Trasferimento di calore del rivestimento alluminizzante per immersione a caldo durante la solidificazione

Il rivestimento di alluminizzazione per immersione a caldo è uno dei metodi più efficaci per la protezione della superficie degli acciai e sta gradualmente guadagnando popolarità. Sebbene la velocità di trazione sia uno dei parametri più importanti per controllare lo spessore del rivestimento dei prodotti di alluminizzazione, tuttavia, ci sono poche pubblicazioni sulla modellazione matematica della velocità di trazione durante il processo di immersione a caldo. Per descrivere la correlazione tra la velocità di trazione, lo spessore del rivestimento e il tempo di solidificazione, in questo articolo viene studiato il principio della massa e del trasferimento di calore durante il processo di alluminizzazione. I modelli matematici si basano sull'equazione di Navier-Stokes e sull'analisi del trasferimento di calore. Per convalidare i modelli matematici vengono effettuati esperimenti utilizzando l'attrezzatura autoprogettata. In particolare, l'alluminio fuso viene purificato a 730 ℃. Il metodo Cook-Norteman viene utilizzato per il pretrattamento delle lamiere in acciaio Q235.

La temperatura dell'alluminatura a caldo è impostata su 690 e il tempo di immersione è impostato su 3 min. Un motore a corrente continua con variazione continua della velocità viene utilizzato per regolare la velocità di trazione. La variazione di temperatura del rivestimento viene registrata da un termometro a infrarossi e lo spessore del rivestimento viene misurato utilizzando l'analisi delle immagini. I risultati dell'esperimento convalidato indicano che lo spessore del rivestimento è proporzionale alla radice quadrata della velocità di trazione per la piastra in acciaio Q235 e che esiste una relazione lineare tra lo spessore del rivestimento e il tempo di solidificazione quando la velocità di trazione è inferiore a 0.11 m/s. La previsione del modello proposto si adatta bene alle osservazioni sperimentali dello spessore del rivestimento.

1 Introduzione

L'acciaio alluminizzato per immersione a caldo ha una maggiore resistenza alla corrosione e proprietà meccaniche più desiderabili rispetto all'acciaio per immersione a caldo. Il principio dell'alluminatura per immersione a caldo è che le piastre di acciaio pretrattate vengono immerse nelle leghe di alluminio fuso a una certa temperatura per un tempo adeguato. Gli atomi di alluminio diffondono e reagiscono con gli atomi di ferro per formare un rivestimento composito di composto Fe-Al e lega di alluminio che ha una forte forza di legame con la matrice per soddisfare il requisito di protezione e rafforzamento della superficie. In breve, il materiale in acciaio per immersione a caldo è un tipo di materiale composito con proprietà complete e di basso costo. Attualmente, tecniche come Sendzimir, Non ossidante riducente, Non ossidante e Cook-Norteman sono solitamente impiegate per l'alluminatura per immersione a caldo, attraverso le quali è possibile realizzare produzioni su larga scala grazie alla loro elevata efficienza di produzione, qualità stabile dei prodotti e meno inquinamento. Tra le quattro tecnologie, Sendzimir, Non ossidante riducente e Non ossidante sono caratterizzate da processi complessi, attrezzature costose e costi elevati. Al giorno d'oggi, il metodo Cook-Norteman è ampiamente utilizzato grazie ai vantaggi di processi flessibili, a basso costo e rispettosi dell'ambiente.

Per il processo di alluminazione per immersione a caldo, lo spessore del rivestimento è un criterio importante per valutare la qualità del rivestimento e svolge un ruolo chiave nella determinazione delle proprietà del rivestimento. Come controllare lo spessore del rivestimento durante il processo di immersione a caldo è quindi considerato cruciale per garantire un'eccellente qualità del rivestimento. Come già sappiamo, esiste una stretta correlazione di accoppiamento tra spessore del rivestimento, velocità di trazione e tempo di solidificazione. Pertanto, per controllare il processo di immersione a caldo e migliorare la qualità del rivestimento, è necessario costruire un modello matematico che possa descrivere questa correlazione. In questo articolo, il modello matematico dello spessore del rivestimento e della velocità di trazione è derivato dall'equazione di Navier-Stokes. Viene analizzato il trasferimento di calore durante la solidificazione del rivestimento e viene stabilita la relazione tra lo spessore del rivestimento e il tempo di solidificazione. Gli esperimenti di alluminatura a caldo delle piastre in acciaio Q235 basate sul metodo Cook-Norteman vengono eseguiti con un'attrezzatura autocostruita. La temperatura reale e lo spessore del rivestimento vengono misurati di conseguenza. Le derivazioni teoriche sono illustrate e confermate dagli esperimenti.

2 Modello matematico

2.2 Trasferimento di calore durante la solidificazione del rivestimento Poiché il rivestimento di alluminio è molto sottile, può essere preso come parallel fluido che scorre sulla superficie piana dei pezzi placcati. Quindi può essere analizzato dalla direzione x. I diagrammi schematici del rivestimento-substrato sono presentati in Fig. 2 e la distribuzione della temperatura è mostrata in Fig. 3.
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