок, а при их длине 12 - 18 метров, существует множество проблем, которые мог бы решить процесс волочения.
Существует технологический процесс получения оправок трубопрокатных станов[3].
Уникальность его заключается в том, что для изготовления оправок используются оправки, пришедшие в негодность и списанные в металлолом, при этом получаемые изделия в несколько раз работоспособнее первичных оправок. Кроме этих оправок, существуют ремонтные оправки, т.е те которые возможно переточить для производства более мелких размеров труб и при этом образуются сотни тонн стружки, которые стоит попытаться также превратить в заготовки для оправок. И для этого потребуется большой волочильный стан.
Также существует класс высокопрочных азотистых сталей, технология изготовления крупных изделий из них практически не освоена[4]. Особые проблемы были при производстве быстрорежущих сталей, которые решены с использованием гранульной технологии[5]. В СПбГПУ состоялась защита диссертации Разумова Н.Г. «Получение порошковой высокоазотистой стали методом механического легирования железа аустенитообразующими элементами в азотосодержащей атмосфере» на соискание ученой степени кандидата технических наук. В процессе работы над ней была получена механическим легированием высокопрочная азотистая сталь в виде порошка. А может быть для получения компактных крупных изделий необходимо использовать большой волочильный стан. ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Представлены два процесса (экструдинг и волочение) получения бесшовных труб большого диаметра из нержавеющих аустенитных марок стали, которые могут решить проблемы удовлетворения потребности в них для производства агрегатов атомных электростанций, однако, при всей привлекательности, следует заметить:
1. Данные пути развития этой отрасли могут идти параллельно;
2. Второй путь, всё-таки должен быть менее затратным, по ряду причин;
3. Трубы, полученные вторым способом, по качеству металла должны быть лучше, исходя из специфики основополагающих технологий этих процессов.
4. Загрузка оборудования по второму варианту более перспективна.
Литература
1. Кулик Г.Н. Трубы из нержавеющих сталей: обобщение опыта переработки//Станочный парк, №6(72), 2010. [см. также: stanko-produkt.ru/sp/articles.php].
2. Комаишко С.Г., Кулик Г.Н., Моисей М.В. Волочение в машиностроении.-СПб.: ХИМИЗДАТ, 2012.-56с., ил.
3. Патент №2531077 «Способ изготовления оправок для трубопрокатного стана»
4. Назарьян В.А., Кулик Г.Н Совершенствование технологии производства заготовок гребных валов из стали 0Х18Н5Г12АБ (НН3Б)//Заготовительные производства в машиностроении. №2. 2011. С.24-29.
5. Кулик Г.Н. Обобщение отечественного опыта ковки быстрорежущих сталей// Заготовительные производства в машиностроении. №12. 2011. С.25-30.
УСТРОЙСТВО ИЗМЕРЕНИЯ ГАРМОНИК ТОКА
Кучеров Виктор Александрович
кандидат технических наук, доцент, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования, «Южно-Российский государственный политехнический, университет (НПИ) имени М.И. Платова», г. Новочеркасск
Бакланов Алексей Николаевич
Студент, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова», г. Новочеркасск
