Przenoszenie ciepła powłoki aluminiującej na gorąco podczas krzepnięcia

Aluminiowanie ogniowe jest jedną z najskuteczniejszych metod ochrony powierzchni stali i stopniowo zyskuje na popularności. Chociaż prędkość wyciągania jest jednym z najważniejszych parametrów kontroli grubości powłoki produktów aluminiowania, to jednak niewiele jest publikacji dotyczących matematycznego modelowania prędkości wyciągania podczas procesu zanurzania na gorąco. W celu opisania korelacji między szybkością ciągnięcia, grubością powłoki i czasem krzepnięcia, w niniejszej pracy zbadano zasadę wymiany masy i ciepła podczas procesu aluminizacji. Modele matematyczne oparte są na równaniu Naviera-Stokesa i analizie wymiany ciepła. Przeprowadzane są eksperymenty z wykorzystaniem samodzielnie zaprojektowanego sprzętu w celu walidacji modeli matematycznych. W szczególności stopiony aluminium jest oczyszczany w temperaturze 730 ℃. Do wstępnej obróbki blach ze stali Q235 stosuje się metodę Cook-Nortemana.

Temperaturę aluminiowania na gorąco ustawiono na 690, a czas zanurzania na 3 min. Do regulacji prędkości ciągnięcia używany jest silnik prądu stałego z bezstopniową zmianą prędkości. Zmianę temperatury powłoki rejestruje się termometrem na podczerwień, a grubość powłoki mierzy się za pomocą analizy obrazu. Weryfikujące wyniki eksperymentu wskazują, że grubość powłoki jest proporcjonalna do pierwiastka kwadratowego prędkości wyciągania dla płyty stalowej Q235 oraz że istnieje liniowa zależność między grubością powłoki a czasem krzepnięcia, gdy prędkość wyciągania jest mniejsza niż 0.11 m/s. Przewidywanie proponowanego modelu dobrze pasuje do eksperymentalnych obserwacji grubości powłoki.

1 Wprowadzenie

Stal do cynkowania ogniowego ma wyższą odporność na korozję i bardziej pożądane właściwości mechaniczne w porównaniu ze stalą do cynkowania ogniowego. Zasada aluminiowania na gorąco polega na tym, że wstępnie obrobione blachy stalowe są zanurzane w roztopionym stopie aluminium w określonej temperaturze na odpowiedni czas. Atomy aluminium dyfundują i reagują z atomami żelaza, tworząc kompozytową powłokę ze związku Fe-Al i stopu aluminium, która ma silną siłę wiązania z matrycą, aby spełnić wymóg ochrony i wzmocnienia powierzchni. Krótko mówiąc, stal zanurzana na gorąco jest rodzajem materiału kompozytowego o wszechstronnych właściwościach i niskim koszcie. Obecnie do aluminiowania zanurzeniowego stosuje się zwykle takie techniki jak Sendzimir, Redukcja nieutleniająca, Nieutleniająca i Cook-Nortemana, dzięki której można realizować wielkoseryjne produkcje ze względu na ich wysoką wydajność produkcji, stabilną jakość produktów i mniejsze skażenie. Wśród czterech technologii, Sendzimir, nieutleniająca redukująca i nieutleniająca charakteryzują się złożonymi procesami, drogim sprzętem i wysokimi kosztami. Obecnie metoda Cooka-Nortemana znajduje szerokie zastosowanie ze względu na zalety elastycznych procesów, niskie koszty i przyjazność dla środowiska.

W procesie aluminiowania na gorąco grubość powłoki jest ważnym kryterium oceny jakości powłoki i odgrywa kluczową rolę w określaniu właściwości powłoki. Dlatego uważa się, że kontrolowanie grubości powłoki podczas procesu zanurzania na gorąco jest kluczowe dla zagwarantowania doskonałej jakości powłoki. Jak już wiemy, istnieje ścisła korelacja między grubością powłoki, szybkością ciągnięcia i czasem krzepnięcia. Dlatego w celu kontroli procesu zanurzania na gorąco i poprawy jakości powłoki konieczne jest zbudowanie modelu matematycznego, który będzie w stanie opisać tę korelację. W niniejszej pracy matematyczny model grubości powłoki i prędkości wyciągania wyprowadzono z równania Naviera-Stokesa. Przenikanie ciepła podczas krzepnięcia powłoki jest analizowane i ustalany jest związek grubości powłoki i czasu krzepnięcia. Eksperymenty z aluminiowaniem ogniowym blach ze stali Q235 metodą Cooka-Nortemana prowadzone są na własnym sprzęcie. Odpowiednio mierzy się rzeczywistą temperaturę i grubość powłoki. Wyprowadzenia teoretyczne są zilustrowane i potwierdzone eksperymentami.

2 Model matematyczny

2.2 Przenoszenie ciepła podczas krzepnięcia powłoki Ponieważ powłoka aluminiowa jest bardzo cienka, można ją przyjąć jako parallelu płyn spływający po płaskiej powierzchni platerowanych kawałków. Następnie można go analizować z kierunku x. Schematyczne wykresy powłoki-podłoża przedstawiono na rys. 2, a rozkład temperatury pokazano na rys. 3.
W celu uzyskania pełnych informacji prosimy o kontakt.