автореферат диссертации по металлургии, 05.16.02, диссертация на тему:Теплотехнические основы получения биметаллическихизделий в компрессионных печах

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ УКРАЇНИ ДЕРЖАВНА МЕТАЛУРГІЙНА АКАДЕМІЯ УКРАЇНИ

В' ОД ■ .

На правах рукопису

г

Губинський Михайло Володимирович

ТЕПЛОТЕХНИЧНІ ОСНОВИ ОДЕРЖАННЯ БІМЕТАЛЕВИХ ВИРОБІВ У КОМПРЕСІЙНИХ ПЕЧАХ

спеціальність 05.16.02 - Металургія чорних металів

АВТОРЕФЕРАТ дисертації на здобутім вченої ступені доктора технічних наук

Дніпропетровськ 1996

Дисертація є рукописом

Робота виконана у Державній Металургійній Академії України Науковий консультант, доктор технічних наук, професор Розенгарт Ю. И.

Офіційні опоненти:

1. Доктор технічних наук, професор,

Заслужений діяч науки і техніки •

України Беляев М. М.

2. Доктор технічних наук, професор Єрінов А. Є.

3. Доктор технічних наук, професор Ревун М. П.

Провідна організація - Державний трубний інститут Міністерство промисловості України, м. Дніпропетровськ

Захист відбудеться £2- Іс&сТ199-?г. у ^2. годин на засіданні спеціалізованої вченоі ради Д 03.11.02 при Державній Металургійній Академії України за адресою: 320635, м . Дніпропетровськ, пр. Гагаріна, 4.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Державній Металургійній академіїУкра'іни, 320635, м. Дніпропетровськ, гтр. Гагаріна, 4.

Автореферат розісланий £-£/243 1997-х.

Вчений секретар Спеціалізованої Вченої Ради доктор технічних наук професор

Актуальність проблеми.. Необхідність підвищення стійкості технологічних та енергетичних агрегатів, створення нових процесів і обладнання стимулюють розробку нових видів конструкційних матеріалів, у том числі композитів. Так, у хімічній, енергетичній промисловості, приборо- й машинобудуванні широке розповсюдження отримали біметалеві труби та порожнисті елементи складної форми, вироблені з різних матеріалів.

Відомі технології виробництва біметалевих порожнистих виробів і труб прокаткою, пресуванням, вибухом, волочінням, литтям, роздачею внутрішнім тиском, термодифузійним зварюванням. У кожному конкретному випадку при виборі технології перевагу відають найбільш ефективному засобу виробництва, та й тому що забезпечує наперевзаданий рівень якості виробів. Виконання останньої умови є рішаючим. У зв'язку з цим зараз кожна з вказаних технологій викорисіується для вироблення певного сортаменту біметалевих виробів з відповідними показниками якості (точність, міцність з'єднання, допустимий розмір дефектів у контакті). У тому числі розвиток отримали технології виробництва біметалевих виробів підвищеної якості шляхом твердофазного з'єднання шарів під час обробки у компресійних печах.

Особисте значення у цих технологіях мають теплові процеси, котрі регламентують основні параметри - температуру обробки, зусилля стиснення з'єднуємих шарів і водночас визначають техніко-економічні характеристики технологічних агрегатів. Створення та розвиток виробництва біметалевих виробів утримувався відсутністю знань о теплових процесах;, що супроводжують твердофазне з’єднання, тому створення теплотехнічних основ отримання біметалевих виробів у твердій фазі шляхом обробки у компресійних печах є актуальною задачею як з наукової, так і з практичної точок зору.

Мета роботи.

І. Визначення особистостей процесів теплообміну та теплової роботи компресійних печей, котрі регламентують якість біметалевих виробів й впливають на техніко-економічні показники робота агрегатів.

2. Створення наукових основ проектування компресійних печей для

опримання біметалевих порожнистих виробів і труб з різними видами нагріву. .

3. Розробка і впровадження ефективних конструкцій компресійних печей та засобів опримання біметалевих порожнистих виробів і труб.

Наукова новизна. Визначено особливості теплотехнологійної обробки біметалевих виробів у компресійних печах і основні закономірності їх теплової роботи з прямим й побічним електронаїрівом, а також з нагрівом у розплаві осла, вплив пічної текучої середи високого тиску на процеси теплообміну. Отримано залежності, необхідні для розробки ефективних конструкцій компресійних печей різного типу, у тому числі для: коефіцієнтів тепловіддачі природної конвекції та тепловіддачі у розплаві; для швидкості нагріву інертного газу; співвідношення теплових потоків від нагрівана до виробу та теплових збитків з робочого простору; для теплового контактного опору ніж шарами двошарової труби.

Розроблені дві нові модифікації чисельно-аналітичного методу рішення задач теплопровідності, що дозволяють ураховувати змінення теплофізичних властивостей матеріалу під час нагріву. З використанням цього методу створено математичні моделі теплових та деформаційних процесів при твердофазному з'єднанні шарів біметалевих заготівок у компресійних печах і визначено закономірності змінювання контактного тиску між шарами у процесі нагріву заготівок при різному співвідношенні коефіцієнтів лінійного розширення шарів.

Досліджено та регламентовано температурні режими деформації двошарових труб у процесі їх роздачі парогазовою сумішшю.

Практична цінність та реалізація результатів роботи.

Створені й експлуатуються промислові та дослідно-промислові компресійні печі: для вироблення особовоточних біметалевих труб (піч СДГ-40/2000-15), біметалевих порожнистих виробів складної форми з електро-нагрівом та наїрівом у розплаві (печі СДГ-120/400-15 і СДГ-130/350-20).

Розроблені й використаються у промисловості теппогехнологічні режимі отримання біметалевих виробів різного сполучення матеріалів у компресійних печах з прямим і побічним електронаїрівом, з нагрівом у розплаві (ТИ-З-ТР-4-184-83, ТУ М5-84).

Створено конструкції високоефективних компресійних печей різного призначення, які захищені авторськими свідоцтвами.

Економічний ефект від впровадження результатів роботи склав 698,2 тис.руб. у цінах 1985-1988рр. '

Апробація роботи. Результати роботи були докладені на міжнародних, всесоюзних, республіканських конференціях та семінарах: “Гидростатическая обработка материалов", Донецьк, 1981, "Вопросы совершенствования тепловой работы и конструкций металлургических печей", Дніпропетровськ, 1981, Термоциклическая обработка металлических изделий ", Ленінград, 1982, “Диффузионное соединение металлических и неметаллических материалов", Москва, 1982, "Использование ЭВМ в учебном процессе и научных исследованиях", Іваново, 1982, “Диффузионное соединение металлических и неметаллических материалов”, Москва, 1984, "Проблемы энергетики”, Москва, 1987, "Состояние и перспективы развития электротехнологай", Іваново, ! 987, “Действие электромагнитных полей на пластичность и прочность металлов и сплавов", Юрмала, 1987, ‘Технологическая теплофизика ", Тол'ятга, 1988, “Теория и практика тепловой работы металлургических печей", Дніпропетровськ, 1988, 'Тепломассообмен в энергетических установках и технологических агрегатах", Дніпропетровськ, 1988, "Пути развитая технологии и оборудования для нагрева металла под пластическую деформацию и термическую обработку при производстве труб", Дніпропетровськ, 1991, “ Научные основы конструирования металлургических печей:Теплотехника и экология", Дніпропетровськ, 1993, 'Теория и практика решений экологических проблем в горнодобывающей и металлургической промышлен-носга”, Дніпропетровськ, 1993, “Черная металлургия России и стран СНГ в XXI веке", Москва, 1994/Экология и теплотехника", Дніпропетровськ, 1996, "Energy tiansformation in industry", Kosice, 1996.

Публікації. З теми дисертації опубліковано 37 печатні праці, здобуто 10 авторських свідоцтв.

Структура та об'єм роботи. Дисертація складається з вступу, 8 глав і закінчення, містить. 163 стр. машинописного тексту, 71 малюнок , 37 таблиць, список літературних джерел з 190 найменувань, додатку.

На захист виносяться основні положення:

- дві модифікації чисельно-аналітичного методу рішення нелінійних задач теплопровідності;

- математичні моделі термодеформаційних процесів теплової обробки біметалевих виробів у компресійних печах з прямим і побічним елек-тронагрівом, з нагрівом у розплаві скла;

- результати експериментальних досліджень теплообміну у компресійних печах з участю інертного газу та розплаву;

- результати експериментальних досліджень теплообміну в контакті між шарами різноманітних двошарових заготівок;

- теплотехнологічні режими отримання біметалевих виробів різного сполучення матеріалів;

- основні принципи проектування і конструкції компресійних печей різного призначення;

- результати впровадження компресійних печей і технологій для отримання біметалевих порожнистих виробів.

. ЗМІСТ РОБОТИ.

1. Аналіз теплотехнологічних процесів отримання біметалевих порожнистих виробів у компресійних печах.

У роботі подані результати розробки та дослідження теплотехноло-гій, конструкцій компресійних нагрівальних печей для отримання біметалевих труб і порожнистих виробів шляхом з'єднання шарів між собою у твердому стані. Досліджені процеси відрізняються інтенсивністю та схемою силового впливу, засобом нагріву, рівнем температур, довжиною обробки. З'єднує їх використання текучої середи для створення високого тиску в печі, що забезпечує щільний контакт між шарами.

Аналіз відомих технологій і агрегатів для отримання біметалевих порожнистих виробів показав, що використання текучої пічної середи з тиском до 150 бар дозволяє гнучко керувати параметрами процесу і забезпечити необхідну якість з'єднання шарів незалежно від Еикорисгуємих матеріалів та розмірів заготівок. До таких процесів можливо віднести технологію отримання біметалевих порожнистих виробів у компресійних пе-

чах, що розроблена у Державній Металургійній Академії України (ДМеггАУ) і Державному інституті трубної промисловості (ВНИТИ).

Заготівкою у цьому процесі служить двошаровий виріб чи труба з щільним контактом між шарами. Зазор між з'єднуємими шарами герметизують (зварюють шари між собою по торцям). Процес обробки двошарових заготівок у компресійних печах полягає у їх нагріву до температур дифузійної активності матеріалів (0, 5 - 0, 8 температури плавління) та стиску шарів між собою. Під впливом температури і тиску у процесі нагріву та утримання при постійних параметрах шари з'єднуються. Завдяки герметизації зазору між з'єднуємими поверхнями, тиск пічної середи (аргон, розплав скла) притискає шари друг до друга, що забезпечує заданий рівень контактного тиску. У випадку сприятливого сполучення коефіцієнтів теплового розширення матеріалів шарів коефіцієнт лінійного розширення зовнішнього шару менше, ніж у внутрішнього) тиск у контакті складається з тиску термонатяга і тиску газу (розплаву). У випадку несприятливого сполучення коефіцієнтів лінійного розширення (коефіцієнт теплового розширення зовнішнього шару більший, ніж у внутрішнього) зовнішній ізостатичний тиск не тільки перешкоджує утворенню зазора між шарами, й створює необхідний контактний тиск.

Технологічні експерименти проведені на різних сполученнях матеріалів показали, що основними параметрами, які впливають на якість виробів, е тиск газу під час нагріву, швидкість і температура нагріву заготівок. Обов'язкова умова отримання міцного з'єднання - постійний контакт шарів під час нагріву з забезпеченням потрібного зусилля притиснення шарів друг до друга. Особистістю цих процесів є також те, що тиск газу у печі підвищується при нагріві у изохоричних умовах, а зростання тиску викликає змінення теплопередачі конвекцією у пічному просторі. Останнє забагато залежить від виду нагріву і конструкції печі.

У роботі досліджено три виду нагріву: прямий й побічний електричні та нагрів у розплаві скла. Кожний вид нагріву призначається для обробки виробів певного сортаменту і визначення, стосовно до котрих розроблені конструкції компресійних печей.

Піч з прямим електронагрівом (мал. 1, а) призначена для отримання біметалевих труб діаметром до 40 мм, товщиною стінки до 5мм й довжи

Принципові схеми компресійних печей для отримання біметалевих порожнистих виробів з електроконтактним (а) . та побічним (6) нагрівом

1-біметалевий виріб; 2,3-рухомий і нерухомий контакти;

4-корпус печі; 5-сірумовводи; б-натяжний пристрій; 7-водяне охолодження; 8- електронагрівач; 9-теплова ізоляція; 10-кришка

Мал. 1

ною до 2000мм, котрі можуть бути використані, як готовий виріб чи підлягає подальшій холодній пластичній деформації для отримання труб різних розмірів. Мала інерційніш, печі досягається завдяки відсутності теплової ізоляції корпусу, це дозволяє гнучко керувати режимом нагріву.

Піч з побічним електронагрівом (мал. 1, б) призначена для отримання біметалевих виробів діаметром до 120 мм, з товщиною стінки до 12 мм й довжиною до 400 мм, які мають малі значення електроопору, наприклад, під час плахирування сталевих виробів сплавами на основі меді, коли використання прямого елекіронагріву неефективне. При з'єднанні шарів з матеріалів, що не дозволяють забезпечити високу якість герметизації міжшарового простору, (то б то висока можливість проникнення інертного газу з робочого простору печі у зазор між шарами) викори-стуєгься нагрів заготівок у розплаві скла, який має достатню в'язкість. Це запобігає проникнення пічної середи у зазор між шарами. Розогрів розплаву у компресійній печі здійснюється у тиглі з використанням побічного електронагріву.

У відміну від розглянутих процесів компресійна обробка біметалевих виробів гарячою роздачею парогазовою сумішшю - швидкісна, а процеси нагріву та дії газу високого тиску на гарячу заготівку поділені у часу (мал. 2). Нагріту до темпфатури гарячої пластичної деформації двошарову заготівку транспортують до установці роздачі та містять у матрицю. За допомогою ущільнюючих конусів порожнину заготівки герметизують по торцях. З ресивера у замкнуту порожнину подають стиснене повітря тиском до 150бар, а потім за допомогою плунжерного насоса подають порцію рідкого палива (дизельного, вододизельної емульсії). Зпа-люючись, вона створює необхідний для деформації тиск. Під час деформації виникає з'єднання шарів. Таким чином, у цьому випадку робочим простором компресійної печі є безпосередньо порожнина розігрітої двошарової заготівки, а процес гарячої роздачі можна розглядати як варіант процесу обробки у компресійній печі.

Експериментальні дослідження впливу температури на якість з'єднання показали, що зменшення температури веде до зниження міцності та стабільності якості з'єднання. Температура деформації залежіть від розта

Принципова схема компресійної обробки біметалевих виробів гарячою роздачею.

-**» ггасло

—е* лро&у*’'™* сгОуОсгж/я

1-матриця, 2-ущильшоючі пристрої, 3-ресивер, 4-насос,

5-повпряний клапан, б-клапан випуску продуктів зпалення ' Мал. 2

щування шарів у заготівці та інтенсивності її охолодження під час тран споріування від нагрівального пристрою до матриці і при наповненні по рожнини труби стисненим повітрям. Час наповнення - малий і складає

0,1-0,25 с, але інтенсивний теплообмін (тепловий потік досягає 10-12 МВт/м2) може приводити до відчутного зниження температури ] контакті шарів, особисто при внутрішньому плакируванні. Таким чином теплові процеси визначають як якість виробів, так і техніко-економічи показники роботи обладнання при отриманні біметалевих порожниста: виробів у компресійних печах з використанням тиску текучих серед. Спе цифіка форми і технологій отримання біметалевих порожнистих виробі а також' відсутність наукової основи для проектування й експлуатаці компресійних нагрівальних печей визначили необхідність дослідженн особливостей їх теплової роботи, створення над ійних математичних моде лей теплових процесів, розробки і апробації' принципових конструк тав них рішень.

2. Вибір методу чисельного дослідження процесів теплопровідності у біметалевих виробах.

Вибір методів рішення нелінійних задач теплопровідності у шаруватих тілах займає особисте місто у створенні математичних моделей процесів теплообміну у компресійних печах і їх чисельного дослідження. Проведений аналіз методів показав, що разом з інженерними і чисельними методами, для моделювання температурних полів у тілах канонічної форми перспективно використання чисельно-аналітичних методів, які мають високу надійність результатів і прості обчислювальні алгоритми. Основним недоліком чисельно-аналітичних методів с обмеження, зв'язані з залежністю коефіцієнтів переносу вш температури.

У роботі запропоновано дві модифікації методу чисельного инте-ірування аналітичних рішень (ЧІАР), дозволяючи поширити межі використання чисельно-аналітичних методів для вирішення нелінійних задач теплопровідності з урахуванням залежності теплофізичних характеристик матеріалів від температури. Перша модифікація заснована на використанні дня будування алгоритму, як базового, аналітичного рішення задачі теплопровідності з коефіцієнтами переносу - функціями часу. Нижче приведені базове рішення задачі теплопровідності для порожнистого циліндра з граничними умовами другого роду ІД =Ш,с=Ша також обчислювальний алгоритм, котрий подалі використовувався для будування моделі теплообміну у двошаровій трубі.

Обчислювальний алгоритм, отриманий після перетворення інте-. гралів згідно з квадратурними формулами для п-го моменту часу, має вид

Такий підхід дозволяє вирішувати задачі, у котрих перепад температур у тілі по ходу процесу та динаміка змінення коефіцієнтів переносу невисокі, осередаення властивостей по товщині тіла не приводить до значних помилок.

Як що осереднення властивостей по перерізу тіл неприпустиме, рекомендовано користуватися другою модифікацією чисельно-аналітичного методу з введенням еквівалентних джерел тепла і теплового потоку, які дозволяють урахувати вплив змінення теплофізичних властивостей у залежності від температури. Порівнюючи рівняння теплопровідності у нелінійній постановці з лінійним рівнянням, яке мас еквівалентні джерела тепла, можливо отримати вирази для цих джерел: наприклад, для розглянутого раніше випадку цей вираз мас вид

де

о гн

а еквівалентний теплові потік на поверхні циліндра відповідно

К і' =

Обчислювальний алгоритм при цьому незначно змінюється, а отримання еквівалентних джерел тепла проводять за допомогою залежностей

Інтеграли по координаті у виразах для Сї, ч"* , які включають

еквівалентні джерела тепла, визначалися чисельно, стандартними методами. На кожному кросі за часом визначаються температури і їх диференціали у фіксованих точках по перерізу тіл (вузлах просторової сітки).

Точність обчислювання температурного поля модифіційними чисельно-аналітичними методами зв'язана з точністю чисельного визначення інтегралів по _часу. Обчислювальні експерименти у діапазоні реальних значень інтенсивності нагріву дня випадку обробки заготівок у компресійних печах дозволили отримати залежність для вибору розрахункового інтервалу за часом ько-щт Го , який забезпечує розмір

погрішності обчислювання не більш 1%.

С 6)

де

3. Дослідження теплообміну у компресійних печах з прямим «іектроконтактним нагрівом.

Аналіз теплового балансу робота компресійних печей з прямим елекіронагрівом і результатів експериментального дослідження процесів теплообміну методом стаціонарного теплового потоку показали, що більш 95% енерговитрат складають збитки тепла випромінюванням і конвекцією, збитки енергії на нагрів заготівки не перевищують 4%. Високі теплозбитки до корпусу печі з'ясовуються необхідністю її роботи під тиском газу до 15МПа, що потребує водяного охолодження корпуса виходячи з вимог до його міцності. З підвищенням тиску інертного газу у печі різко збільшуються збитки тепла, які викликані інтенсифікацією природної конвекції за рахунок значного (більш ніж у 100 разів) росту густини інертного газу. Доля збитків тепла випромінюванням від нагріваємої заготівки до корпусу печі складає 20%-5б% від сумарних збитків, конвек-тивної складаючої - 80%-44%.

У результаті обробки експериментальних даних отримано безрозмірні залежності відносної швидкості нагріву інертного газу у ізохоричних умовах і коефіцієнта тепловіддачі конвекцією від заготівки до корпусу печі.

Методика обчислення контактної теплової провідності між шарами, запропонована Четінкалпе і Фішенденом, дає певні результати, це встановлено шляхом порівняння розрахункових значень теплової контактної провідності, отриманих з використанням результатів експериментального дослідження геометрії контактних поверхонь двошарових заготівок, з дослідними даними. Показано, що у випадку обробки двошарових заготівок в компресійних печах більш значний вплив на теплообмін в контакті мають масштабні відхили поверхні від ідеальної форми, ніж їх шорсткість.

На базі двох модифікацій чисельно-аналітичного методу ЧІАР проведені обчислювальні дослідження температурного поля заготівки при прямому електроконтактному нагріві з використанням експериментальних значень коефіцієнтів тепловіддачі і швидкості нагріву газу. Встано-

влено, що перепад температур між шарами заготівки не перевищує 40°С, а по товщині шарів - 3°С. Температура виробу по довжині, виключаючи кінцеві ділянки 300-400мм, які примикають до контактів, практично

О -

рівномірна (А Т <30 С). Це дозволило подальше користуватися моделлю термічно тонкого тіла.

Довжина кінцевих ділянок зі зниженою температурою визначається особистостями конструкції дослідженої печі, які приводять до інтенсифікації конвекгавної тепловіддачі у місцях установки електроконтакгів, що є суттєвим недоліком і повинно бути урахована під час проектування нових агрегатів.

4. Розробка та освоєння технології і обладнання для

отримання особовоточних біметалевих труб.

Встановлено, що міцне твердофазне з'єднання металів у компресійних печах визначають три технологічні параметри:

-рівень зусилля стиску шарів метала друг до друга, які достатні для створення контакту з'єцнуємих поверхонь з початку до кінця нагріву заготівки;

-час процесу;

-температура нагріву заготівок у місці контакту шарів.

Нагрів заготівок впливає на змінення контактного тиску шарів друг на друга у наслідку їх різного теплового розширення, змінення механічних характеристик матеріалів, зростання тиску газу при нагріві у ізохоричних умовах. Значення тиску шарів друг на друга визначали методом математичного моделювання прилягаючих, процесів нагріву і деформації шарів метала. У зв'язку з цим математична модель включає деформаційну та теплову частини.

Створена математична модель деформації шарів під час нагріву у компресійній печі, яка дозволяє визначати тиск у контакті між шарами. У основу моделі покладені відомі рішення для деформації порожнистого циліндра у пружний й пружно-пластичній області, а також приближения ідеальної пружно-пластичної середи.

У тепловій частині моделі використані отримані нами емпіричні залежності теплообміну конвекцією і швидкості нагріву газу. Шари заготівки розпищалися як термічно тонкі. У цьому випадку задача нагріву двошарових заготівок в. компресійній печі з прямим електроконтактним нагрівом включає систему рівнянь: рівняння теплового балансу зовнішнього шару

аг л,.

)*}Р -а {Т-Т.)Р-,пс— + 1У; С7)

1 ОТ * * 1 <г і* ' кор* * н м \ Ьр' н. гГ л- і*

рівняння теплового балансу внутрішнього шару сГГ "* *

с», (Г-Г)К; С8і

2 2 Л- 2 2 і' к’

емпіричне рівняння швидкості нагріву газу.

40,452

0,778-10^;

Адаптація теплової частини цієї спрощеної моделі показала, шо результати розрахунку температур відрізняються від експериментальних значень та обчислених методом ЧІАР не більш як на 5%.

Визначено залежності контактного тиску, які забезпечують міцне з'єднання шарів при мінімальному початковому тиску газу та максимальній швидкості нагріву. Обчислювання проводилися з використанням результатів технологічних експериментів по обробці біметалевих труб різного сполучення матеріалів. •

Визначено теплотехнологічні режими отримання біметалевих труб для п'яти варіантів матеріалів шарів з різними видами елеюронагріву. Розробка режимів проводилася шляхом математичного моделювання з використанням чисельних залежностей контактного тиску. Режими (тиск аргону 40 -1 Юбар, час обробки при постійній температурі 900 - 1200 С на протязі 10-30 хвил) адаптовані при виробленні дослідних партій труб (мал 3). На Дослідному заводі Державного трубного інсгтуїу налагоджено вироблення промислових партій особовоточних біметалевих труб зі

сталі ОХ 16Н15МЗБ + армко заяізо. Економічний ефект птзд 189 тис. руб. у цінах 1985-1988рр.

На основі аналізу теплотехнічних та експлуатадшних особистостей компресійної печі СДГ30/2100-15 запропонована принципова схема компоновки промислового агрегату з горизонтальним розташуванням заготівки у індивідуальній камері. Неот*шною вимогою до конструкції с виключення розташування газових порожностей вище рівня осі наїрівашоі' труби для зменшення тешюзбигків від заготівки до корпусу печі природною конвекцією.

Типові теплотехнологічні режими отримання біметалевих труб зі сталі 0Х16Н15МЗБ + армко залізо.

5. Експериментальні дослідження теплообміну і особистостей теплової роботи компресійних печей з побічним електронагрівом.

Експериментальні дослідження проводили на дослідній компресійній печі СДГ120/300-15 у діапазоні початкового тиску інертного газу 0-80 бар. Дослідженнями встановлено, що основною статтею енерговшрат

компресійних печей з побічним електронагрівом е акумуляція тепла вогнетривкою засипкою й корпусом печі. Доля енерговитрат на наїрів заготівки і інертного газу не перевищує 3-5%.

Підвищення тиску газу приводить до зростання збитків тепла, у тому числі безпосередньо з робочої камери та від нагріваемої заготівки за кошт інтенсифікації природної конвекції. Це приводить до необхідності підвищення температури наїрівача і, відповідно, викликає додаткові енерговитрати на акумуляцію теплоти.

Отримані емпіричні залежності відношення коефіцієнтів теплопередачі від нагрівача до заготівки і від заготівки до корпусу печі, яке дозволяє при проектуванні визначати необхідну температуру нагрівача з урахуванням теплообміну з участю газу високого тиску.

Основними шляхами зниження енерговитрат є: - зниження збитків на акумуляцію тепла вогнетривкою засипкою та корпусом печі; - зниження збитків тепла від заготівки до корпусу печі. У роботі запропоновано і експериментально апробовано технічні рішення, спрямовані на покращення теплової роботи компресійних печей, у тому числі конструкції вогнетривких пробок, які екранують робочу камеру печі від її корпуса (а. с. 1436353, 1605440). Розміри, конструкція і розташування пробок забезпечують зниження тегаюзбитків з робочої камери, при цьому перепад температур по висоті виробу не перевищує 30 С та досягає необхідної га-зопроншсливості пробок при наповненні печі газом.

Розроблено засіб примусового охолодження виробу інертним газом високого тиску з використанням рециркупяційної системи (а. с. 1513758). Проведені дослідження цієї системи показали, що продуктивність печі зростає до 30%-45% порівнюючи з природним охолодженням виробу разом з піччю.

Одночасно з скороченням часу охолодження зменшуються збитки тепла на акумуляцію вогнетривкою ізоляцією і корпусом печі у наступному після охолодження циклі обробки, що у підсумку приводить до скорочення часу і енерговитрат на наїрів заготівки більш, ніж удвічі.

Процес охолодження носить сталий характер, температура газу на вході у піч 40 - 70°С, на виході з печі - 330 - 240°С. Швидкість охолодження виробу складає 0, 6-1, 4°С/с, а ефективний коефіцієнт тепловіддачі від

заготівки до газу складає 16-26 Вт/(м2*К) у залежності від початкового тиску (іустини) газу у системі охолодження.

Розроблена конструкція.системи уводу охолоджуючого газу у піч, яка забезпечує перепад температури під час охолодження по висоті виробу не більш 70-100 С.

6. Розробка технології і обладнання дня отримання біметалевих виробів у компресійних печах з побічним еяеюронаїрівом.

На дослідній компресійній печі СДП 20/300-15 проведені дослідження по отриманню біметалевих трубних вузлів ядерних ректорів ВВЭР-1000 з вуглецевої сталі, плакированої зсередини нержавіючою сталлю. Результати досліджень показали принципову можливість отримання міцного з'єднання, відповідного вимогам до якості для виробів -комплектуючих атомний реактор. Міцність з'єднання перевисила міцність матеріалу основного шару з сталі 22К. Ультрозвуковий контроль показав, шо значення дефектів на ділянці 10x10 см не перевищує 20мм2. Визначено технологічні параметри (тиск обробки -120бар, температура нагріву - 1200°С), забезпечуючи якісне з'єднання шарів. Ці параметри лягли у основу розробки дослідної компресійної печі для отримання натурних зразків трубних біметалевих вузлів реактора ВВЭР-1000, з метою проведення іспитів і паспортизації нової технології стосовно з вимогами Держатом-надзора.

Разом з ВО "Атоммаш" розроблено робочій проект дослідної компресійної печі СДГ450/1500-20, яка має такі технічні характеристики: спо-жмваєма потужність-100 кВтдабаригні розміри - 1300мм, висота -

4145мм;маса печі -10000кг.

Результати дисертації використані на ВО "Південний машинобудівний завод" при розробці та впровадженні технології і обладнання для отримання біметалевих порожнистих виробів з бронзи, плакованих зсередини нержавіючою сталшо. Проведені дослідження дозволили налагодити вироблення промислових партій біметалевих виробів на дослідних агрегатах СДГ120/300-15 й одночасно створити промислову компресійну піч

СДП 30/350-15 та участок на базі ВО “Південний машинобудівний завод". Економічний ефект склав 509,8 тис. руб. у цінах 1988р.

7. Дослідження процесів теплообміну при термічній обробці біметалевих виробів у розплаві скла під тиском.

Сформульовані основні технологічні вимоги до розплаву скла для нагріву біметалевих виробів у компресійних печах, на базі котрих шляхом експериментального дослідження отримано оптимальний склад розплаву, який включає: В203 - 56%, Иа20 - 24%, СиО - 1,7%, їїе304 - 1, 7%, БІ02 -15, 5£ Цей состав забезпечує достатній рівень дегазації розплаву і мінімальне його затікання у міжшаровий простір заготівки. Середнє значення винесення розплаву разом з заготівкою складає 1,25 -1,35 кг/м2.

Експериментально визначені технологічні режими з'єднання біметалевих порожнистих виробів і труб з сприятливим розташуванням матеріалів шарів:сгаль 10 + мідь, сталь 10 + бронза, 0Х13Н37Г + мідь. Якість з'єднання шарів забезпечує проведення фінішної холодної деформації біметалевих виробів без розшарування.

Дослідження з обробки виробів з несприятливим складом коефіцієнтів лінійного розширення ( мідь + сталь 10) показали, що режим нагріву заготівки на початковій стадії після занурення у розплав безпосередньо впливає на кінцевий результат обробки і значно обмежує сортаментні можливості цього варіанту нагріву. У початковій стадії нагріву відсутній зовнішній тиск, який стискає шари. Це викликано необхідністю герметизації печі й подачі інертного газу. Одночасно при нагріві до 200 -400 С відбувається перехід матеріалів шарів з зони пружності у пластичний стан. При цьому основна величина деформації відноситься до менш міцного зовнішнього плакируючого шару, що у підсумку приводить до втрати його стійкості й виникненню бочкообразної форми, яка не дозволяє отримати з'єднання. У зв'язку з цим проведені у роботі дослідження теплообміну між заготівкою й розплавом були спрямовані на розробку засобу керування режимом нагріву заготівок.

Експериментальні дослідження кінетики намерзання і розплавлення насталю на поверхні заготівки показали, що товщина настишо складає

1,5 - 2 мм, що сорозмірно з товщиною стінки заготівки і значно впливає на теплообмін. Утворювання настишо відбувається у початковий період, рівний менш 1 хвил з моменту‘загрузки, а його розппавпення - з часом 4 -

5 хвил, (при всій тривалості нагріву 16-18 хвил), так що ці процеси супроводжують наїрів заготівки на початковій стадії. Перехід скла з рідкого стану у твердий і назад супроводжується плавним зміненням його в'язкості, теплофізичних, властивостей. У зв'язку з цим намерзання й розплав-лення настилю може розглядатися як нагрів з змінюючимся коефіцієнтом тепловіддачі, значення котрого визначали експериментально для внутрішньої та зовнішньої поверхні заготівок.

Результати обробки експериментальних залежностей подані у таблиці, з котрої виходить, що нагрів з зовнішньої поверхні заготівки відбувається інтенсивніше, ніж з внутрішньої. Це результат впливу променистої складаючої теплового потоку від тигля крізь розплав.

Коефіцієнти тепловіддачі від розплаву до заготівки.

Діапазон температур нагріву, С 20-600 600-750 750-900

Коефіцієнт тепловід-дачи до наружної поверхні заготівки, Вт/(мг-К) 130-150 50-70 25-30

Коефіцієнт тепловід-дачи до внутрішньої поверхні заготівки, Вт/(м2-К) 110-120 30-40 20-25

Використуючи експериментальні значення коефіцієнтів тепловіддачі від розплаву до виробу, розробили математичну модель процесу нагріву двошарових заготівок у розплаві скла. Модель заснована на приближенні термічно тонких тіл й ураховує тепловий контактний опір між шарами.

Обчислювання підтвердило припущення об інтенсивнім нагріві заготівок у початковий період циклу. Під час першої хвилини температура зовнішнього шару перевисила 600°С, що й привело до незворогаьої деформації зовнішнього плакируючого шару.

У дисертації запропоновано використання теплоахумулюючих екранів, які захищають зовнішню поверхню заготівок від прямого контакту з розплавом (а. с. 1692790). Проведені обчислювальні дослідження дозволили оцінити ефективність запропонованого технічного рішення й визначити необхідні розміри теплоакумулюючих екранів для широкого сортаменту двошарових заготівок мідь+сталь 10.

Експериментальні дослідження з обробки біметалевих заготівок

& 34 х 3, 1 мм з теплоакумулюючим екраном з вуглецевої сталі товщиною Змм підтвердили ефективність запропонованого засобу регулювання нагрівом заготівок. Використання екранів виключило втрату стійкості зовнішнього шару й забезпечило міцне з'єднання шарів, об цім свідчило проведення холодної пластичної деформації труб без розшарування.

8. Дослідження охолодження двошарових заготівок при отриманні біметалевих виробів гарячою роздачею парогазовою сумішшю.

Охолодження заготівок при наповненні порожнини труби повітрям відбувається з внутрішньої поверхні, що впливає у першу чергу на температуру контакту виробів з внутрішнім плакируванням. Мала тривалість процесу наповнення дозволяє з достатньою ступеню надійності використовувати при обчислюванні охолодження заготівки середнє значення теплового потоку за весь період. Діапазон експериментальних значень середнього теплового потоку, по літературним даним, складає 2-4 Мвт/м2.

Дослідження охолодження заготівки проводили шляхом математичного моделювання з використанням методу митьтевого регулярного режиму, з урахуванням теплового контактного опору між шарами.

Обчислювальні дослідження показали, що за період наповнення порожнини заготівки стислим повітрям зовнішній (основний) шар не встигає повністю вступити у процес теплообміну. Максимальна товщина охо-

лоджушого шару складає не більш 2,5 мм для вуглецевої сталі. У той же час зниження температури плакируючого шару у ряді випадків може впливати на якість з'єднання, особливо це помітно при внутрішньому

шгакируванні міддю. При цьому встановлено, що основний вплив на температурний режим охолодження має не діаметр, а товщина плакируючого шару. Цей висновок справедливій й для перепаду температури між шара-

О

їли, величина кшрого може складати 165 С.

Аналіз отриманих результатів дозволив визначити товщину внутрішнього плакируючого шару який дозволяє отримати зниження середньої температури у контакті не більш ніж на 50°С і, таким чином, гарантуючого необхідну міцність і стабільність з'єднання шарів. Для труб сталь вуглецева + мідь - Я гаї > 2 мм, для труб з вуглецевої і нержавіючої сталі - 3 пп > 1 мл. Отриманні результати відносяться до заготівок з зовнішнім діаметром 80-120мм.

Дослідження процесу охолодження при транспортуванні двошарових труб проводили шляхом прямих експериментів і математичного моделювання теплообміну. Значення теплової контактної провідності між шарами для випадку охолодження двошарових заготівок уточнювали експериментально шляхом нагріву заготівок у камерній газовій печі до температур, стосовних технології гарячої роздачі. Потім заготівки витягали з печі й охолоджували у природних умовах та матриці установки. У процесі нагріву і охолодження вимірювали температури зовнішньої, внутрішньої та контактної поверхні двошарової труби.

Швидкість охолодження шарів була практично однаковою, що дозволило використати для обробки результатів експериментів метод мгаь-тевого регулярного режиму. Результати обробки експериментів для двошарових труб $ 61 - $ 105мм з товщиною 9, 5 - 18мм з сталей Х18Ш0Т+ ст. 10, ст10+Х18Н ЮТ, 12X1ІЗМ * мідь показують, шо у заготівках з зовнішнім шаром, який має коефіцієнт теплового розширення менший, ніж у внутрішнього (при нагріві спостерігається термічний натяг)

- 5000 - 8800 Вт/(м2*К), то б то на порядок вище значення теплової контактної провідності для труб з обернутим розташуванням шарш " - 700 - 800 Вт/(м2*К).

Вюсористуючи отриманні експериментальні значення і алгоритм обчислювання температурного поля двошарової заготівки чисельно-аналітичним методом, провели розрахунки охолодження труб з сталі 10 з зовнішнім плакируванням нержавіючою сгалгпо Х18Н10Т. Величина пла-киругочого шару складала 30% від загальної товщини стінки заготівки. Особливість обчислювання складалася у тому, що теплофізичні властивості шарів приймалися постійними, а тепловіддачею з внутрішньої поверхні заготівки знехтували. Розходження експериментальних і розрахункових даних по температурі на контактній поверхні склало 3 - 4 %.

Паралельно була розроблена інженерна модель процесу теплообміну на основі методу митьтевого регулярного режиму. Порівняння результатів обчислювання температур, отриманих за її допомогою, та експериментальних значень, визначених безпосередньо на промисловій установці ГРП-114 при охолодженні двошарових заготівок о 79*10 мм, показало достатню надійність інженерної методики. Розходження з чисельно-аналітичним методом склало до 5%, а експериментальні значення температур перевищували розрахункові не більш ніж на 8%.

Отримані результати і методики обчислювання були використані під час досконалості технології отримання біметалевих труб на промисловій установці.

Закінчення

1. Аналіз особистостей, теоретичні і експериментальні дослідження технологічних процесів отримання біметалевих порожнистих виробів та труб з з'єднанням шарів у твердій фазі (обробка у компресійних печах ) показали, що якість виробів і техніко-економічні показники роботи агрегатів регламентуються процесами теплообміну між шарами заготівки, засобом нагріву двошарових заготівок, впливом пічної текучої середи високого тиску (інертного газу, розплаву скла, стислого повітря). Вивчення процесів теплообміну і визначення впливу різних факторів та конструктивних параметрів на показники роботи пічних агрегатів з'явилося предметом дійсного дослідження, в результаті котрого отримано необхідні знання й створено теплотехнічні основи високоефективних процесів та

конструкції печей для отримання біметалевих порожнистих виробів і труб заданої якості.

2. Розроблено промислові технології отримання біметалевих порожнистих виробів і труб: сталь вуглецева + мідь, ОХ16Н15МЗБ+ армко

залізо, сталь нержавіюча + бронза, 0ЭХ20Н32МЗБ + 0Х14Н1ІСЗМ2, нержавіюча сталь ферригно-аустенитного класу + ОХ15Н15МЗ, сталь вуглецева + сталь нержавіюча й других сполучень матеріалів, яка включає нагрів двошарових заготівок у текучій середі підтиском 40 - 110 бар й обробку при постійній температурі 900 - 1200 С, що забезпечило твердо-фазне з'єднання шарів між собою по усій поверхні контакту. У залежності від сортаменту заготівок освоєно три виду нагріву: прямий електроконтактний, побічний електричний та нагрів у розплаві скла.

3. У дисертації розроблено дві модифікації чисельно-аналітичного методу' 41 АР, який дозволяє розповсюдити межі його використання дня рішення нелінійних задач теплопровідності з урахуванням зміиения температури. Перша з них основана на використанні для будівлі алгоритму', як базового, аналітичного рішення задачі теплопровідності з коефіцієнтами переносу - функціями часу.

Друга модифікація заснована на введені у обчислювання еквівалентних джерел тепла, які відбивають вплив температурного змінення коефіцієнтів переносу.

4. Експериментально визначені особистості теплової роботи компресійних печей з прямим електроконтактним нагрівом. З підвищенням тиску інертного газу у печі різко зростають збитки тепла, які викликано інтенсифікацією природної конвекції за рахунок значного (більш ніж 100 разів) зростання густини інертного газу.

Отримано безрозмірні формули для коефіцієнта тепловіддачі конвекцією від заготівки до корпусу печі та для відносної швидкості нагріву інертного газу у ізохоричних умовах.

Експериментально апробована методика обчислювання контакгної теплової провідності Четінкалпе й Фішецдена, яка забезпечує отримання певних результатів.

5. На базі двох модифікацій чисельно-аналітичного методу’ ЧІАР проведено обчислювальне дослідження температурного поля заготівки

при прямому електроконтактному нагріві з використанням експериментальних залежностей коефіцієнтів тепловіддачі і швидкості нагріву газу. Аналіз отриманих результатів дозволив обгрунтувати можливість використання моделі термічно тонкого тіла.

6. Розроблена і адаптована математична модель термодеформацій-них процесів обробки біметалевих виробів у компресійних печах, яка дозволяє визначити технологічні параметри (тиск газу, швидкість та температуру нагріву), необхідні для якісного з'єднання шарів.

На основі експериментальних режимів роботи печей визначено значення контактного тиску, яке забезпечує міцне з'єднання шарів при раціональних значеннях технологічних параметрів для ряду сполучень матеріалів. Для них зроблено вибір теплотехнологічних режимів обробки заготівок при різних варіантах нагріву. Режими апробовані під час вироблення дослід них партій біметалевих виробів.

7. Аналіз результатів експериментального дослідження теплової роботи компресійних печей з побічним електронагрівом показав, що основними шляхами покращення теплової роботи компресійної печі з побічним електронагрівом є:

- зниження збитків на акумуляцію теплоти вогнетривкою изоляцією та корпусом печі;

- зниження збитків тепла від заготівки до корпусу печі.

У дисертації розроблено засіб примусового охолодження виробу інертним газом високого тиску, котрий дозволяє знизити збитки тепла на акумуляцію вогнетривкою изоляцією і корпусом печі на 50%-60% та скоротити тривалість циклу обробки на 30%-50%..

8. Експериментально підтверджена можливість отримання у компресійній печі біметалевих порожнистих виробів "сталь вуглецева + сталь нержавіюча", які задовольняють усім вимогам на вузли для атомних реакторів ВВЭР-1000.

Разом з ВО Атоммаш розроблено робочій проект дослідної компресійної печі СДГ450/1500-20 з побічним електронагрівом для виготовлення біметалевих порожнистих виробів - деталей атомного реактора ВВЭР-1000.

9. Проведено комплексне дослідження процесу обробки двошарових заготівок у компресійних печах з нагрівом у розплаві скла. Визначені періоди намерзання і розплавлення насгилю на поверхні заготівки, коефіцієнта тепловіддачі у різні періоди нагріву, з використанням котрих

розроблено математична модель процесу наїріву біметалевих виробів у розплаві.

Розроблено та експериментально апробовано засіб регулювання швидкості наїріву заготівок у розплаві за допомогою тешюакумулюючих екранів, які забезпечують якісне з'єднання шарів виробів широкого сортаменту.

10. Проведено експериментальні дослідження охолодження двоша-

рових заготівок з різними сполученнями матеріалів. Визначено закономірності їх охолодження і значення контактної теплової провідності між шарами. Для труб з сприятливим відношенням коефіцієнтів теплового розширення а{. = 5000 - 8800 Вт/(м2*К), при несприятливому відношенні - -500 - 800Вт/(м2*К).

1 і. Обчислювальні дослідження процесів охолодження двошарових заготівок перед гарячою роздачею показали, що:

- вгщив охолодження при наповненні заготівки стислим повітрям значно може знизити температуру у контакті шарів, при цьому допустимі з точки зору якості виробів товщини плакируючого шару складають йпл > 2 мм при плакируванні міддю, Бпл > 1 мм при ппакируванні нержавіючою сталлю;

- зменшення товщини плакируючого шару біметалевого виробу приводить до різкого пониження температури деформації під час гарячої роздачі та повинно ураховуватися при розробці технологічних режимів і виборі температури нагріву.

12. Отримані у роботі результати зявляготься науковою основою створення високоефективних тешютехнолопчних процесів та конструкцій компресійних печей для вироблення порожнистих біметалевих виробів 1 труб широкох о сортаменту. Розроблені технічні рішення (А. €N1605440, 1556848, 1436353,1006136, 1692790, 1143551, 1513758, 1639918)дозволили створити ефективні компресійні печі і режими обробки біметалевих ви

робів, які використаються у промисловості:

-розроблені і впроваджені у виробництво технологія і промисловий участок по виробництву порожнистих біметалевих виробів бронза + сталь нержавіюча на Дослідному заводі Державного трубного інституту й ВО "Північний машинобудівний завод", (ТУМ5-84). Економічний ефект від впровадження технології і обладнання склав 509,8 тис руб у цінах 1988р;

- на Дослідному заводі Державного трубного інституту експлуатується дослідно-промислова піч СДГ30/2100-15 і налагоджено вироблення промислових партій особовоточних біметалевих труб з сталей ОХ16Н15МЗБ + армко залЬо(ТИ-3-ТР-4-184-83). Економічний ефект від використання труб склав 189 тис. руб у цінах 1988р.

Сумарний економічний ефект від впровадження результатів роботи склав 698,8 тис. руб. у цінах 1988р. Особистий вклад автора оцінюється сумою 288,1 тис. руб у цінах 1988р.

Основний зміст дисертації відображено у роботах

1 .Губинский М.В. Теплотехнические основы получения биметал лических изделий в компрессионных печахЛГеория и практика металлургии -№1- 1997.-с. 35-39

2.Губинский М. В. Исследование теплообмена между слоями двухслойной заготовки при ее охлаждении перед комрессионной обработкой /Придніпровський науковий вісник - №1 - 1997. - с. 18-23

3. Губинский М. В. Метод математического моделирования процессов нелинейной теплопроводности тел правильной формы. - В кн.: Математическое моделирование гфоцессов тепломассопереноса. - Днепропетровск, ДГУ, 1988, с. 35-40.

4. Губинский М. В. Развитие численно-аналитических методов решения задач теплообмена/Доклады международной конференции “Экология и теплотехника"- Днепропетровск, ГМетАУ, 1996, с 131-136

5.Губинский М. В. Экспериментальное исследование теплообмена в компрессионных печах при получении биметаллических изделий с нагревом в расплаве стекла/Придніпровський науковий вісник - №1 - 1997. - с.24-30

6. Резников Е. А., Хейфец Р. Г., Губи некий М. В. Производство биметаллических труб /Ин-т "Чермеггинформация". М. 1992, Вып.2, 32 с.

7. Об эффективности использования ТЦО при производстве биметаллических труб диффузионной сваркой / Ю. И. Розенгарт, Р. Г. Хейфец, М. В. Губинский и др. //Материалы к конференции 'Термоциклическая обработка металлических изделий”. Л: Наука, 1982, с. 94-96.

8. Розенгарт Ю. И., Губинский М. В., У типов В. Ю. Технологический и теплотехнический анализ процесса диффузионной сварки бимеггалличе-ских труб в среде газа высокого давления. - В сб.: Новые технологии производства стальных труб. М.: Металлургия, 1983, с. 44-48.

9. Установки для диффузионной сваркопайки полых биметаллических изделий /Ю. И. Розенгарт, Р. Г. Хейфец, М. В. Губинский, М. В. Унтилов //Сварочное производство, N9, 1988, - с.21-22

10. Розенгарт Ю. И., ГубинскийМ. В., Хейфец Р. Г. К расчету нагрева двухслойных труб //Известия вузов. Черная металлургия, N4, 1988, -с. 7779.

11. Совершенствование технологии производства особоточных биметаллических труб из коррозионностойкой и низкоуглеродистой сталей / Р. Г. Хейфец, М. В. Губинский, Е. А. Резников, А. И. Иртпач // В кн. Развитие процессов трубного производства. - М.: Металлургия, 1990, с.73-78.

12. Хейфец Р. Г., Губинский М. В., Синица Г. И. Диффузионная сварка полых толстостенных изделий изостатическим давлением. // Сварочное производство, N8, 1990, с. 3-4

13. Хейфец Р. Г., Губинский М. В., Синица Г. И. Изготовление биметаллических труб сталь 09Х16Н15МЗБ + армко-железо методом диффузионной сварки. - Автоматическая сварка, 1990, N 9, - с. 47-49.

14. Исследование охлаждения двухслойных труб-заготовок при горячей раздаче парогазовыми смесями. /М. В. Губинский , Р. Г. Хейфец,

Ю. И. Розенгарт, Ю. В. Чичков Ю. В. // Проблемы металлургического производства, Вып. 106, 1991, -с. 14-17.

15. Определение температурного режима сварки биметаллических труб на станах ХПТ и разработка режимов прокатки/ М. В. Попов, В. И. Кравченко, М. В. Губинский и др. - // Повышение эффективности трубно

го производства. -М. -Металлургия, 1991- с. 78-83.

16. Губинский М. В., Хейфец Р. Г., Синица Г. И. Исследование влияния технологических параметров диффузионной сварки на прочность жаропрочных биметаллических труб. //Автоматическая сварка, N 12, 1993 - с. 36-38.

17. Производство биметаллических труб - эффективное направление экономии дорогих металлов /Е. А. Резников, Р. Г. Хейфец, М. В. Губинский М. В., А. И. Иртпач II Черная металлургия России и СНГ в XXI веке, Сборник трудов международной конференции - М.гМеталлургия, 1994г, с. 71-72

18. Gubinsfcij М., Chqfec R. Investigion of heat trfnsfe and thermal preforaiance of presure fumfces / The 5th International scientific cjnference "Enedgy transfoimetion in indastiy", Technika Univeizita Kosice, 1996

19. Розенгарт Ю. И., Губинский М. В., Саркисянц Д. М. Численноаналитический метод расчета нагрева полого однослойного и многослойного цилиндров. - Днепропетровск, 1983. - 12 с, Деп. в ин-те “Черметинформация" 24 июня 1983, N 20227чм-Д83.

20. Губинский М. В., Розенгарт Ю. И. .Каневский Б. И. Дейфец Р.Г. Инженерный метод расчета нагрева двухслойных труб-заготовок при диффузионной сварке в среде газа высокого давления. - Днепропетровск, 1985, -9с. Деп. в Укрниинти 22.04.85, Ш95Ук-85Деп.

21. Розенгарт Ю. И., Хейфец Р. Г., Губинский М. В. Влияние электромагнитных полей на диффузионную сварку биметаллических труб //Тез. докл. всесоюзн. конф. "Действие электромагнитных полей на пластичность и прочность металлов и сплавов", ИМАШ АН СССР, Юрмала, 1987, с. 226

22. Губинский М. В., Волковский О. С., Радченко Ю. М. Решение нелинейных задач теплопроводности численно-аналитическим методом. -Днепропетровск, 1986. - 42 с. Деп. в УкрНИИИТИ 01. 07.87, N 1812-Ук87.

23. Губинский М. В., Аверина Н. С., Лобачевский Е. О. К расчету нагрева полого цилиндра. - 6 с. Деп. в УкрНИИНТИ 16.05.89, Ш25в-Ук89.

24. А. С. 1704987 (СССР). МКИ В23К 20/04 Способ изготовления биме- -таллических труб из стали, плакированной медью /М. В. Губинский,

Зі

В. И. Кравченко, Р. Г. Хейфец, Е. А. Резников - Зл. с ил.

25. А. с. 1006136 (СССР), МКИ 03 В23К 20/26. Установка дня получения биметаллических труб диффузионной сваркой /Е. А. Резников,

Р. Г. Хейфец, Ю. И. Розенгарт, М. В. Губинский и др. - 5 с.: ил.

26. А. с. 1222467 (СССР), МКИ2 В 23К 28/00. Образец для испытания биметаллического соединения на срез /Р. Г. Хейфец, Е. А. Резников,

В. А. Бурное, М. В. Губинский и др. - 4 л с ил.

27. А. с. 1556848 (СССР). МКИ В23К 20/26Установка зля получения биметаллических труб диффузионной сваркой / Губинский М. В.,

Хейфец Р. Г., Розенгарт Ю. И. и др. - 3 л. с ил.

28. А. с. 1639918 (СССР). МКИ В23К 20/14. Заготовка дня изготовления биметаллических труб / М. В. Губинский, Р. Г. Хейфец, Ю. И. Розенгарт и др. - 4л. с ил.

29. А. с. 1143551 (СССР). МКИ В23К 20/00 Установка для получения биметаллических труб диффузионной сваркой / Е. А. Резников,

Р. Г. Хейфец, II. Л. Миропольский, М. В. Губинский и др. - 2л. с ил.

30. А. с. 1513758 (СССР). МКИ иВ2К 20/14 Способ получения биметаллических изделий диффузионной сваркой и пайкой /Р. Г. Хейфец.

М. В. Губинский, Ю. И. Розенгарт и др. - 4л с ил.

31. А. с. 1605440 МКИ В23К 0/26(СССР). Устройство для производства биметаллических деталей / М. В. Губинский, Р. Г. Хейфец, Ю. И. Розенгарт и др. -Зл с га.

32. А. с. 1436353 (СССР). МКИ О 4 В23К 20/00. Устройство для производства биметаллических изделий / Р. Г. Хейфец, Ю. И. Розенгарт,

В. Ю. Унтилов, М. В. Губинский и др. - Зл с ил.

33. А. с. 1692790 (СССР). МКИ Е23К 20/14 Способ получения биметалли ческих полых изделий диффузионной сваркой / Р. Г. Хейфец,

М. В. Губинский, Ю. И. Розенгарт, В. Ю. Унгилов. -2л с ил.

ПОЗНАЧЕННЯ:1ндекси 1,2,- позначають положення шару у багатошаровому виробі;індекси"н", “в", "к" - позначають Еідношешш до зовнішньої, Бтчршгньої та контактної поверхні між шарами;

0 - безрозмірна температура; г - час, с; ц - безрозмірний радіус;

т - маса, кг; X - коефіцієнт теплопровідності, Вт/(м*К); с - питома теплоємкість, Дж/(кг*К); а- - приведений коефіцієнт випромінювання , Вт/(м2*К4); А-г - розрахунковий крок з часу, с;

м, корні характеристичного рівняння задачі теплопровідності для порожнистого циліндра при граничних умовах другого роду; а коефіцієнт температуропровідності, м2/с; ] 0, и. у0 у і - -функції Бес-

селя першого та другого родів, нульового та першого порядків;

Ро - число Померанцева; Кі - число Кірпіичьова; Р° - число Фур'є; аі - теплова контактна провідність, Вт/(м2*К);а -коефіцієнти тепловіддачі конвекцією з зовнішньої та внутрішньої поверхні порожнистого виробу, Вт/(м2*К); & - потужність електричного току, подаваемого на нагрів, Вт.

Анотація

Губинский М. В. Теплотехнические основы получения биметаллических изделий в компрессионных печах. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05. 16.02 - металлургия черных металлов. Государственная металлургическая академия Украины. Днепропетровск, 1996 г.

Защищается дисертационная работа, включающая теоретические и експериментальные исследования тепловой работы компрессионных нагревательных печей, предназначенных для получения биметаллических полых изделий путем соединения слоев в твердой фазе и тепловых процессов, регламентирующих качество изделий.

. В результате разработаны математические модели термодеформационных процессов в компрессионных печах с прямым и косвенным электронагревом, а также с нагревом в расплаве. С использованием этих моделей разработаны эфективные теплотехнологические режимы обработки в компрессионных печах биметаллических изделий широкого сортамента. Созданы высокоэфективные конструкции компрессионных печей, которые апробированы в условиях промышленного производства

Gubinskv М. V. Heat Engineering Fundamentals of Bimetallic Articles Production in Compression Furnaces. Ph. D dissertation on 05. 16. 02 speciality - Ferrous Metals Metallurgy. State Ukraine Academy of Metallurgy. Dnepropetrovsk, 1996. The present dissertation submitted for defence, comprises theoretical and experimental research of compression furnaces heat work which serve for bimetallic hollow articles production by layers connection in hard phase and heat processes, predetermining the quality of articles.

The research resulted in development of mathematical models of thermodeformation processes in compression furnaces with direct, indirect and glassmetal heating. This models allowed to work out effective heattechnologi-cal regimes of compression processing applied to a wide assortment of bimetallic articles. There have been constructed highly effective compression furnaces probed in industnal conditions.

Topical words: hollow bimetallic article, compression furnace, natural convection, electroheatmg, glassmetal, gas pressure.

Ключові слова: порожнистий біметалевий виріб, компресійна піч, природна конвекція, електронагрів, розплав скла, тиск газу.