Коефіцієнт тепловіддачі конвекцією можна визначити за виразом

Сіркою та фосфором

Легувальний елемент	Уміст легувального елемента, %	Температура розплаву, ° С	Поверхневий натяг, мН/м
–	–
О	0,02…0,03		1200…1300
О	0,048
S	0,03
S	0,06
P	0,01
P	0,20
N	0,04

Сумарний коефіцієнт тепловіддачі залежить від факторів, що характеризують теплообмін у розглянутій системі. Для розпилення розплавів істотного значення набувають лише два з них: конвективний теплообмін за рахунок зіткнення з газом і тепловіддача від випромінювання. У цьому випадку

α = α_к+ α_вип,

де α_к, α_вип – коефіцієнти тепловіддачі відповідно конвекцією і випромінюванням.

Оскільки густина потоку крапель розплаву в металогазовому факелі досить велика, а пов’язана з нею загальна площа поверхні частинок, що беруть участь у теплообміні, значно перевищує площу (поверхню конуса розпилення), з якої відбувається випромінювання теплової енергії, справедлива нерівність α_к >> α_вип. Тому в практичних розрахунках значенням α_вип можна знехтувати, прийнявши α @ α_к.

, (3.4)

де Re – критерій Рейнолдса, який, у свою чергу, можна визначати з умов диспергування розплавів:

,

де U _г, U _к – швидкість відповідно газу і краплі розплаву, м/с; – кінематична в’язкість газу, м²/с; d – діаметр краплі, м; λ_г – теплопровідність газу, Вт/(м/град).

Кінематичну в’язкість газу визначають за формулою

,

де – динамічна в’язкість газу, Н'с/м²; γ_г – густина газу, кг/м³.

Для практичних розрахунків коефіцієнт тепловіддачі з достатнім ступенем точності можна визначити за емпіричною формулою, запропонованою Д. Н. Ляховським:

. (3.5)

Підставивши значення α_к в рівняння теплового балансу і виконавши відповідні математичні перетворення, отримуємо рівняння, за допомогою якого можна визначити температуру краплі розплаву по закінченні часу τ:

, (3.6)

де – температура частинок по закінченні часу ; – середня температура газу; – початкова температура газу; γ – щільність розплаву.

Графічний вигляд рівняння (3.6) для умов розпилення розплаву чавуну і часу охолодження 0,08 с показано на рис. 3.5.

Із рівнянь (3.3 – 3.6) випливає, що для зниження швидкості охолодження крапель і підвищення ефективності їх подрібнення необхідно збільшувати температури розплаву і газу (температуру дуття). Звичайно температуру розплаву підвищують до таких значень, які забезпечують постійність в’язкості та поверхневого натягу на всіх етапах транспортування і розпилення розплаву. Однак останнє можна успішно реалізувати тільки для розплавів з температурою плавлення, меншою за 700 °С. В інших випадках, особливо для розплавів з температурою плавлення близько 1600…1700 °С, можливий перегрів тільки на 150...200 °С, що іноді недостатньо для забезпечення високого ступеня диспергування.

Рис. 3.5. Вплив розміру краплин на температуру частинок чавунного

порошку (час охолодження 0,08, температура газу, °С:

1 – 1400; 2 – 1200; 3 – 1000; 4 – 800; 5 – 600; 6 – 20)

Як випливає з рівняння (3.6) іншим способом зниження температури первинних продуктів диспергування розплавів є підвищення температури дуття, тобто температури газу, що застосовується для розпилення. Як видно з рис. 3.5, підвищення температури дуття дозволяє зберегти досить високу температуру розплаву, а отже, забезпечити вищий ступінь диспергування і збільшення масової частки дрібної фракції в отриманому порошку (табл. 3.5).

Таблиця 3.5

Гранулометричний склад порошків, одержаних за різних

температур дуття

Розплав	Температура дуття, °С	Тиск дуття, МПа	Уміст фракцій, %
- 0,05	- 0,1 + 0,05	- 0,16 + 0,1	- 0,25 + 0,16	+0,25
Залізо + 4% С			17,4 30,9	22,4 26,4	13,8 17,6	20,2 13,3	26,2 11,8
79 НМ (0,8% С)			11,5 36,4	14,4 28,9	15,8 15,9	30,3 11,1	28,0 7,7
Срібло		3,5	7,2 22,3	13,4 30,3	27,8 25,1	28,3 13,5	33,3 88,8

Крім температури газу, на швидкість охолодження розплаву впливає також швидкість газового потоку. З одного боку, збільшення швидкості газового потоку сприяє збільшенню вмісту в порошку дрібної фракції (рис. 3.6), з другого боку, збільшення швидкості газу зумовлює зростання коефіцієнта теплопередачі, а відтак сприяє зниженню ефективності розпилення. Тому необхідно застосовувати оптимальні значення швидкості дуття, тим більше, що підвищення інтенсивності диспергування знижується зі збільшенням швидкості дуття (рис. 3.6).

Крім розглянутих параметрів газів, на процес диспергування також впливають і інші характеристики: теплопровідність, густина і в’язкість, які визначають значення коефіцієнта тепловіддачі конвекцією:

α_к = А П,

де А – постійна для певних умов розпилення; П – теплофізичний параметр газу, Дж/(м²/с^0,5 ' град);

; .

Рис. 3.6. Вплив швидкості газового потоку на масову

частку частинок з d < 50 мм під час розпилювання: 1 – азотом; 2 – повітрям

Як видно з табл. 3.6, найнижче значення параметра П має аргон, що вказує на доцільність застосування його як газу-енергоносія для отримання максимального виходу дрібної фракції, що зумовлено в цьому випадку найменшою інтенсивністю охолодження розплаву.

Таблиця 3.6

Дата добавления: 2014-11-20