ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Охлаждение металлических деталей, контактирующих с расплавом из "Индукционные плавильные печи для процессов повышенной точности и чистоты " При плавке, обработке и кристаллизации металла в ИПХТ-М и некоторых типах электропечей с охлаждаемым кристаллизатором (вакуумно-дуговых, электронно-лучевых, плазменно-дуговых, электрошлако-вых) расплав непосредственно соприкасается с отдельными металлическими элементами конструкции, работоспособность которых обеспечивается их интенсивным охлаждением. Как указывалось в 1, во избежание загрязнения расплава температура контактирующей с ним поверхности металлических деталей 1 2 не должна превышать определенные значения, зависящие от материалов и гидродинамической обстановки в зоне контакта (обычно - 350-г450 °С). При несколько большей температуре зоны контакта в ней развиваются физико-химические процессы, приводящие к разрушению детали. [c.35] Тепловые нагрузки. Плотность потока тепловых потерь от расплава к соприкасающейся с ним металлической поверхности определяется их температурами и условиями теплообмена между ними. Основные факторы, влияющие на теплообмен гидродинамическая обстановка, состояние поверхности, толщина гарнисажа, наличие окислов и т.п. Существенное значение имеет также способ нагрева. При индукционном нагреве пограничного слоя расплава теплообмен интенсифицируется (подробнее см. 4). [c.35] За тепловые и электрические потери в холодном тигле, соответствующие линейной плотности тока в иьщукторе 4 , принимаются средние значения, полученные при решении систем (7) и (7а). [c.36] Аналогичным образом определяется зависимость электрических и тепловых потерь в поддоне от линейной плотности тока в индукторе. [c.36] Для измерения высоты и формы столба расплава может быть использовано несложное устройство, представляющее собой горизонтальную планку, укрепленную на вертикальной штанге, проходящей в камеру печи через вакуумное уплотнение. На планке подвешены вертикальные измерительные стержни со смещением по радиусу, причем один из крайних стержней фиксирует нижнюю точку свободной поверхности расплава, а другой - верхнюю. Перед измерением нижние концы стержней устанавливаются на одном уровне. При перемещении штанги вниз происходит поочередное касание расплава стержнями, момент которого фиксируется. [c.37] Результаты описанных исследований для некоторых металлов приведены в табл. 4. [c.37] Максимальные тепловые нагрузки на поддон ИПХТ-М имеют место в начальный период плавки и приближаются к значениям, характерным для секций тигля. При наплавлении слитка или образовании гарни-сажа на поддоне значение этих потерь резко снижается. [c.37] Потери излучением со свободной поверхности расплава приведены в табл. 5. [c.37] В аварийных режимах — при непосредственном соприкосновении электрической дуги с металлической охлаждаемой деталью (например, со стенкой тигля при отжатии от нее расплава) — возможны значительно большие плотности теплового потока, чем показанные выше. [c.37] Применительно к водоохлаждаемым стенкам кристаллизаторов вакуумных дуговых печей вопросы теплосъема исследованы Л.А. Во-лохонским с сотрудниками [32-34]. Согласно данным [34] в этих печах возможны тепловые потоки на стенку плотностью (0,5—7,0) х х10 Вт/м в рабочем режиме и до 4-10 ° Вт/м — в аварийном. В условиях индукционных печей уровень аварийных нагрузок пока не исследован. [c.38] Перепады температуры в стенке охлаждаемой детали. Основным методом охлаждения рассматриваемых конструкций является в настоящее время водяное охлаждение. Охлаждаемые элементы конструкции выполняются с полостями, причем расположение этих полостей должно удовлетворять ряду требований равномерное омывание водой стенок полости без образований застойных зон отсутствие мест возможного скопления пара в зоне рабочих (непосредственно соприкасающихся с расплавом) стенок деталей — отсутствие участков затрудненного теплоотвода к охлаждающей среде. [c.38] Для стенки из меди можно приближенно принять ЮО и ДГс = 2,7-10 5. Таким образом, например, для ИПХТ-М при плавке стали (q = 1,4-10 Вт/м ) и толщине стенки O = 10 мм Aiq = 38 °С, а при плавке ниобия в тех же условиях At =92°С. [c.39] В случае относительно узкой зоны больших тепловых нагрузок (что имеет место, например, в кристаллизаторах и в ИПХТ-М для получения слитка) задача теплосъема несколько облегчается в связи с растеканием тепла вверх и вниз от зоны максимальных тепловых нагрузок по телу охлаждаемой стенки (см. рис. 13, б). Такое же явление, но с трехмерным растеканием в плоскости стенки наблюдается при концентрированном выделении тепла на рабочей поверхности в случае переброса дуги на стенку тигля или кристаллизатора (см. 9). На рис. 15 показаны значения коэффициента растекания ф = Явтах вычисленные для двумерной модели в [33]. На рис. 15 и тах — плотности тепловых потоков подводимого к поверхности стенки в зоне высоких нагрузок и снимаемого водой (максимальное значение). [c.40] Следует заметить, что разгрузка теплосъема за счет двумерного растекания (ф 1) начинает существенно сказываться только при 5//м 0,5. [c.40] В [33] теоретически определены также максимальные температуры на обращенной к расплаву поверхности охлаждаемой стенки при подведении теплового потока к локальной зоне ее имеющей форму круглого пятна диаметром ё при различных плотностях этого потока и разных значениях /6 в условиях трехмерного растекания и теплосъема в режиме пузырькового кипения. [c.40] Теплоотвод к охлаждаемой воде. Возможны три режима теплообмена на охлаждаемой водой поверхности конвективный теплообмен, пузырьковое или пленочное кипение. В первом случае перенос тепла между охлаждаемой поверхностью и водой осуществляется одновременно конвекцией и теплопроводностью. С увеличением тепловой нагрузки конвективный теплообмен переходит в пузырьковое кипение. Вода у охлаждаемой поверхности нагревается до температуры кипения, однако пар сразу же конденсируется в ядре потока, температура которого ниже температуры насыщения. При дальнейщем увеличении тепловой нагрузки пузырьки пара скапливаются на охлаждаемой поверхности в виде пузырькового слоя. Когда пузырьковый слой становится чрезмерно толстым, он мешает проникновению воды к горячей поверхности и возникает режим пленочного кипения. Охлаждаемая поверхность отделяется от жидкости сплошной пленкой пара, что вызывает быстрый рост температуры поверхности. Тепловые нагрузки, соответствующие наступлению пленочного режима охлаждения, называют критическими. [c.41] При разработке и эксплуатации систем охлаждения злементов печи, контактирующих с расплавом, необходимо знать как условия существования того или иного режима теплообмена, так и критические тепловые нагрузки, соответствующие переходу в другой режим охлаждения. [c.41] Критические значения плотности теплового потока определенные в [33] применительно к условиям кристаллизатора, охлаждаемого водой в режиме пузырькового кипения, приведены на рис. 16. [c.41] Как показали исследования, на режим охлаждения проточной водой секций холодного тигля и поддона определяющее влияние оказывает плотность теплового потока и расход охлаждающей воды (в условиях конкретной конструкции). Пример соотнощений, полученных в исследовании, приведен на рис. 17. [c.42] Необходимо отметить, что ходя в пределах конкретной области изменение какого-либо параметра не меняет качественно режим теплообмена, тем не менее протекание процесса несколько изменяется. Так, с уменьшением расхода охлавдающей воды в режиме пленочного кипения возрастает площадь паровой пленки (пузыря) на охлаждаемой поверхности. Пузырь, непрерывно перемещаясь по ней, пульсирует периодически срывается, дробясь в ядре потока на множество мелких, а на поверхности теплосъема сразу же возникает новый пузырь. Частота пульсаций при этом составляла 3—5 1/с при недогреве охлаждающей воды А1 60 °С. [c.42] Вернуться к основной статье