Transferência de calor de revestimento de aluminização por imersão a quente durante a solidificação

O revestimento de aluminização por imersão a quente é um dos métodos mais eficazes de proteção de superfície para aços e está gradualmente ganhando popularidade. Embora a velocidade de tração seja um dos parâmetros mais importantes para controlar a espessura de revestimento de produtos aluminizantes, no entanto, existem poucas publicações sobre a modelagem matemática da velocidade de tração durante o processo de imersão a quente. A fim de descrever a correlação entre a velocidade de tração, a espessura do revestimento e o tempo de solidificação, o princípio da transferência de massa e calor durante o processo de aluminização é investigado neste artigo. Os modelos matemáticos são baseados na equação de Navier-Stokes e na análise de transferência de calor. Experimentos usando o equipamento auto-projetado são realizados para validar os modelos matemáticos. Especificamente, o alumínio fundido é purificado a 730 ℃. O método Cook-Norteman é utilizado para o pré-tratamento de chapas de aço Q235.

A temperatura de aluminização por imersão a quente é definida para 690 e ℃ o tempo de imersão é definido para 3 min. Um motor de corrente contínua com variação de velocidade contínua é usado para ajustar a velocidade de tração. A mudança de temperatura do revestimento é registrada por um termômetro infravermelho e a espessura do revestimento é medida por meio de análise de imagem. Os resultados do experimento de validação indicam que a espessura do revestimento é proporcional à raiz quadrada da velocidade de tração da placa de aço Q235 e que há uma relação linear entre a espessura do revestimento e o tempo de solidificação quando a velocidade de tração é inferior a 0.11 m / s. A previsão do modelo proposto se ajusta bem às observações experimentais da espessura do revestimento.

1 Introdução

O aço de aluminização por imersão a quente tem maior resistência à corrosão e propriedades mecânicas mais desejáveis ​​em comparação com o aço de galvanização por imersão a quente. O princípio da aluminização por imersão a quente é que as placas de aço pré-tratadas são mergulhadas nas ligas de alumínio fundido a uma certa temperatura por um tempo adequado. Os átomos de alumínio se difundem e reagem com os átomos de ferro para formar um revestimento composto de composto de Fe-Al e liga de alumínio que tem uma forte força de ligação com a matriz para atender ao requisito de proteção e fortalecimento da superfície. Em suma, o material de aço por imersão a quente é um tipo de material composto com propriedades abrangentes e de baixo custo. Atualmente, técnicas como Sendzimir, Redutor não oxidante, Não oxidante e Cook-Norteman são normalmente empregadas para aluminização por imersão a quente, através da qual podem ser realizadas produções em larga escala devido à sua alta eficiência de produção, qualidade estável dos produtos e menos poluição. Dentre as quatro tecnologias, Sendzimir, Não Oxidante Redutor e Não Oxidante caracterizam-se por processos complexos, equipamentos caros e alto custo. Atualmente, o método Cook-Norteman passa a ser amplamente utilizado devido às vantagens de processos flexíveis, baixo custo e ecologicamente corretos.

Para o processo de aluminização por imersão a quente, a espessura do revestimento é um critério importante para avaliar a qualidade do revestimento e desempenha um papel fundamental na determinação das propriedades do revestimento. Como controlar a espessura do revestimento durante o processo de imersão a quente é, portanto, considerado crucial para garantir uma excelente qualidade do revestimento. Como já sabemos, existe uma estreita correlação de acoplamento entre a espessura do revestimento, a velocidade de extração e o tempo de solidificação. Portanto, para controlar o processo de imersão a quente e melhorar a qualidade do revestimento, é necessário construir um modelo matemático que possa descrever esta correlação. Neste artigo, o modelo matemático da espessura do revestimento e da velocidade de extração é derivado da equação de Navier-Stokes. A transferência de calor durante a solidificação do revestimento é analisada e a relação entre a espessura do revestimento e o tempo de solidificação é estabelecida. Os experimentos de aluminização de chapas de aço Q235 por imersão a quente pelo método Cook-Norteman são realizados com equipamento próprio. A temperatura real e a espessura do revestimento são medidas em conformidade. As derivações teóricas são ilustradas e confirmadas pelos experimentos.

2 Modelo Matemático

2.2 Transferência de calor durante a solidificação do revestimento Como o revestimento de alumínio é muito fino, pode ser considerado como parallel fluido fluindo na superfície plana das peças chapeadas. Então ele pode ser analisado na direção x. Os diagramas esquemáticos do substrato de revestimento são apresentados na Fig. 2 e a distribuição de temperatura é mostrada na Fig. 3.
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