Faktory ovlivňující sprchové kalení ocelových produktů

FACTORS INFLUENCING SPRAY QUENCHING OF STEEL PRODUCTS

conference paper

en

Spray cooling is a common cooling method in the steel industry and especially in the heat treatment and quenching of steel products and components. The water is sprayed on the hot surface by the nozzle which transforms the water stream into droplets. Sprays can provide very high cooling rates with the benefit of the regulation of the cooling process. The proper cooling regime is crucial for obtaining required mechanical properties after quenching. The spray cooling of hot steel surfaces (presence of boiling) is influenced by several parameters. They can be divided into two groups. The first group deals with spray parameters like water impact density, water temperature, water additives and droplets size. The second group relates to cooled surface: temperature, velocity, roughness and presence of scales. The key factors are the water impact density and cooled surface temperature. Number of factors makes the numerical prediction of the cooling intensity (heat transfer coefficient) complicated and so the laboratory measurement which includes mentioned factors is a way how to obtain exact value of the heat trůansfer coefficient for spray cooling of hot surfaces. The exact knowledge of the temperature dependent heat transfer coefficient is crucial for numerical simulations of the cooling process which allows proper design (sizing) of spray quenching units. This paper describes non-stationary spray cooling laboratory measurement and deals with factors influencing the spray cooling. The influence of each factor is experimentally investigated and the influence on the heat transfer coefficient is described.

Sprejové chlazení je běžný způsob chlazení v ocelářském průmyslu a zejména při tepelném zpracování a kalení výrobků a součástí z oceli. Voda se rozprašuje na horký povrch tryskou, která transformuje proud vody na kapky. Spreje mohou poskytovat velmi vysoké rychlosti chlazení s výhodou regulace procesu chlazení. Správný režim chlazení je rozhodující pro získání požadovaných mechanických vlastností po kalení. Sprejové chlazení horkých ocelových povrchů (přítomnost varu) je ovlivněno několika parametry. Mohou být rozděleny do dvou skupin. První skupina se zabývá parametry stříkání, jako je množství dopadající vody, teplota vody, příměsy ve vodě a velikost kapek. Druhá skupina se týká chlazeného povrchu: teplota, rychlost, drsnost a přítomnost okují. Klíčovými faktory jsou množství dopadající vody a teplota chlazeného povrchu. Počet faktorů komplikuje numerickou predikci intenzity chlazení (součinitel prostupu tepla), takže laboratorní měření, které zahrnuje uvedené faktory, je způsob, jak získat přesnou hodnotu součinitele přestupu tepla pro sprchové/sprejové chlazení horkých povrchů. Přesná znalost teplotně závislého součinitele přestupu tepla je klíčová pro numerické simulace chladicího procesu, které umožňují správnou konstrukci (dimenzování) chladících zařízení. Tato práce popisuje laboratorní měření nestacionárního sprejového chlazení a zabývá se faktory ovlivňujícími sprejové chlazení. Vliv každého faktoru je experimentálně zkoumán a je popsán vliv na součinitel přestupu tepla.

Spray cooling is a common cooling method in the steel industry and especially in the heat treatment and quenching of steel products and components. The water is sprayed on the hot surface by the nozzle which transforms the water stream into droplets. Sprays can provide very high cooling rates with the benefit of the regulation of the cooling process. The proper cooling regime is crucial for obtaining required mechanical properties after quenching. The spray cooling of hot steel surfaces (presence of boiling) is influenced by several parameters. They can be divided into two groups. The first group deals with spray parameters like water impact density, water temperature, water additives and droplets size. The second group relates to cooled surface: temperature, velocity, roughness and presence of scales. The key factors are the water impact density and cooled surface temperature. Number of factors makes the numerical prediction of the cooling intensity (heat transfer coefficient) complicated and so the laboratory measurement which includes mentioned factors is a way how to obtain exact value of the heat trůansfer coefficient for spray cooling of hot surfaces. The exact knowledge of the temperature dependent heat transfer coefficient is crucial for numerical simulations of the cooling process which allows proper design (sizing) of spray quenching units. This paper describes non-stationary spray cooling laboratory measurement and deals with factors influencing the spray cooling. The influence of each factor is experimentally investigated and the influence on the heat transfer coefficient is described.

sprchové chlazení, součinitel přestupu tepla, leidenfrostova teplota, okuje, drsnost povrchu

spray cooling, heat transfer coefficient, leidenfrost temperature, scales, surface roughness

05.06.2019

Associazione italiana di metalurgia

Milano

978-88-98990-19-1

ECHT 2019

1–9

9