Файл: Шичков А.Н. Температурный режим листопрокатных валков.pdf

2. Суммарную площадь брызгальных отверстий коллектора

Размерность V — л/мин; р — ІО5 Па.

3. Выбирают диаметр брызгального отверстия d ориентиро­

Для большей равномерности охлаждения валка отверстия верх­ него ряда коллектора с двусторонним разбрызгивателем должны быть расположены относительно отверстий нижнего ряда со сме­ щением на 0,5 s, при этом в верхнем ряду будет на 1 отверстие больше, чем в нижнем. Кроме того, необходимо выполнить условие: s <; 70-Г-75 мм, в противном случае будут большие размеры раз­ брызгивателя; если это условие не выполнено, надо уменьшить диаметр d (п. 3) и повторить п.п. 4—5 расчета.

6.Ширину растекания струи на срезе разбрызгивателя Ьрб оп­ ределяют из условия (III. 14).

7.Расстояние а от оси брызгального отверстия до основания

разбрызгивателя (см. рис. 45) равно (в мм)

10. Минимальную допустимую длину разбрызгивателя Lp6i min определяют из условия полного уплощения разбрызгивателем струи, которое обеспечивается выполнением соотношения (рис. 52)

11. Производят сравнение расчетной и минимальной длин р брызгивателя

Если условие (III.24) выполнено, расчет можно считать закончен­ ным. Если оказалось, что Lp6< Lp6, min, то диаметр отверстий d, принятый в п. 3, необходимо увеличить и повторить весь расчет с п. 4 до п. 11. Повторения заканчиваются после выполнения ус­ ловия (III.24). Если в процессе повторений расчета не удается добиться выполнения условий (III.24), следует несколько увели­ чить угол а/2 и вновь повторить весь расчет, начиная с п. 3.

Рис. 50. Схема расчетного коллектора

По вышеописанной методике был произведен расчет брызгальных коллекторов системы охлаждения 4-клетевого стана 1700. Угол а/2 коллектора опорного валка принят из соображений унификации равным соответствующему углу коллекторов рабочих валков а/2 = 15°. Исходные данные и результаты расчета этих коллекто­ ров приведены в табл. 4.

§ 4. Исследование теплофизических свойств прокатных эмульсий*

Для охлаждения валков станов холодной прокатки в большин­ стве случаев применяют прокатные эмульсии различных типов. В последние годы наметилась тенденция применения эмульсий вместо воды и на листовых станах горячей прокатки. Чтобы исполь­

* В работе по исследованию теплофизических свойств эмульсий прини­ мал участие инж. Гринберг Д. Л.

130

зовать критериальное уравнение (III.11) для определения а при

охлаждении валков эмульсиями, необходимо знать их теплофизи­ ческие свойства: коэффициент теплопроводности Я, удельную теп­ лоемкость ср, температуропроводность а и кинематический коэффи­ циент вязкости V в зависимости от вида эмульсола, концентрации эмульсии, ее температуры, времени работы и др.

В связи с тем, что таких данных в литературе весьма мало, в теп­ ловых расчетах станов обычно используют теплофизические свой­ ства воды. Для уточнения этого вопроса нами были проведены экс­ периментальные исследования теплофизических свойств ряда про­ катных эмульсий.

Методика определения коэффициентов теплопроводности и теп­ лоемкости была выбрана из следующих соображений. Наиболее распространенным методом определения теплоемкости жидкостей и газов является калориметрический, по которому величины ср испытуемого вещества находят из теплового баланса в теплообмен­ нике с известной теплоемкостью греющей среды.

Уравнение теплового баланса рекуперативного теплообменника

где индексом 1 обозначены параметры греющей жидкости, а индек­ сом 2 — нагреваемой (испытуемой). Все величины уравнения (III.25), кроме ср1 и ср2, т. е. плотность у, объемный расход V,

температуру входа и выхода сред /вх и /вых, определяют в процессе эксперимента.

Удельную теплоемкость испытуемой среды вычисляют по фор­ муле

Я применяют различные типы экспериментальных установок, но все они основаны на одном из двух принципов: первый состоит в ис­ пользовании закона переноса тепла теплопроводностью в тонком слое неподвижной жидкости, второй — в использовании переноса тепла жидкостью при движении ее в ламинарном потоке.

В первом случае Я определяют -по значению критерия Пекле, характеризующего отношение конвективного теплообмена в потоке к теплообмену теплопроводностью Ре = wdla, где w — скорость

Для определения Я этим методом необходимо иметь зависимость критерия Ре от отношения температур входа и выхода исследуе­ мой жидкости.

Второй принцип определения А менее точен, так как даже при глубоком ламинарном режиме течения жидкости имеют место сво­ бодная и вынужденная конвекции, которые зависят от температуры и условий движения жидкости. Однако преимущество этого прин­ ципа состоит в том, что использование его позволяет совместить определение А и ср в одной установке, выполненной в виде тепло­ обменника. Кроме того, анализ показал, что точность этого метода вполне достаточна для технических расчетов.

Для определения А был экспериментально построен график кри­ терия Пекле в функции отношения температур tBX/tBblx входа и выхада испытуемой жидкости (рис. 51). В качестве таковой при по­

6 мм стеклянного теплообменника.

Здесь эмульсия воспринимает тепло от греющей воды, подаваемой насосом 6 с электродвигателем 5 из термостата 7 в полость между трубками <3 и 4. Внешняя труба 2 служит теплоизолятором. Далее нагретая в теплообменнике эмульсия поступает в мерный сосуд 9. Температуру входа и выхода греющей воды и нагреваемой эмуль­ сии замеряют в соответствующих точках термопарами 11, а замеры температур снимают с прибора 10 (марки ЭПВ2-12 гр. ХК-0.— 100° С). Температуру воды в термостате регулируют с помощью контактного термометра, включенного в электрическую цепь на­ гревателя 8.

Порядок проведения опытов заключался в следующем. Перед проведением очередной серии тщательно подготавливали эмульсию из требуемого эмульсола определенной концентрации. Эту эмуль­ сию заливали в сосуд 1. Далее включали нагреватель 8 и насос 6 термостата 7. Регулирование расхода испытуемой эмульсии осу­ ществляли краном на выходе эмульсии из теплообменника. При наступлении стационарного режима, когда температуры греющей жидкости и эмульсии переставали изменяться во времени, замеряли температуры вхола /вх и выхода /вых греющей воды и испытуемой эмульсии. Одно I еменно объемным методом с помощью мерного сосуда 9 и секу омера замеряли расход эмульсии G3M, при этом расход греющей воды GB для опытов считали постоянным.

132

По результатам замеров рассчитывали ср и % по формулам (III.26) и (III.27). Перед каждой серией проводили контрольные опыты по определению теплофизических свойств воды и получен­ ные результаты сопоставляли с табличными данными. Анализ этих опытов показал, что точность определения % и ср на данной уста­ новке составляет + 1,5—2%.

В качестве испытуемых были приняты эмульсии, применяемые на 4-клетевом стане 1700 Череповецкого металлургического завода:

Рис. 52. Схема экспериментальной установки для исследова­ ния теплофизических свойств эмульсий. Пояснения в тексте

на основе эмульсолов Т, Пермский и ЭП-28. Удельную изобарную теплоемкость ср и коэффициент теплопроводности К определяли при концентрациях эмульсола С = 2, 5, 7 и 9% при средней ее тем­ пературе 25° С. При температурах 20, 30 и 40° С при всех указан­ ных концентрациях определяли кинематический коэффициент вяз­ кости V эмульсии на основе эмульсолов Т и ЭП-28. Эмульсию при­ готовляли на дистиллированной воде. Кроме того, исследовали из­ менения К, ср и V эмульсии на основе эмульсола Т в процессе ее эксплуатации на стане после 8, 12, 16, 20 и 24 ч работы. '

Во всех случаях опыты проводили с порциями эмульсии по 2,5—3 кг. Результаты экспериментов представлены на рис. 53. Заштрихованные области на рисунках включают все значения ср и К полученные в опытах с порциями эмульсии различной концен-

133

Рис. 53. Зависимость удельной теплоемкости (А) и теплопроводности (Б) эмульсии от ее концентрации

I эмульсол Т; И s— эмульсол Пермский; III — эмульсол ЭП-28

134

трации. Разброс этих значений в опытах с одной порцией эмульсии не превышал 4—6%, а в порциях той же концентрации, но приго­ товленных в другое время, достигал 9— 11%. Это свидетельствует о том, что свойства эмульсии весьма неустойчивы и значительное количество факторов, таких, как интенсивность перемещения, тем­ пература греющей воды, способность быстро отслаиваться и т. д., играет заметную роль в образовании ее структуры и однородности.

На рис. 53, А видно, что значения ср до концентрации эмульсии С = 4—6% не изменяются и равны приблизительно удельной теп­ лоемкости воды. При дальнейшем увеличении концентраций эти значения несколько уменьшаются.

Рис. 54. Зависимость кинематического коэффициента вязкости от кон­ центрации эмульсолов при различных температурах

1 — эмульсол Т; 2 — эыульсол ЭП-28

Коэффициент теплопроводности эмульсии с увеличением кон­ центрации заметно уменьшается (см. рис. 53, Б). Такой характер зависимости X и ср от концентрации эмульсии объясняется тем, что с увеличением С на теплофизические свойства эмульсии оказывают все более существенное влияние теплофизические свойства эмульсо­ лов, состоящих в основном из технических масел. Например, в со­ ставе эмульсола Т содержится 90% индустриального масла 20, а в составе эмульсола ЭП-28 — 80% веретенного масла, для которых ср в 3, а X в 5 раз меньше, чем для воды.

Значения кинематических коэффициентов вязкости (рис. 54) более устойчивы при соответствующей концентрации, чем ср и X, и побочные факторы не оказывают существенного влияния на их

135

величина ѵ для эмульсий выше, чем для воды при той же темпера­ туре.

На графике рис. 54 величины ѵ для воды (С = 0%) при темпера­ турах 20 и 30° С показаны точками на оси ординат.

Ниже приведены результаты исследования величин и для эмуль­ сии на основе эмульсола Т в зависимости от продолжительности ее эксплуатации на стане:

Из них видно, что коэффициент теплопроводности X с увеличе­ нием времени работы уменьшается, так как при этом происходит выпаривание воды, приводящее к росту концентрации эмульсии. Удельная теплоемкость остается практически постоянной в течение всего периода эксплуатации. Для уточнения влияния параметров X, ср, у и V (или Рг = via) на величину коэффициента теплоотдачи а. проанализируем критериальное уравнение (III. 11). Это уравнение при прочих равных условиях можно привести к виду

венно, так как множитель (1/Рг^)0,103 ä ? 1. Наиболее существенное влияние на величину аср оказывает теплопроводность эмульсии: коэффициенты а ср и X при прочих равных условиях прямо пропор­ циональны. Следовательно, для повышения точности теплового расчета стана необходим учет действительных значений коэффици­ ента теплопроводности применяемой эмульсии.

136