钢丝热处理铅温控制和铅污染防治.pdf

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37-46 钢丝热处理铅温控制和铅污染防治

甘盛武(广东鹤山钢丝绳厂

TG356.26

本文提出的钢丝热处理铅浴温度控制和铅尘污染防治方法,解决了铅温控制问题。铅温实现自动控制,提高了钢丝热处理质量,节约了金属铅,大大减少了铅尘污染,且操作安全、

i关键词:热处理 铅温控制,铅污染,防治 钢丝

1 前言

钢丝热处理是金属制品生产中非常重要的一个工序。成品钢丝高的综合力学性能实质是通过热处理组织强化和加工硬化得到的。奥氏体化的钢丝通过铅锅后得到何种组织取决于铅液温度,铅浴处理存在铅尘污染,因而铅温控制和铅尘污染防治是金属制品工作者十分关注的问题。

铅温控制关键是过热铅液的冷却。钢丝进入铅锅带入大量的热,在铅锅前部形成一过热区。如何缩短这一过热区是控温的关键:冷却效果颇佳的铅泵循环冷却因设备昂贵、维修困难而难以推广。人们普遍采用水冷法,其优点是能满足高产量铅锅的降温要求;水冷却强度大这一优点同时会造成铅温波动大,难控制。我厂曾用人工通水控制铅温,波动达±15℃。另外,因大的热应力作用,水冷装置易损坏。风冷不会使铅温剧变,而且容易实现自动化,但传统观点认为风冷只能适用于低产量铅锅的降温要求。采用风冷方法必须提高风冷能力,但风冷能力提高后容易把铅锅中后部正常温度的铅液冷却。如何分配其冷却能力事关成败。

在铅尘防治方面,通常有以下方法:

(1)木炭覆盖:一种传统的、至今仍广为应用的方法。木炭易燃烧,铅液与空气接触而氧化、蒸发,成本高。我厂以前采用此方法,铅锅周围铅尘平均浓度达0.15mg/m3,严重超标。

(2)石灰覆盖:密封效果比木炭好些,成本也较低,但降温时在其上洒水使石灰与铅渣结块,结块后形成孔隙而降低密封效果。

3)钢箱浮盖;在铅液面上放一个个开口的钢箱以隔绝空气,防止铅氧化和蒸发。分成多块钢箱间隙多,密封不理想。

(4)SRQF覆盖剂;由国内某学院研制的一种效果较好的颠盖剂。在防治铅尘方面效果颇佳,但铅温控制方面不理想(存在与石灰覆盖类似的问题)。

从日本引进的生产线铅钢铅液面用氧化镁覆盖,效果不错,但也存在铅温控制方面的问题,且覆盖还存在安全方面的问题。

2 新型铅温控制装置

我厂所采用的铅温控制装置,在解决铅温控制问题的同时大大减少了铅尘污染,同时不影响操作。

2.1 过热铅的冷却

冷却装置包括底部S形通道和上部换热器,如图1所示。以本厂卡电炉最大产量120ukg/h(T8钢)、钢丝加热温度950℃、钢丝出口铅温500℃等为条件计算装置的冷却能力和冷却能力分布是否满足生产需要。钢丝给予铅锅的热量为:

全属制品

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$$ \begin{array} { r } { \mathbf { Q } _ { \mathfrak { u } } = \mathbf { m } \Delta \mathfrak { c } \mathfrak { t } \mathfrak { s } = 1 2 0 0 \times \mathfrak { s } \mathfrak { s } \mathfrak { s } \mathfrak { s } \mathfrak { s } \mathfrak { s } \mathfrak { d } \mathfrak { s } \mathfrak { s } } \ { \sim 5 \mathfrak { d } \mathfrak { l } \times \mathfrak { d } \mathfrak { e } \mathfrak { s } \mathfrak { s } \mathfrak { s } \mathfrak { s } \mathfrak { s } \mathfrak { s } \mathfrak { s } } \ { = 4 6 0 2 \mathfrak { s } \overline { { \mathfrak { d } } } \mathfrak { s } \mathfrak { \ c } \mathfrak { k } \mathbf { J } / \mathfrak { h } \mathfrak { s } } \end{array} $$

不考虑自然散热,要求冷却装置把这部分热量全部带走。

iS 通道换热量 $\mathbf { \Xi } ( \mathbf { Q } _ { 1 } )$ 的计算

选择风速 ${ \bf { \omega } } _ \mathbf { { \omega } } \mathbf { { \omega } } \mathbf { { \omega } } \mathbf { { \omega } } \mathbf { { \omega } } _ \mathbf { { \omega } } \mathbf { { \omega } } \mathbf { { \omega } } \mathbf { { \omega } } \mathbf { { \omega } } _ \mathbf { { \omega } } \mathbf { { \omega } } \mathbf { { \omega } } \mathbf { { \omega } } _ \mathbf { { \omega } } \mathbf { { \omega } } \mathbf { { \omega } } \mathbf { { \omega } } _ \mathbf { { \omega } } \mathbf { { \omega } } \mathbf { { \omega } } _ \mathbf { { \omega } } \mathbf { { \omega } } \mathbf { { \omega } } _ \mathbf { { \omega } } \mathbf { { \omega } } \mathbf { { \omega } } _ { \mathbf { { \omega \omega } } } = 1 \mathbf { 0 } \mathbf { \Lambda } \mathbf { { \omega } } \mathbf { { \omega } } \mathbf { { \omega \Lambda } } _ \mathbf { { \omega \Lambda } } \mathbf { { \omega } } \mathbf { { \Lambda \omega } } _ \mathbf { { \Lambda \omega } } \mathbf { { \Lambda \omega } } _ \mathbf { { \Lambda \omega } } \mathrm { { \omega \Lambda } } _ { \mathbf { \Lambda { \omega \Lambda } } \mathbf { { \Lambda \omega } } _ \mathbf { { \Lambda \omega } } }$ (标准状态,通道截面 $\mathbf { S } = 1 ] _ { * } \langle \mathbf { \dot { \omega } } \mathbf { \dot { m } } ^ { \textrm { 2 } }$ ,空气流量 $\pmb { \nu } = 2 1 6 0 \mathbf { m } ^ { 3 } / \hbar$ (标准状态,对流给热系数 $\mathfrak { a } { = } 2 5 . 7 1 \ \mathfrak { w } ^ { 0 . 7 8 } = 2 5 . 7 1$ $\times 1 1 ^ { 6 . 7 8 } = 1 5 3 ( k J / \min ^ { 2 } \cdot h \cdot ^ { \circ } C )$ 0

S通道上、下面面积F $\mathrm { \dot { \iota } } _ { 1 } = 1 . 9 5 \mathrm { \mathfrak { m } } ^ { 3 }$ 。肋片起导向和散热作用,肋片厚 $\mathbf { \delta } . \mathsf { d } = 8 \mathrm { \ m m }$ $\mathbf { \partial } _ { | \mathbf { \bar { e } } { \bar { \mathbf { \Psi } } } } ^ { \mathbf { \bar { \mathbf { \alpha } } } } \mathbf { l } =$ 2u0mm,长为1100mm。简便起见,把肋片传热效率换到传热面中去计算

$$ \begin{array} { r l } & { \mathbb { H } \mathbb { H } _ { 1 } ^ { \mu } \mathbb { H } _ { \leq } \mathbb { H } _ { \leq } \mathbb { H } _ { \leq } \mathbb { H } _ { \leq } \mathbb { H } = \frac { \mathrm { t o n } \left( \sqrt { \frac { \mathrm { d } \mathrm { u } } { \lambda \mathrm { A } } } \cdot 1 \right) } { \sqrt { \frac { \mathrm { d } \mathrm { u } } { \lambda \mathrm { A } } } \cdot 1 } } \ & { \qquad = \frac { \mathrm { t g n } \left( \sqrt { \frac { 1 5 5 } { 1 1 \cdot 2 \times 0 . 0 1 \mathrm { t a } } } \times 1 \right) } { \sqrt { \frac { 1 5 5 } { 1 4 \cdot 2 \times 0 . 0 1 \mathrm { t a } } } \times 0 . 1 6 } } \ & { \qquad = \frac { \sqrt { \frac { 1 5 5 } { 1 4 \cdot 2 \times 0 . 0 1 \mathrm { t a } } } \times 0 . 1 6 } { \sqrt { \frac { 1 5 5 } { 1 4 \cdot 2 \times 1 . 4 0 \mathrm { t a } } } \times 0 . 1 6 } \times 0 . 2 } \ & { \qquad = 0 . 3 0 } \end{array} $$

u——肋片周长(m)

$\lambda -$ ——钢的导热系数 $( k \ J / \ m ^ { 2 } \cdot h \cdot ^ { 2 } \ l ^ { 2 } )$

$\mathbf { A } ^ { - }$ ——肋片截面积 $\ell \mathbf { m } ^ { \because } :$

$$ \begin{array} { r } { \mathbf { \phi } _ { \mathrm { { + + } } } \sharp \sharp \mathbb { H } \sharp \mathrm { { + } } \mathbf { { \varphi } } _ { \mathrm { { + } } } \mathbf { { \varphi } } _ { \mathrm { { + } } } \mathbf { { \varphi } } _ { \mathrm { { + } } } = 1 , \mathfrak { H } ; + 1 , 1 \mathbf { \phi } \times { 1 _ { \ast } \mathbf { \phi } _ { \mathrm { { - } } } \mathbf { { \varphi } } _ { \mathrm { { + } } } \mathbf { { \varphi } } _ { \mathrm { { - } } } \mathbf { { \varphi } } _ { \mathrm { { - } } } \mathbf { { \varphi } } _ { \mathrm { { + } } } } \ { \mathbf { \qquad } \times { 1 , 3 = 2 , \mathrm { { + } } \mathfrak { H } \textit { \xi } \mathbf { \xi } _ { \mathrm { { + } } } \mathbf { { \varphi } } _ { \mathrm { { + } } } \mathbf { { \varphi } } _ { \mathrm { { - } } } \mathbf { { \varphi } } _ { \mathrm { { - } } } } \end{array} $$

设S通道入、出口处,空气温度为 $2 1 7 ^ { \cdot } C$ $\mathbf { t } _ { 1 }$ ,钢板温度为 $6 4 1 ) \times ($ ,520℃(即铅温),空气与通道的温差:

$$ \begin{array} { c } { { \Delta \mathfrak { t } _ { \mathfrak { p } _ { 1 } } = \displaystyle \frac { \langle 6 4 | \mathbf { 1 } - 2 0 \rangle - \langle \mathbf { \nabla } 5 2 \mathrm { i } | \mathbf { \nabla } - \mathfrak { t } _ { 1 } \rangle } { \mathbf { 1 } \mathfrak { n } _ { \overline { { \mathfrak { I } } } 2 0 - \mathfrak { t } _ { 1 } } ^ { 6 } } } } \ { { = \displaystyle \frac { 1 0 \mathrm { i } + \mathfrak { t } _ { 1 } } { \mathbf { 1 } \mathfrak { n } _ { \overline { { \mathfrak { I } } } 2 0 - \mathfrak { t } _ { 1 } } } } } \end{array}\tag{1} $$

通道上钢板与肋片对流给热量 $\mathbf { Q } _ { 1 1 }$ 和上钢板对下钢板辐射的热量 $\mathbf { Q } _ { 1 2 }$ 为(式中 $\widehat { \mathbf { t } } _ { a }$ 为下钢板的平均温度):

$$ \begin{array} { r l } & { \Theta _ { 1 1 } = a \mathrm { F } \left( \begin{array} { l l l } { \Lambda } & { \Lambda { \bf { j } } } & { 1 \leq 0 , } \ & { - 3 8 \mathrm { i } , 1 \leq \Lambda { \bf { j } } , } \ & { 0 \leq m - \frac { \sqrt { 2 } \Lambda } { 2 } , } \end{array} \right) , \quad \quad \quad \in { \bf { j } , \Lambda } , } \ & { \Theta _ { 1 2 } = - \frac { \sqrt { 2 } \Lambda } { 6 } + \frac { 4 \lambda _ { 3 } ^ { 2 } } { \lambda _ { 5 } ^ { 2 } } - \left( \left( \frac { 8 4 0 + 5 2 0 } { 2 } + 2 7 \lambda \right) \right) ^ { \prime } { 1 0 > } \ & { \qquad \frac { \sqrt { 2 } } { \lambda _ { 5 } } + \frac { 4 \lambda _ { 5 } ^ { 2 } } { \lambda _ { 5 } ^ { 2 } } - 1 } \ & { \qquad - \left( \frac { \sqrt { 2 } \lambda _ { 6 } } { 1 0 0 } + 2 \right) ^ { \prime } } \cdot \mathrm { F } \left( \begin{array} { l l l } & { \Lambda } \ & { \Lambda } \end{array} \right) } \ & { \quad = \frac { 2 \Theta _ { 1 3 } \sqrt { 4 } } { \Theta _ { 1 5 } } \langle \Lambda _ { 5 , 3 } , 3 \rangle ^ { \prime } - \left( \sqrt { 4 } , + 2 7 \lambda \right) ^ { \prime } { 1 0 } ^ { \prime } { 1 1 } ^ { \prime } \ & { \qquad \sqrt { 6 } , 3 \rangle ^ { \prime } } \ & { \qquad \times 2 \mathrm { - } 3 2 \mathrm { - } \mathrm { i } 8 \left( 3 \mathrm { - } 4 \right) ^ { \prime } \left( \mathrm { - } \mathrm { i } \left( \mathrm { f } \Lambda + 2 7 3 \right) / 1 0 \mathrm { e } ^ { - 1 1 } \right) } \ & \qquad \quad \times 2 \mathrm { - } 3 2 \mathrm { - } 7 8 \left( 3 \mathrm { - } 4 \right) ^ { \prime } \left( \mathrm { - } \mathrm { i } \left( \mathrm { f } \Lambda + 2 7 3 \right) / 1 0 \mathrm { e } ^ { - 1 1 } \right. \end{array} $$

下钢板所接受辐射的热量全部被空气带走:

$$ \begin{array} { r l r } { { \mathbf { Q } _ { 1 2 } = \alpha \mathbf { F } _ { \mathrm { ~ i ~ } } { \begin{array} { l l } { \hat { \mathbf { t } } _ { \mathrm { a } } - ( \frac { \mathrm { ~ f ~ f ~ } + \hat { \mathbf { \omega } } \hat { \mathbf { 0 } } + \hat { \mathbf { 0 } } \hat { \mathbf { 2 } } \hat { 0 } } { 2 } - \Delta \mathbf { t } _ { \mathrm { p } _ { 1 } } ) } \end{array} } } } \ & { } & { = 3 8 \mathrm { . 4 . } 4 ( \begin{array} { l l } { \hat { \mathbf { t } } _ { \mathrm { a } } + \mathbf { A } \mathbf { t } _ { \mathrm { r } 1 } - \hat { \mathbf { \omega } } 8 \hat { \mathbf { 0 } } } \end{array} ) } \ & { } & { \quad \mathrm { ~ i f ~ } 4 = 2 \mathrm { ~ t ~ } 2 = \mathbf { V } \Delta ( \mathrm { ~ c t } : = 2 1 \hat { \mathbf { \omega } } ^ { \dagger } 1 \times 1 . 3 \mathrm { ~ i ~ } \hat { \mathbf { \omega } } \mathbf { t } _ { \mathrm { ~ l ~ } } - 2 \mathrm { u } : } \ & { } & { = : 2 8 3 \mathrm { i } { \mathbf { t } _ { \mathrm { ~ l ~ } } - \mathbf { 2 } \mathbf { 0 } : \quad ( \hat { \mathbf { \omega } } \hat { \mathbf { \omega } } ) } \end{array} $$

解 $1 \cdot \sim 1 5$ 得 $\mathrm { \Delta t _ { \mathrm { 1 } } = 1 2 8 t ~ ^ { \circ } ( \bar { ~ } t : ~ \bar { ~ } t _ { \mathrm { 4 } } = 3 8 0 , \dot { \circ } : ~ C : ~ C ~ ; ~ }$

$$ \begin{array} { r l } & { \mathbf { \Delta } \Delta \mathfrak { t } _ { \mathsf { p } 1 } = \mathrm { 4 } \sharp _ { \hat { \ell } \mathsf { e } } ^ { * } \sharp _ { \hat { \ell } } ^ { * } ( \mathsf { T } ^ { \prime } , \mathsf { \Omega } , } \ & { \mathbf { \Delta } \mathbf { Q } _ { 1 , \mathsf { i } } = \mathrm { 1 } \bar { \mathfrak { g } } _ { \mathrm { i } } \mathrm { \Delta } { { \overset { \cdot \cdot } { { \xi } } } \cdot \ : \ : \ker _ { \hat { \ell } } ^ { * } \mathsf { h } \mathsf { \Omega } ^ { \prime } \flat _ { \hat { \ell } } ^ { * } \flat _ { \hat { \ell } } ^ { * } \flat _ { \hat { \ell } } ^ { * } } \ & { \mathbf { \Delta } \mathbf { Q } _ { \hat { \mathbf { i } } \sharp } = \mathrm { 1 } \mathrm { ~ t ~ } { \mathsf { 3 } } { \overset { \cdot \cdot } { \ell } } , \mathsf { \Omega } _ { 1 } \mathrm { ~ h ~ J } , \mathsf { \Omega } ^ { \prime } \flat _ { \hat { \ell } } ^ { * } \flat _ { \hat { \ell } } ^ { * } \flat _ { \hat { \ell } } ^ { * } } \end{array} $$

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1992年第18卷第5期

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