CC BY
61
Список литературы
1. Американский (ANSI) стандарт TIA-942-A «Обзор стандартов для центров обработки данных» / [Электронный ресурс] - Режим доступа. - URL: http://www.automatedlogic.com (дата обращения: 04.02.2018).
Родионов В.П., Уколов А.И., Старовойтов П.П.
ГИДРОДИНАМИЧЕСКАЯ ОЧИСТКА ОКАЛИНЫ В ФАЗЕ ПРОКАТКИ МЕТАЛЛА
Кубанский государственный технологический университет, Керченский государственный морской технологический университет
Ключевые слова: прокат металла, высоконапорная струя, гидродинамическая очистка.
Аннотация: В работе выполнен анализ способа удаления окалины с поверхности горячекатаных металлов при помощи высоконапорных гидродинамических струй. Рассмотрен механизм разрушения дефектов и факторы, влияющие на силовое воздействие высоконапорного струйного потока. Приведены оптимальные параметры сопловых насадок, и успешные коммерческие примеры реализации гидродинамической очистки поверхности метала фазе проката.
Key words: metal rolling, high-pressure jet, hydrodynamic cleaning.
Abstract: An analysis of the method for descaling from the surface of hot-rolled metals by means of high-pressure hydrodynamic jets is performed. The mechanism of destruction of defects and the factors influencing the force action of a high-pressure jet stream are considered. Optimum parameters of nozzle are given, and successful commercial examples of the realization of hydrodynamic cleaning of the metal surface of the rolling phase.
Наша металлургическая промышленность, занимающаяся поставкой листового проката, несмотря на общий рост производства горячекатаных полуфабрикатов, несет огромные убытки из-за того, что западные судоверфи, являющиеся в основном заказчиками на листовой прокат, чаще отказываются от поставок по причине низкого качества поверхности наших горячекатаных изделий. Одним их показателей качества листового проката является чистота поверхности, которая в свою очередь определяется наличием или отсутствием поверхностных дефектов.
Причиной снижения экспорта плоского проката является в основном низкая эффективность существующих систем удаления окалины на прокатных станах.
Над созданием более эффективных и менее энергоемких систем удаления окалины работают многие зарубежные и отечественные фирмы.
Самой эффективной на сегодняшний день и менее энергоемкой является способ гидродинамической очистки окалины высоконапорными струйными потоками холодной воды.
Пробные испытания гидросбива окалины на фазе прокатки металлических изделий, на Кулебакском металлургическом заводе (Нижегородской области), проведенные представителями завода, ООО «Байкал» (Тверская область) выпускающего высоконапорные насосные установки позволили получить обнадеживающие результаты использования гидродинамического способа для удаления окалины.
Высоконапорной струей воды, истекающей из соплового щелевого насадка с углом раскрытия 300, на расстоянии 150 мм от среза насадка до поверхности, при подводимом давлении 35 МПа удается полностью удалять окалину с прокатанного кольца весом 150 кг, на стане Н160У1258.
На качество гидродинамической очистки листового проката от окалины существенно влияют изменения параметров системы: рабочего давления насосного агрегата, расстояния от струекомпонующего элемента до поверхности металла, его конструкции, угла наклона струйного потока к поверхности металла, силы давления на поверхность металла, расхода воды истекающей на поверхность металла. На производительность гидродинамической очистки влияют изменения свойств наслоений: толщины окалины, ее прочностных характеристик, адгезии окалины с поверхностью металла.
Толщина окалины на металле зависит от режима работы печи и марки стали. Если печь работает в окислительном режиме, то на низколегированных и высокоуглеродистых сталях окалина получается толстой, сухой и легко удаляется при охлаждении поверхностного слоя струей воды, преимущественно за счет различной усадки окалины и основою металла, в результате чего в пограничном слое возникают тангенциальные силы среза, которые покрывают окалину трещинами. Однако, на высоколегированных и низкоуглеродистых сталях возникает тонкая, клейкая окалина, при которой не действует эффект неодинаковой усадки. В этом случае требуется воздействие на окалину высоконапорного струйного потока способного раздробить и смыть
окалину с поверхности металла. При этом необходимо учитывать, что структура и прочностные характеристики вторичной окалины после первого воздействия струйным высоконапорным потоком воды может быть различного характера и требовать других параметров системы очистки.
Силовое воздействие высоконапорного струйного потока на плоскую поверхность можно описать выражением:
насадка, м/с;
f - площадь сечения струи у среза сопла, м2, Н-напор м.вод.ст.,
Sinao -синус угла наклона струйного потока к поверхности растекания.
Исходя из данной формулы для увеличения воздействия струйного потока на поверхность растекания необходимо:
1. Чтобы синус угла наклона струйного потока к поверхности был равен единице, (sin 900=1)
2. Увеличить рабочий напор насосной установки, чтобы скорость струйного потока увеличилась.
3. Увеличить площадь сечения струйного потока путем увеличения проходного сечения соплового насадка.
Исходя из выше сказанного, для увеличения силового воздействия струйного потока на отложения окалины и ее удаление необходимы условия: перпендикулярность потока растекающегося по поверхности металла, увеличение рабочего давления насосной установки и увеличение диаметра соплового насадка.
Из (1) следует, что сила воздействия струйного потока на поверхность, прямо пропорциональна давлению воды перед соплом на площадь сечения струи у среза сопла.
Очевидно, что при одной и той же силе F удельное давление будет больше при меньшей площади контакта струи с поверхностью. Кроме того, струя с большим удельным давлением и компактностью эффективнее по сравнению со струей, рассыпающейся по поверхности, к примеру, из щелевого насадка. Причем при большом удельном давлении струя способствует проникновению воды подкорку окалины с последующим парообразованием и подрывом этой корки, подрезая тем самым окалину и эффективно ее, удаляя с поверхности металла.
F = рЗ f (srna0),
где р - плотность жидкости, кг/м3;
2
(1)
скорость струйного потока на срезе соплового
Большая масса воды в единицу времени (расход), при сравнительно не высоком давлении на входе в сопловую насадку, позволяет достичь большой гидродинамической силы, но не высокого удельного давления.
Гидродинамическая сила позволяет ломать и смывать хрупкую толстую окалину и чаще всего с плохим качеством очистки.
Приведенная выше формула является теоретической и не учитывает влияние таких факторов, как изменение расстояния от среза соплового насадка до преграды, на которую растекается струйный поток, конструктивные особенности соплового насадка, а также качество изготовления внутренней поверхности соплового насадка. Перечисленные факторы, существенно влияют на силовое гидродинамическое и удельное давления, струйного потока на преграду и тем самым, на качество и эффективность очистки поверхности от наслоений.
Исследования [1-4] показали, что конструкция соплового насадка, качество его изготовления, а также расстояние от среза соплового насадка до поверхности растекания струи существенно влияют на гидродинамические характеристики струйного потока.
Исследования многих авторов [1-4] приводят к единому мнению, что к классической конструкции можно отнести сопловой насадок у которого, внутренняя поверхность выполнена коноидальной, причем угол раскрытия входа находится в пределах 140, а величина прямолинейного участка в пределах 1-2 диаметров проходного сечения.
Высокая компактность струйного потока достигается сопловыми насадками, у которых внутренняя поверхность всего проходного канала имеет зеркальную поверхность и лишена острых кромок. Компактные струи обладают высокой дальнобойностью и высоким удельным гидродинамическим давлением на поверхность, тем самым эффективны при использовании их для удаления наслоений на поверхностях.
Проверка качества изготовления сопловых насадок производится по соответствующей методике на гидродинамических стендах [5] имеющих сертификат.
Увеличить производительность воздействия струйных потоков истекающих из сопловых насадок возможно путем использования их в роторных головках. В качестве примера можно назвать фирмы «Вома», «Хаммельман», «Урака» выпускающие в широком ассортименте гидродинамические роторные головки с сопловыми
насадками. На рисунке 1 представлена гидродинамическая роторная головка выпускаемая фирмой «Хаммельман» Германия.
Рисунок 1 - Гидродинамическая роторная головка фирмы «Хаммельман» Германия
Гидродинамическая роторная головка представленная на рисунке может обеспечить очистку поверхности горячекатаного изделия посредством вращающихся струйных потоков со скоростью 1000-3000 об\мин и с высокой эффективность удалить окалину, шлаки и другие включения.
Список литературы
1. Буланов Э. А., Сушин М. В. Растекание турбулентной струи на плоской перпендикулярно расположенной преграде // Известие вузов. Авиационная техника. 1969. № 1. С. 115 - 118.
2. Быстрицкий В. В. Эрозионный износ направляющих насадок // Труды ЛИВТ. 1972. Вып. 135. С.26 - 39.
3. Войцеховский Б.В. Исследования истечения воды из насадок различного профиля // Динамика сплошной среды. 1971.- Вып. 1Х. С. 45 - 50.
4. Гиневский А. С. Теория турбулентных струй и следов. - М.: Машиностроение, 1969.- 400 с.
5. Лось В.М., Родионов В.П., Курихин В.М. Гидродинамический стенд // Патент на полезную модель RU №43069 27.12.2004.
