Transferul de căldură al stratului de aluminiu prin scufundare la cald în timpul solidificării

Acoperirea cu aluminiu prin scufundare la cald este una dintre cele mai eficiente metode de protecție a suprafețelor pentru oțel și câștigă treptat popularitate. Deși viteza de tragere este unul dintre cei mai importanți parametri pentru controlul grosimii de acoperire a produselor de aluminizare, cu toate acestea, există puține publicații despre modelarea matematică a vitezei de tragere în timpul procesului de imersie la cald. Pentru a descrie corelația dintre viteza de tragere, grosimea acoperirii și timpul de solidificare, în această lucrare este investigat principiul transferului de masă și căldură în timpul procesului de aluminizare. Modelele matematice se bazează pe ecuația Navier-Stokes și pe analiza transferului de căldură. Pentru validarea modelelor matematice sunt efectuate experimente folosind echipamentul autoproiectat. Mai exact, topitura de aluminiu este purificată la 730 ℃. Metoda Cook-Norteman este utilizată pentru pretratarea plăcilor de oțel Q235.

Temperatura de aluminizare prin scufundare la cald este setată la 690 și ℃ timpul de scufundare este setat la 3 min. Pentru reglarea vitezei de tragere se folosește un motor de curent continuu cu variație continuă a vitezei. Modificarea temperaturii stratului de acoperire este înregistrată de un termometru cu infraroșu, iar grosimea stratului de acoperire este măsurată utilizând analiza imaginii. Rezultatele experimentului validat indică faptul că grosimea acoperirii este proporțională cu rădăcina pătrată a vitezei de tragere pentru placa de oțel Q235 și că există o relație liniară între grosimea acoperirii și timpul de solidificare atunci când viteza de tragere este mai mică de 0.11 m/s. Predicția modelului propus se potrivește bine cu observațiile experimentale ale grosimii acoperirii.

1 Introducere

Oțelul de aluminiu prin imersie la cald are o rezistență mai mare la coroziune și proprietăți mecanice mai dorite în comparație cu oțelul de galvanizare la cald. Principiul aluminizării la cald este că plăcile de oțel pretratate sunt scufundate în aliajele de aluminiu topit la o anumită temperatură pentru un timp adecvat. Atomii de aluminiu difuzează și reacționează cu atomii de fier pentru a forma o acoperire compozită de compus Fe-Al și aliaj de aluminiu care are o forță puternică de legătură cu matricea pentru a satisface cerințele de protecție și întărire a suprafeței. Pe scurt, materialul din oțel cu scufundare la cald este un fel de material compozit cu proprietăți cuprinzătoare și cu costuri reduse. În prezent, tehnici precum Sendzimir, Non-oxidizing reducing, Non-oxidizing și Cook-Norteman sunt de obicei folosite pentru aluminizarea la cald, prin care se pot realiza producții la scară largă datorită eficienței ridicate a producției, calității stabile a produselor și mai puțin poluare. Dintre cele patru tehnologii, Sendzimir, Neoxidant reducător și Neoxidant sunt caracterizate prin procese complexe, echipamente scumpe și costuri ridicate. În prezent, metoda Cook-Norteman este utilizată pe scară largă datorită avantajelor proceselor flexibile, costurilor reduse și ecologice.

Pentru procesul de aluminizare prin scufundare la cald, grosimea stratului de acoperire este un criteriu important pentru evaluarea calității acoperirii și joacă un rol cheie în determinarea proprietăților acoperirii. Prin urmare, modul de control al grosimii stratului de acoperire în timpul procesului de scufundare la cald este considerat crucial pentru garantarea unei calități excelente a acoperirii. După cum știm deja, există o corelație strânsă de cuplare între grosimea acoperirii, viteza de tragere și timpul de solidificare. Prin urmare, pentru a controla procesul de scufundare la cald și pentru a îmbunătăți calitatea acoperirii, este necesar să se construiască un model matematic care să poată descrie această corelație. În această lucrare, modelul matematic al grosimii acoperirii și al vitezei de tragere este derivat din ecuația Navier-Stokes. Se analizează transferul de căldură în timpul solidificării acoperirii și se stabilește relația dintre grosimea acoperirii și timpul de solidificare. Experimentele plăcilor de oțel Q235 de aluminizare la cald, bazate pe metoda Cook-Norteman, sunt efectuate cu un echipament auto-fabricat. Temperatura reală și grosimea stratului sunt măsurate în consecință. Derivarile teoretice sunt ilustrate si confirmate de experimente.

2 Model matematic

2.2 Transferul de căldură în timpul solidificării acoperirii Deoarece stratul de aluminiu este foarte subțire, poate fi luat ca parallel fluid care curge pe suprafața plană a pieselor placate. Apoi poate fi analizat din direcția x. Diagramele schematice ale stratului-substrat sunt prezentate în Fig. 2, iar distribuția temperaturii este prezentată în Fig. 3.
Pentru detalii complete, vă rugăm să ne contactați.