Охлаждение в псевдоожиженном слое

Псевдоожиженный или " кипящий" слой представляет собой двухфазную среду: в газовом или воздушном потоке хаотически двигаются мелкие частицы твердых веществ с размерами 0, 1…2 мм. Чаше всего для создания " кипяшего" слоя используют корунд, ферросилиций, карборунд, реже кварцевый песок. Механизм теплопередачи и конструкция ванн с псевдосжиженным слоем подробно описаны в кн. 1 [1, рис. 3.24]. Охлаждающая способность " кипящего" слоя, как и других сред, характеризуется зависимостями типа V(t_пов), α (t_пов) и q(t_пов).

Изотермичность по объему " кипяшего" слоя, более равномерное охлаждение по сравнению с другими охлаждающими средами, отсутствие вредных паров и газов, а также интенсивный теплообмен с погруженными в ванну изделиями позволяют использовать его в качестве закалочной среды. Охлаждающая способность " кипяшего" слоя возрастает с уменьшением размера частиц и увеличением их плотности. Однако в области очень мелких частиц коэффициент теплоотдачи резко падает из-за их слипания, в результате газ пробивает себе каналы в массе слоя, не ожижая всего материала. Минимальный размер частиц, при котором еще нет слипания, зависит от вида материала и конструкции газораспределительной решетки и составляет 30...100 мкм.

Коэффициент теплоотдачи α с повышением температуры нагрева металла и повышением температуры самого " кипящего" слоя возрастает и может достигать 1000 Вт/(м²·К). В рабочем интервале скоростей псевдоожижаюшего агента [обычно 0, 1...0, 6 мс) коэффициент теплоотдачи слабо зависит от плотности, но растет с уменьшением размера частиц. Заметно снижается α около наклонных и особенно горизонтальных поверхностей больших размеров (например, у листов), так как на горизонтально расположенном листе, не пропускающем газа, оседает неподвижный теплоизолирующий слой мелкозернистого материала.

Скорость охлаждения изделий в " кипяшем" слое можно регулировать изменением размера и материала частиц, а также температуры самого слоя, то-есть температуры дутья (газа или воздуха).

В качестве материала псевдоожижениого слоя целесообразно использовать корунд – достаточно твердый материал с высокой плотностью, что определяет продолжительный срок работы и высокую охлаждающую способность " кипящего" слоя. Размер используемых частиц 100.. 400 мкм. Слой частиц меньшей величины " пылит", слой более крупных частиц имеет меньшую охлаждающую способность. Корунд во фракционированном виде изготавливается отечественными заводами.

Рис. 1.11. Термограммы охлаждения прутков в различных средах [10]

По охлаждающей способности " кипящий" слой занимает промежуточное положение между воздухом и маслом. На рис. 1.11 [10] приведены кривые охлаждения в различных средах прутков диаметром 24 мм из стали 40Х: 1 – вода; 2 – масло: 3 – " кипящий" слой корунда с частицами размером 150 мкм (сухой); 4 – 320 мкм (увлажненный водой); 5 – 320 мкм (сухой). Уменьшение размера частиц " кипящего" слоя приближает скорость охлаждения в нем к скорости охлаждения в масле. Увлажнение слоя путем впрыска в него воды также несколько увеличивает его охлаждающую способность. Интересно, что при температурах ниже 100 градусов " кипящий" слой охлаждает интенсивнее масла, что может повлиять на количество остаточного аустенита в закаленной стали.

Простота регулирования охлаждающей способности " кипящего" слоя наряду с возможностью быстрого изменения ее путем подвода и отвода тепла позволяют использовать его для различных способов закалки (в одном охладителе, изотермической, ступенчатой). Закалке в псевдоожиженном слое по сравнению с закалкой в масле отдается предпочтение вследствие отсутствия паровой пленки на поверхности деталей при закалке, а также старения в процессе работы, кроме того, " кипяший" слой пожаробезопасен, а равномерное охлаждение в нем детали по всей поверхности уменьшает ее коробление по сравнению с закалкой в масле.

Тепло, вносимое в " кипяший" слой нагретыми деталями, можно дополнительно отводить погруженными в слой водоохлаждаемыми змеевиками, воздушными холодильниками или впрыском воды непосредственно в слой [10].

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: