Регион:

Теплоперенос через стенки ванн расплава


Материал стенок ванн имеет определенный коэффициент (не бесконечный) теплопроводности, поэтому на стенке возникнет градиент температуры, а при достижении температуры 4900С начинается сильная коррозия ванны, что сказывается на времени ее жизни, и именно этот факт ограничивает производительность ванны цинкования.

Попытаемся оценить максимальную производительность ванны выбранного нами размера. Схема переноса тепла через стенку ванны иллюстрируется рисунком 8.18, а общий коэффициент теплопроводности (K) описывается уравнением:

Уравнение теплопереноса

 Уравнение коэффициента теплопроводности

  • α - коэффициент теплоотдачи в ккал/м2*час от стенки, равный 2500;
  • δFe и δZn-Fe - толщина слоя железо и цинк-железного сплава, в метрах;
  • λFe и λZn-Fe - коэффициенты теплопроводности железа и цинк-железного сплава.

Таким образом, на границе металла с продуктами сгорания мы имеем:

t= tZn + q/K1

На условной границе железо-сплав мы имеем:

t= t1 + q/K2

И на границе контакта с жидким цинком:

t= t2 + q/K3


где K2 = λFeFe и K3 = λZn-FeZn-Fe

Экспериментально установлено, что λFe = 50 ккал/час*м*°С; и  λZn-Fe = 20 ккал/час*м*°С.

Схема переноса тепла через стенку ванны

Рис. 8.18. Схема переноса тепла через стенку ванны.

Железные стенки ванны, как и обычные цинкуемые изделия, постепенно покрываются слоем цинк-железного  сплава. Согласно процессу, граница сплава постепенно продвигается вглубь стенки; в то же время сплав, контактирующий с цинковым расплавом, постепенно растворяется. Этот процесс приводит к истончению стенки ванны со временем, скорость такого истончения определяется как химическим составом металла, так и координатой места истончения. О втором факторе поговорим позднее, остановимся на скорости растворения металла стенки ванны, как такового. Имеется несколько попыток измерить скорость уменьшения толщины металла следующим путем – после нескольких лет работы металл из ванны извлекается, ванна чистится, и измеряется толщина стенки в различных местах ванны. Последние данные показывают, что при использовании скорости теплопереноса 8400 BTU/кв. фут/час ежегодные потери ванны составляют 4 мм/год, а при 6800 - 3,5 мм/год. Если принять, что ванну выводят из оборота при  уменьшении толщины стенки на 20 мм, в первом случае ванна прослужит 5 лет, во втором – шесть. На самом деле, поскольку скорость растворения металла подчиняется параболическому закону, то скорость уменьшения толщины стенки должна постепенно уменьшаться со временем, и расчетное время жизни ванны должно быть больше указанных цифр.

Имеющиеся в литературе данные по расчету теплопереноса и распределению температур сделаны для толщины слоя железо-цинкового сплава 2-4 мм. Эти данные представлены  как функция удельного теплопереноса на рис. 8.19 и 8.20. Из сравнения этих рисунков видно, что чем ниже температура расплава, тем дальше от опасной зоны находится ванна. Если при температуре 4500С допустимая интенсивность  переноса тепла составляет примерно 30000 ккал/кв. м. (примерно 11000 BTU/кв. фут), то при температуре 440°С эта величина составляет 45000 ккал/кв.м.; таким образом, чем ниже температура расплава, тем более благоприятны условия для работы ванны.

При удельном переносе тепла через стенку ванны 6000, 8000 и 10000 BTU/кв.фут на подвергаемой нагреву стенке ванны при хорошем дизайне последней среднее время жизни ванны составляет 20 лет , 10 лет и 5 лет, соответственно. При перегреве ванны (от 15000 до 20000 BTU/кв.фут) ванны обычно прогорают на уровне поверхности цинка или на уровне поверхности гартцинка за время порядка одного года.

Аналогичное явление наблюдается при использовании мелких ванн при попытке увеличить съем готовой продукции.

Пример распределения температур по стенке ванны при температуре расплава 440°С и толщинах слоя железо-цинкового сплава 2 и 4 мм

Рис. 8.19. Пример распределения температур по стенке ванны при температуре расплава 440°С и толщинах слоя железо-цинкового сплава 2 и 4 мм.

Пример распределения температур по стенке ванны при температуре расплава 450°С и толщинах слоя железо-цинкового сплава 2 и 4 мм

Рис. 8.20. Пример распределения температур по стенке ванны при температуре расплава 450°С и толщинах слоя железо-цинкового сплава 2 и 4 мм.

Возможно Вас так же заинтересуют следующие статьи:

comments powered by HyperComments