sisteme recuperatroare

8/4/2019 sisteme recuperatroare

1/47

UNIVERSITATEA TEHNIC GHEORGHE ASACHI DIN IAI

FACULTATEA DE TIINA I INGINERIA MATERIALELOR

Specializarea: Echipamente pentru Procese Industriale

LUCRARE DE LICEN

Conductor tiinific:Profesor univ. dr. ing. Petric VIZUREANU

Absolvent:


2/47

Iai 2010

UNIVERSITATEA TEHNIC GHEORGHE ASACHI IAI

FACULTATEA DE TIINA I INGINERIA MATERIALELOR

Proiectarea asistat de

calculator a sistemelor

recuperative metalice

Conductor tiinific:

Profesor univ. dr. ing. Petric VIZUREANU

Absolvent:

2


3/47

Iai 2010

CuprinsMemoriu justificativ....................................................................................................................5

I.No iuni teoretice .......................................................................................................................6

I.1.Noiuni introductive...........................................................................................................6

I.2.Posibiliti de recuperare i regenerare..............................................................................6

I.3.Recuperatoare de caldur...................................................................................................7

I.3.1.Tipuri constructive de recuperatoare metalice................................................................8

I.4.Gradul de recuperare a cldurii din gazele de ardere funcie de natura combustibilului.14I.5.Calculul termic al recuperatoarelor i regeneratoarelor...................................................16

I.5.1. Calculul termic al recuperatoarelor ..........................................................................16

I.5.2.Proiectarea asistat de calculator a recuperatoarelor .................................................17

I.5.3. Concluzii ..................................................................................................................18

II.Studiul materialelor utilizate n construc ia tubulaturii recuperatoarelor ..............................19

II.1.Generaliti ....................................................................................................................19

II.2. Caracterizarea i utilizarea oelurilor pentru evi, cazane i recipiente sub presiune la

temperatur ambiant i ridicat...........................................................................................20II.3.Oeluri carbon i oeluri aliate utilizate la fabricarea evilor pentru recuperatoare....... .21

II.4.Domenii de utilizare a oelurilor termorezistente...........................................................23

II.5.Proprieti mecanice de rezisten specifice oelurilor pentru evi.................................23

II.6.Determinarea temperaturii i duratei de func ionare asupra structurii i proprietilor oelurilor termorezistente......................................................................................................25

II.6.1.Determinarea rezistenei la rupere la traciune ...........................................................25

II.6.2.Forma constructiv i dimensiunile epruvetei pentru ncercarea la traciune ............27

II.6.3.Maina de ncercat.......................................................................................................28II.6.4.Exprimarea limitei de curgere .................................................................................29

II.6.5.Determinarea duritii prin metoda Brinell ..............................................................30

II.6.6.Determinarea duritii prin metoda Vickers .............................................................31

II.6.7.Determinarea rezistenei ...........................................................................................33

II.6.8.Utilajul folosit. Ciocanul Charpy .............................................................................33

II.7.Cercetri asupra o elului 12VMoCr10 dup 20.000 ore de func ionare ........................34

II.7.1.Materiale......................................................................................................................35

II.7.2.Metodica de cercetare..................................................................................................35II.8.Cercetri experimentale..................................................................................................36

3


4/47

II.8.1.Analiza compozi iei chimice .......................................................................................36

II.8.2. ncercri mecanice ....................................................................................................36

II.8.3.Concluzii ..................................................................................................................37

III.Proiectarea asistat de calculator a sistemelor recuperative metalice.............................42

III.1.Generalit i ....................................................................................................................42

III.2.Modelul matematic.......................................................................................................43

III.3.Concluzii.......................................................................................................................45

IV.Program recuperator schem logic............................................................................46

Bibliografie...............................................................................................................................47

4


5/47

Memoriu justificativ

Cuptoarele industriale reprezint, pentru inginerii din sectoarele de prelucrri la cald,

utilajul de baz care determin consumurile energetice i calitatea produselor obinute.

Nu se poate concepe o industrie competitiv fr cuptoare i instalaii de nclzire de

un nalt nivel tehnic i cu un grad mare de flexibilitate deoarece construcia de maini i

aparete necesit pentru realizarea produselor, prelucrri la cald (turnare, deformare plastic,

tratemente termice) n proporie de peste 70% din totalul acestora.

Utilizarea raional i eficient a energiei termice, dezvolt prin arderea

combustibililor sau rezultat n instalaii electrotehnice, reprezint principalul indicator de

proiectare a cuptoarelor industriale.

Lucrarea de fa se refer la urmtorul aspect constructiv i funcional al cuptoarelorindustriale: recuperarea cldurii.

n lucrare se trateaz proiectarea asistat de calculator a sistemelor recuperative

metalice.

Scopul lucrrii este abordarea modern a aspectelor constructive funcionale i de

proiectare prin intermediul asistrii de calculator.

5


6/47

I. No iuni teoretice

I.1. Noiuni introductive

Pentru realizarea procesului de nclzire a semifabricatelor n incinta cuptoarelor industrialese utilizeaz, drept surs cald, gaze de ardere dezvoltate n urma proceselor de ardere, gaze

ce sunt eliminate din cuptor cu un important coninut de cldur.

O cale eficient de exploatare a cuptoarelor industriale, n condiii de consum energetic

minim, o constituie recuperarea i regenerarea cldurii din aceste gaze evacuate din cuptor

prin intermediul schimbtoarelor de cldur.

Clasificarea schimbtoarelor de cldur:

1. Schimbtoare de cldur prin suprafa:- recuperative;

- regenerative;

2. Schimbtoare de cldur prin amestec:

- prin amestec;

- prin barbotare;

I.2. Posibiliti de recuperare i regenerare

Exist n linii mari, trei surse din care poate fi recuperat i regenerat cldur prin

instalaii de schimb de cldur i anume:

- coninutul de cldur al produsului dup terminarea ciclului termic de nclzire;

- coninutul de cldur din gazele de ardere evacuate din cuptor;

- coninutul de cldur din fluidele de rcire utilizate pentru rcirea uilor metalice, a

inelor de glisare metalice etc;

Principalele procedee constructive de recuperare a cldurii din gazele de ardere sunt:

- reutilizarea cldurii pentru nclzirea cazanelor de abur;

- reutilizarea cldurii n cuptoarele cu camer de prenclzire;

- reutilizarea cldurii n cuptoarele cu camer dubl;

- reutilizarea cldurii n cuptoarele cu propulsie n contracurent;

- reutilizarea cldurii n cuptoarele cu vatr;

Din punct de vedere contructiv, instalaiile de reutilizare a cldurii gazelor arse pot fi:

- recuperatoare cnd gazele calde eliminate din cuptorul industrial sunt utilizate directpentru prenclzirea aerului sau a gazului combustibil n mod continu.

6


7/47

- regeneratoare cnd gazele arse cedeaz cldur nmagazinat unor zidrii ceramice

refractare, care la rndul ei va ceda cldur nmagazinat.

n prezent principalul material din care sunt confecionate recuperatoarele de cldur

este oelul refractar, care nlocuiete materialele ceramice datorit unor avantaje cum at fi:

- posibilitatea la presiuni ridicate;

- etaneiti optime;

- transfer de cldur mai bun;

- greutate redus;

- acumularea de cldur n perei mic;

Oelul refractar prezint ns i o serie de dezavantaje n raport cu materialele ceramice:

- limitarea la anumite valori maxime a temperaturii gazelor arse;

- imposibilitatea prenclzirii aerului la temperaturi ridicate;

I.3. Recuperatoare de caldur

Principalele caracteristici constructive i funcionale a recuperatoarelor de cldur

sunt:

- schema de circulaie a agenilor termici;

- agenii termici utilizai;- materialul suprafeei de schimb de cldur;

- tipul de transfer termic;

Agenii termici utilizai sunt:

- gazele arse evacuate din cuptor;

- aer de combustie necesar procesului de ardere;

- ap sau abur necesar tehnologic sau pentru instalaiile de nclzire;

Mecanismul principal de transfer termic (convecie, radiaie) condiioneaz materialulsuprafeei de schimb de cldur.

Eficient constructiv-funcional a recuperatoarelor este determinat n primul rnd de:

- suprafaa specific de nclzire pe unitatea de volum m2/m3;

- coeficientul global de transfer termic prin intermediul peretelui solid despritor K,

KV/m2f;

7


8/47

I.3.1. Tipuri constructive de recuperatoare metalice.

Recuperatoare de metal convective

La aceste recuperatoare aerul trece prin evi netede de oel (fig. 1.1). Se construiesc funcie de

destinaie n forme diferite.

Fig.1.1 Recuperator cu evi netede de oel cu circulaia aerului prin evi

n cazul recuperatorului metalic convectiv tip Schack (fig.1.2) gazele arse trec tot prin

evi, n timp ce aerul trece prin spaiile dintre coloane.

8


9/47

Fig.1.2 Recuperator convectiv tip Schack .

Tipurile de recuperatoare prezentate, precum i recuperatoarele executate din font cu

proeminene aciculare de form aerodinamic, pot fi considerate de tip convectiv.

Proeminenele, care pot fi situate pe suprafaa interioar, n contact cu aerul prenclzit i pe

suprafaa exterioar, n contact cu gazele de ardere, pe lng faptul c mresc suprafaa de

nclzire, mresc turbulena gazelor mbuntind sensibil condiiile de schimb de cldur.

Recuperatoare din font i oel de tip termobloc

Se utilizeaz, n special, la cuptoarele mici la care arderea nu se termin n cuptor i la

care alte tipuri de recuperatoare ar avea o durat mai redus de funcionare.

De obicei termoblocurile constau din dou fascicule de tuburi sau canale dispuse

perpendicular, care sunt solidarizate ntre ele prin intermediul unei carcase metalice, n care se

toarn font topit. Prin unul din fascicole, circul gazele de ardere, iar prin cellalt aerul care

se prenclzete .

Separarea acestor fluide este perfect, fapt ce permite i prenclzirea gazelor

combustibile, fr a fi posibil apariia exploziilor.

Fig. 1.3 Recuperator monolit de tipul termobloc

La termoblocurile termofilare, creterea dimensiunilor recuperatorului atrage dup

sine mari dificulti n privina tehnologiei turnrii. De aceea, pentru creterea debitului i

temperaturii aerului prenclzit se construiesc termoblocuri ansamblate din mai multe

9


10/47

elemente. Aceste elemnte pot avea forme diferite. Uneori pot fi construite nct asamblandu-

se alctuiesc mai multe treceri, ceea ce permite prenclzirea aerului la temperaturi de peste

3000C, cnd temperatura gazelor de ardere la intrarea n acesta nu depete 7000C.

Recuperatoarele termobloc se combin de obicei, cu recuperatoarele aciculare i mai

rar cu cele din tuburi metalice de oel. n aceste situaii, ele servesc ca seciuni de protecie

pentru funcionarea la temperaturi ale gazelor de ardere la intrarea n recuperatorul acicular,

ce depesc valoarea admisibil.

Dei recuperatoarele termobloc au mare durat de utilizare, sunt etane, iar construcia lor

este relativ simpl, ele prezint i dezavantaje c:

- greutatea raportat la unitatea de cldur transmis de 3-4 ori mai mare dect la

recuperatoarele aciculare;

- recuperarea unei pri relativ mici din cldur coninut n gazele de ardere,

temperatura acestora la ieirea din aparat fiind de 600-700C.

Recuperatoare de metal prin radiaie

n aceste tipuri de recuperatoare densitatea fluxului termic maxim

qmax=(5893)103w/m2.

Cu ajutorul recuperatoarelor prin radiaie, datorit utilizrii n construcia lor a

oelurilor refractare aerul se poate prenclzi pn la temperaturi de

950-1100C, pentru o temperatur a gazelor de ardere de maxim 1650C.

Din punct de vedere constructiv, n principiu sunt alctuite din dou tuburi metalice

concentrice, de dimensiuni mari, tuburi legate elastic ntre ele prin compensatoare de dilataii.

Gazele de ardere trec:

- prin interior, n cazul nclzirii unilaterale;

- att prin interior ct i prin exterior, n cazul nclzirii bilaterale.n cazul recuratoarelor prin radiaie cu nclzire unilateral (fig1.4), grosimea tablei

tuburilor este de 3-6(mm) i diametrul tubului interior variaz ntre 0,6-1,6 (mm). Distan

dintre tuburi variaz ntre 10-70(mm).

Pentru ghidarea curgerii aerului cu o vitez de 20-30(m/s) se utilizeaz o spiral (fig.1.5).

n cazul recuperatoarelor prin radiaie cu nclzire bilateral (fig1.6), att tubul interior

ct i cel exterior constituie suprafee de nclzire care primesc densitile fluxurilor termice q1

respectiv q2. Principalul avantaj al acestor recuperatoare este gabaritul lor redus. n mareamajoritate a cazurilor, recuperarea cldurii este incomplet i din aceast cauza, pentru o

10


11/47

recuperare ct mai complet, se monteaz n serie un recuperator convectiv cu un recuperator

prin radiaie (fig 1.7).

`

Fig1.4. Recuperator prin radiaie cu nclzire unilateral.

11


12/47

Figur 1.5 Spiral pentru ghidarea curgerii aerului.

12


13/47

Fig.1.6. Recuperator prin radiaie cu nclzire bilateral.

Fig 1.7 Recuperator prin radiaie

n acest caz recuperatorul din evi netede de oel prenclzeste aerul pn la 300-

400C i apoi este nclzit n continuare pn la 600-700C n recuperatorul prin radiaie,temperatur gazelor de ardere este de 1200-1250C.

Pentru prenclzirea combustibililor de tip gazos se pot utiliza recuperatoare de tip

colivie i recuperatoare cu tuburi n spiral (fig1.8), recuperatoare ce prezint i avantajul

expunerii unor suprafee de schimb de cldur mari, evitnd totodat grosimea excesiva a

tuburilor concentrice de tabl.

13


14/47

Fig.1.8. Recuperator cu tuburi n spiral.

I.4. Gradul de recuperare a cldurii din gazele deardere funcie de natura combustibilului

Prenclzirea aerului de ardere cu gazele de ardere rezultate din procesele

pirotehnologice a fost aplicat la cuptoare, iniial, n scopul realizrii unor temperaturi de

ardere ridicate pentru topirea metalelor iar ulterior, ca o msur eficient i n vederea

economisirii combustibililor i mririi randamentelor cuptoarelor. Legat de cele de mai sus se

definete gradul de utilizare a cldurii gazelor de ardere c fiind:

0nK

ai

g gev

V i

V I

=

; unde:

V0= cantitatea teoretic de aer pentru combustie, n (kg/kg);

Vg= cantitatea de gaze ce rezult din arderea unitii de combustibil n (kg/kg);

= coeficentul excesului de aer pentru ardere;

iai= entalpia aerului, n (kw/kg), la temperature de prenclzire Tai;

Igev= entalpia gazelor de ardere, n (kw/kg), la temperatura de evacuare din cuptor Tgev;

Recuperarea tehnologic, care mrete randamentul utilajului este caracterizat prin

includerea cldurii recuperate n procesul tehnologic, din care rezult i c aceast trebuiefcut n cel mai nalt grad posibil. Numai dup aceea se poate trece la realizarea recuperrii

14


15/47

energetice pe baza unor calcule tehnico-economice. Se subliniaz c prenclzirea aerului de

ardere i a combustililului gazos atunci cnd este cazul determin creterea temperaturii

teoretice de ardere astfel c se lrgete domeniul de aplicare a combustibililor cu putere

caloric mic.

Temperaturi de ardere adiabatic Ta, a combustibilului, considernd constant

temteratura produsului tehnologic final Tp i temperatura Tgev a gazelor de ardere, la ieirea

din spaiul de lucru, se determin cu relaia:

a

i fi

g g

H Qt

V C

+

=

; unde:

Qfi = suma cldurilor fizice ale compartimentelor necesare arderii n (Kj/Kg)Cg = cldura specific a gazelor de ardere, n (Kj/(KgaC)

Hi = puterea caloric inferioar (Kj/Kg)

Efectul tehnologic al prenclzirii aerului de combustie se manifest prin creterea

productivitii agregatului.

Aa cum am artat temperatur de ardere adiabetic Ta are valoarea data de relaia anterioar.

innd seam de disocierea CO2 i H2O se determin temperaturi de ardere Tza care este mai

mare dect Ta. Temperatura medie efectiv a gazelor de ardere n camera de lucru n condiiile

schimbului de cldur prin radiaie se determin cu relaia :

Tg= Tgm Tgev , (K) unde :

Tgm = temperatura maxim a gazelor de ardere n centrul arderii.

Tgm=ta + 2730C

=coeficient pirometric

Prin prenclzirea aerului de combustie se economisete o cantitate de energie, legat

chimic sub form de combustibil, mai mare dect cldura sensibil introdus n cuptor cu aerulprenclzit.

Efectul energetic al prenclzirii aerului de ardere cu gazele de ardere este exprimat

de reducerea consumului de combustibil.

Din cele spuse rezult c prenclzirea aerului de combustie este cel mai eficient

procedeu de folosire a cldurii gazelor de ardere.

Gradul de recuperare, R al unui recuperator reprezint raportul dintre cantitatea de

cldur primit de aer i cea coninut n gazele de ardere la intrare n recuperator, adic :

R=100Da (Iai-Iae)/Dg-Igev(%);

15


16/47

Da= debitul de aer ce trece prin recuperator (m3N/h);

Dg = debitul gazelor de ardere evacuate din cuptor i care trece prin recuperator

(m3N/h);

Iai = entalpia aerului prenclzit, la temperatura Tai, (Kj/m3N);

Iai = entalpia aerului exterior la temperatura Tae (Kj/m3N);

Igev = entalpia gazelor de ardere evacuate din cuptor la temperatura Tgev(Kj/m3N);

Rezistena termomecanic a recuperatorului determinat de tipul acestuia i de

materialul din care este constituit, limiteaz mrimile temperaturilor Tgev i Tai. Din punct de

vedere al economiei de combustibil, recuperatorul trebuie s aib o rezistena termomecanic

ct mai ridicat, adic s fie construit din oeluri nalt refractare.

Suprafaa specific Sr a recuperatorului dintre suprafaa de transfer termic A i

volumul recuperatorului V:

Sr =A/V (m3/m3)

ncrcarea termic a suprafeei recuperatorului este cldura transmis de la gaze la aer

prin perei, pe unitatea de suprafaa :

It= Q/A (Kj/m3N)

Ineria termic reprezint durata necesar ajungerii la regimul de temperatur

staionar.

Etaneitatea este o caracteristic foarte important, la recuperatoarele n care se

prenclzete combustibil gazos, deoarece neetanietatea perfect poate duce la formarea de

amestecuri combustibil-aer detonate de autoaprindere, ceea ce este permis.

I.5. Calculul termic al recuperatoarelor iregeneratoarelor

I.5.1. Calculul termic al recuperatoarelor

Transferul de cldur n recuperator

n fig. 1.9 se prezint schema transferului termic ntr-un punct al peretelui recuperator,

cele dou fluide gazoase circulnd de o parte i de alt a peretelui despritor i n acelai timp

transmitor de cldur al recuperatorului.

16


17/47

Fig. 1.9 Schema transferului termic ntr-un punct al peretelui recuperatorului

tg= temperatura gazelor n punctul considerat;

ta= temperatura aerului;

tpg= temperatura suprafeei peretelui n contact cu gazele;

tpa= temperatura suprafeei peretelui n contact cu aerul;

= grosimea peretelui.

gp = coeficientul de transfer termic de la gaze la suprafaa peretelui avnd componente de

convecie Cgp i cea prin radiaie Rgp

pa = coeficientul de transfer termic de la perete la cer.

I.5.2. Proiectarea asistat de calculator a recuperatoarelor

Adaptarea soluiei constructive de recuperator i dimensionarea corect a acestuia

impune un calcul analitic laborios condus pentru o gam de tipuri constructive derecuperatoare, fapt ce necesit un volum important de munc de proiectare care nu totdeauna

conduce la rezolvarea corect a problemei.

Scumpirea excesiv a energiei implic cutarea celor mai corecte soluii, astfel nct

cheltuielile energetice necesare pentru realizarea "caldului" s fie minime conducnd astfel la

creterea rentabilitii procesului de producie.

Schema logic a programului "RECUPERATOR caut s dea rspuns la rezolvarea

problematicii prin compararea cheltuielilor de investiii necesare pentru instalaia de

recuperare i economia de combustibil realizat prin intermediul acesteia. Totodat programul

17


18/47

realizeaz i cazurile n care construcia recuperatorului nu ar conduce la o eficient

economic.

Pentru rezolvarea corect a problematicii este necesar ntocmirea corect a bncilor

de date strict necesare care s cuprind tipodimensiunile constructiv-funcionale a

recuperatoarelor cunoscute i relaiile de calcul de dimensionare a acestora.

I.5.3. Concluzii

Aa cum s-a artat creterea temperaturii de prenclzire a aerului de combustie au

efecte deosebit de benefice la cuptoarele industriale.

Un prim efect const n reducerea cu pn la 50% a consumului de combustibil prin

prenclzirea aerului la 1001100C, fa de situaia de funcionare fr aer prenclzit. n

contextul situaiei energetice actuale, urmrirea realizrii acestui efect se impune cu deosebit

necesitate.

Un al doilea efect const n creterea sensibil a productivitii cuptoarelor, efect

datorat temperaturilor ridicate ale gazelor de ardere din incinta de lucru amplificndu-se

transferul termic prin radiaie. n general prenclzirea aerului la cuptoare se poate realiza prin

dou ci: prin utilizarea recuperatoarelor, la care limita maxim de prenclzire este de 800C

i prin utilizarea regeneratoarelor, la care limita maxim de prenclzire a aerului este de1100C constnd n soluii tehnice complexe, cu costuri ridicate.

Avnd n vedere cele de mai sus este recomandat ca la cuptoarele mici unde se pot

realiza economii de combustibili relativ reduse s se aplice sistemul de prenclzire a aerului

cu recuperatoare cu precdere utilizndu-se tipul de recuperator ceramic intensiv, care

prezint fiabilitate mrit i elimin consumul de oeluri refractare nalt aliate.

La cuptoarele mari unde se pot realiza economii importante de combustibil prin

prenclzirea ridicat a aerului de combustie, se recomand a se utiliza instalaii de ardere curegeneratoare, n pat fix de bile ceramice, care prezint performane tehnice remarcabile.

18


19/47

II. Studiul materialelor utilizate nconstruc ia tubulaturii recuperatoarelor

II.1. Generaliti

Aceste oeluri fac parte din categoria materialelor metalice folosite pentru evi,

aparate i recipiente sub presiune la temperaturi de peste 400C ce trebuie s satisfac

criteriile de rezistent la fluaj i refractaritate. La dimensionarea lor, tensiunea maxim

admisibil va fi cea mai mic dintre valorile:

- 2/3 din rezistena tehnic de durat la temperatura de lucru;

- limit tehnic de fluaj pentru o deformaie de 1% la temperatura de lucru i dup o durat

de 100.000 de ore.

Stabilitatea structurii metalografice i meninerea unei rezistene mecanice la

temperaturi peste 400C, sunt asigurate numai prin aliere, care mpiedic creterea grunilor,

precipitarea unor faze i n general degradarea materialului termorezistent prin micorarea

caracteristicilor de rezisten.

Astfel n figura 2.1, este prezentat modul de descretere n timp dup 160.000 ore, la

510C, a caracteristicilor de rezisten la rupere, ductilitate i rezisten la fluaj a oelului

termorezistent 14MoCr10.

19


20/47

Fig 2.1 Influena duratei de exploatare n condiiile de fluaj asupra caracteristicilor mecanice

ale unui oel aliat termorezistent.

Deformarea i ruperea prin fluaj se realizeaz printr-un proces de alunecare i

rostogolire continu a grunilor cristalini. Punctajul cel mai favorabil rezistenei la fluaj este

5-8.

II.2. Caracterizarea i utilizarea oelurilor pentruevi, cazane i recipiente sub presiune la temperaturambiant i ridicat

Sunt oeluri carbon sau aliate cu Mn; Cr-Mo; Si-Mn sau V-Mo-Cr realizate sub form

de produse tubulare i plate i utilizate n domeniul de temperaturi de 20 +640C conform

exigenelor tehnice impuse i supravegheate de ISCIR: K410; K460; K510; 16Mo5;

14MoCr10; 16Mo5; 12 MoCr22; 12MoCr50; 12VMoCr10; STAS 2883/3-88 pentru produse

plate i OLT 35K; OLT 45K; 16Mo3; 14MoCr10; 12MoCr22; 12MoCr50; 12MoCr90;

12VMoCr10; 20VNiMoCr120; 20VNiMoCr120 STAS 8184/87 - pentru produse tubulare.

Principalele caracteristici de utilizare sunt rezistena mecanic i tenacitatea. De mare

importan pentru aceste oeluri este influien ce o au asuprea caracteristicilor de utilizare

principale, aciunea mediilor agresive, tensiunile mecanice, temperatura i timpul.

Rezistenta mecanic depinde n principal de gradul de aliere cu Cr i Mo i detratamentul termic aplicat. Creterea rezistenei mecanice este posibil prin alierea feritei, prin

prezena carburilor fine dispuse, n special Mo 2C precipitate la 450 600C i prin micorarea

cantitii de ferit din structur. Rezistena la rupere a acestor oeluri este cuprins ntre 400-

640/mm2.

Limita la curgere de 175 590N/mm2 la temperatura ambiant, scade la

100200N/mm2 cu creterea temperaturii de ncercare pn la 450500C, Aceast

caracteristic devine important la folosirea oelurilor la temperaturi moderate sau pe duratescurte, cnd nu intervine fluajul. La temperaturi sau durate de exploatare mai mari cnd

intervine fluajul pstrarea rezistenei i limitei de curgere la valori de utilizare depinde de

stabilitatea structural a oelurilor data n special de rezistena opus la coalescena carburilor

de Mo, Cr-Mo sau Cr-Mo-V-W.

Tenacitatea acestor oeluri are valori ridicate pentru a se evita ruperea fragil n

timpul exploatrii de durat i la temperaturi ridicate (370600C). Fragilizarea la cald a

oelurilor aliate cu Mo sau Cr-Mo este cauzat de durificarea matricei metalice prinprecipitarea cu carburi Mo (Mo2C), se manifest n special n zona influenat termic a

20


21/47

cordoanelor sudate sau la limita fotilor gruni de A (austenit) unde precipit compui

bogai n Cr i Mo sau segreg impuriti. Fragilizarea se poate produce la temperaturi

inferioare celor de apariie a fluajului, cnd se numete fragilizare de revenire i determin

micorarea rezilienei cu pn la 25% i la temperaturi de apariie a fluajului (fragilizarea de

fluaj/cnd produce att micorarea rezilienei ct i alungirii la rupere la fluaj).

Fragilizarea prin hidrogen i fisurarea indus prin hidrogen, apar la temperaturi de -20

+80C, fiind cauzate de absorbia i difuzia interstiial a hidrogenului care ntlnind defecte

preexistente mrete tensiunile de la vrfurile acestora i micoreaz forele de coeziune de la

extremitile defectelor, provocnd ruperea sau fisurarea.

Tensiunile mecanice produse de solicitrile exterioare influeneaz doar fisurarea

indus prin hidrogenare. Prezena hidrogenului n aceste oeluri la temperaturi de peste 220C

provoac decarburarea superficial sau n mas prin descompunerea unor carburi.

Oelurile aliate au o rezisten la oxidare la cald superioar celor nealiate, rezistnd

pn la temperaturi de 600 610C fa de doar 410C. Oxidarea intens la oelurile aliate cu

Cr, Cr-Mo, intervine la 620C, iar la cele nealiate la 540C.

Deasemeni rezistena la coroziune general n puncte sau n cavern datorat

compuilor sulfuroi din mediul chimic de lucru este mai mare la oelurile aliate. Toate

oelurile feritice din aceast categorie sunt susceptibile la coroziune sub tensiune n medii

umede ce conin sompusi de S, Cl sau N, structura de echilibru obinut prin recoacere este

cea mai favorabil sub aspectul rezistenei la coroziune fisurant sau tensiune.

Sudabilitatea acestor oeluri depinde de gradul lor de aliere. n cazul oelurilor aliate

se iau msuri suplimentare privind controlul regimului termic la sudare i la tratamentul

ulterior de detensionare. Detensionarea termic dup sudare poate activa procesele de

fragilizare sau fisurare n zonele de influen termic ale cordoanelor de sudur.

II.3. Oeluri carbon i oeluri aliate utilizate lafabricarea evilor pentru recuperatoare

Oelurile pentru evi utilizate la temperaturi ridicate elaborate n cuptoare electrice,

cuptoare Martin, n covertizoare cu insuflare de 02 sau prin alte procedee echivalente trebuie

s aib compoziia chimic a oelului pe probe de metal lichid (n timpul turnrii) conform

tabelului 2.1.

Observaii:

21


22/47

1. La mrcile de oel nealiat se admit urmtoarele coninuturi maxime de elemente

reziduale: 0,3%Cr; 0,3%Ni; 0,3%Cu; 0,08%As.

2. La mrcile de oel aliat se admit urmtoarele coninuturi maxime de elemente

reziduale: 0,3%Ni; 0,3%Cu; 0,02%Ti; 0,05%As, iar pentru marca 16Mo3 se admite i 0,2Cr.

3. Coninutul de Al total pe produs (agl sau eav) va fi de maxim 0,02%.

Tabelul 2.1.

Marca

Oelului

Compoziia chimic %

C Mn Si S P Cr Ni Mo V W

OLT35K 0,17 0,40,15-

0,350,04 0,04 - - - - -

OLT45K 0,23 0,45

0,15-

0,35 0,04 0,04 - - - - -

16Mo30,12-

0,20

0,5-

0,8

0,15-

0,350,035 0,035 - -

0,25-

0,4- -

14MoCr100,10-

0,18

0,4-

0,7

0,15-

0,350,035 0,035

0,7-

2,1-

0,4-

0,55- -

12MoCr220,08-

0,15

0,4-

0,7

0,5-

0,50,035 0,035

2,0-

2,5-

0,9-

1,1- -

12MoCr500,08-

0,15

0,3-

0,6

0,5-

0,50,03 0,035

4,0-

4,6-

0,45-

0,65- -

12MoCr90 0,08-0,15

0,3-0,6

0,25-1,0

0,03 0,3 8,0-10,0

- 0,9-1,1

- -

12VMoCr100,08-

0,25

0,4-

0,7

0,17-

0,370,025 0,3

10,9-

1,2-

0,25-

0,35

0,15

-0,3-

20VNiWMo

Cr120

0,17-

1,25

0,3-

0,8

0,1-

0,50,3 0,3

11,0-

12,5

0,3

0,8

0,8-

1,2

0,25

0,75

0,4

0,6

La verificarea compoziiei chimice pe produs, fa de compoziia chimic indicat n tabelul

2.1. se admit abaterile din tabelul 2.2.

Tabelul 2.2.

Element

Oel nealiat Oel aliat

Abateri admisibile % Coninut % Abateri admisibile %Carbon +0,02 - +0,02

22


23/47

-0,03 -0,02

Siliciu+0,05

-0,01-

+0,03

-0,01

Mangan+0,03

-0,03-

+0,04

-0,02

Molibden - -+0,03

-0,02

Crom -

Max 1+0,04

-0,02

>1 pn la 2,5 inclusiv+0,05

-0,05

>2,5+0,1

-0,1

Vanadiu - -

+0,03

-0,02Fosfor +0,005 - +0,005Sulf +0,005 - +0,005

Wolfram - max 1+0,005

-0,005

Nichel - max 1+0,005

-0,005

Azot - max 0,1+0,003

-0,003Aluminiu - - +0,005

II.4. Domenii de utilizare a oelurilortermorezistente

Oelurile termorezistente sunt ntrebuinate n principal la executarea diferitelor

elemente ce intr n alctuirea mainilor i agregatelor ce lucreaz cu fluide calde.

Avnd n vedere condiiile deosebite de verificare a oelurilor destinate s lucreze la

temperaturi relativ ridicate, n instalaii cu funcionare continu este mai raional limitarea

numrului de mrci cu aceast utilizare pentru a se concentra eforturile de cunoatere a

acestora.

n ara noastr oelurile acestea sunt standardizate STAS 8184-87 i STAS 2883-88.

Caracteristicile mecanice folosite n calculul de rezisten sunt: limita de curgere la

cald, limita tehnic de fluaj i rezisten tehnic de durat.

II.5. Proprieti mecanice de rezisten specificeoelurilor pentru evi

23


24/47

Caracteristicile mecanice garantate de produs, determinate pe epruvete longitudionale

n condiiile atmosferei ambiante de ncercare conform STAS 6300-64 sunt date n tabelul

2.4.

Tabel 2.3.

Marca oelului

Rezistena

la traciune

*)

Rm N/mm2

Limita de

curgere Rc2 sau

Rpa2 N/mm2

min

Alungirea la

rupere A% pt.

L0=5,63 50 min

.

Gtuirea la

rupere **)

Z% min.

Rezistena

KCU 300/2>

Km2 la

+200C minOLT35K 350.450 230 26 60 60OLT45K 450.550 260 21 60 60

16M03 450560 290 20 55 6014M0Cr10 450380 300 20 55 6012VMoCr10 480630 260 21 55 6012MoCr22 450600 270 20 50 6012MoCr50 Min 410 175 22 45 60

20VNiMoCr120 750.900 500 17 40 80*) n cazul oelurilor nealiate, depirea limitei superioare a rezistenei la traciune cu

20N/mm2 nu constituie motiv de refuz.

**) valorile rezilienei reprezint media a trei ncercri, unul dintre rezultate fiind 0,8 din

valoarea prevzut. Verificarea caracteristicilor de rezilien pe eav se efectueaz numai n

cazul evilor care permit prelevarea unei epruvete normale (10x10mm).

Observaii :

1. Valorile din tabelul 2.3 corespund probelor prelevate din evi tratate termic final conform

indicaiilor din standardele n vigoare (tabelul 2.5).

2. Valorile rezilienei determinate pe epruvete transversale se stabilesc de comun acord.

Tabel 2.4.

Marca oelului

Temperaturi 0C

200 250 300 350 400 450 500Limita la curgere Rel sau Rp0,2 N/mm2 min.

OLT35K 190 170 140 120 110 90 -OLT45K 210 190 160 140 130 110 -16Mo3 260 240 210 190 180 170 150

14MoCr10 280 260 240 220 210 200 18012VMoCr10 250 250 240 230 220 210 19012MoCr22 250 240 230 220 210 200 10012MoCr50 140 135 130 125 120 110 100

20VniWMoCr120 440 420 360 330 270

Indicaiile pentru tratament termic i deformare plastic la cald.

24


25/47

Temperatura de deformare la cald pentru mrcile de oel de mai sus este cuprins ntre

urmtoarele limite: 1100 8500C.

Tabel 2.5.

Marca oelului

Recoacere de

nmuiereTratament termic final

Tempera-

tura de

nclzire0C

Mediul

de

rcire

Normalizare Revenire

Temperatura

de nclzire

Mediul

de

rcire

Temperatura

de nclzire0C

Mediul de

rcire

OLT35K - - 900930 aer - -OLT45K - - 870.900 aer - -16Mo3 680.720 cuptor 910.940 aer - -

14MoCr10 680.720 cuptor 910.940 aer 650.720 aer 12VMoCr10 680.720 cuptor 950.980 aer 710.745 aer 12MoCr22 680.720 cuptor 900.960 aer 680.780 aer

12MoCr50 * 840.900 cuptor - - - -20NiVWMoCr1

20- - 1020...1070 aer 700.780 aer

*) Pentru oelul 12MoCr50 tratamentul final este recoacerea de nmuiere.

II.6. Determinarea temperaturii i duratei defuncionare asupra structurii i proprietilor oelurilortermorezistente

II.6.1. Determinarea rezistenei la rupere la traciune

ncercarea la traciune se execut aplicnd unei epruvete o for axial cresctoare i

msurnd variaiile corespunztoare ale lungimii epruvetei. De obicei ncercarea se face pn

la ruperea epuvretei. Deformarea epruvetei n funcie de fora de traciune se poate evalua prin

msurarea distanei dintre cele dou puncte n funcie de creterea forei aplicate epruvetei.

Curba care rezult se numete caracteristica epruvetei; n cazul unor epruvete cu

dimensiuni diferite, executate din acelai material, curbele caracteristice F=f(L) nu sunt

identice.

Curba caracteristic a epruvetei

25


26/47

Fig 2.2.

Pentru a defini comportarea materialului ar trebui trasat curba caracteristic a

materialului, care s exprime legtura ntre tensiunea T i deformaia E.

ntr-o seciune transversal a epruvetei, tensiunea este constant i se calculeaz cu

relaia: T=F/S n care S reprezint aria seciunii transversale, variabil n timpul ncercrii.

Deoarece este foarte dificil msurarea seciunii epruvetei pe toat lungimea i pe toat durat

ncercrii, tensiunea T se nlocuiete prin raportul convenional R=F/S0 este valoarea seciunii

iniiale a epruvetei.

Pe de alt parte, deformaia specific E nu este constant pe lungimea epruvetei n

tot timpul ncercrii. De aceea, mrimea adimensional E se nlocuiete printr-o alt mrime

adimensional, numit alungimea total, notat At definit prin relaia :

At=100(Lu - L0)/ L0=100L/L0 (%)

n care : L0=lungimea ntre repere;

Lu=lungimea ultim;Dac alungirea total At se evalueaz dup alungirea de rupere i se noteaz cu a

urmat de un indice numeric. Curba caracteristic a materialului se obine, deci, n mod

convenional, n coordonatele R1At.

TA=limita de proporionalitate;

TB=limita de elasticitate;

TC=limita de curgere;

TD=rezistena la rupere;

Figura 2.3.

26


27/47

Poriunea liniar OA arat c lungirea epruvetei este proporional cu for aplicat

(Legea lui Hooke).

Raportul dintre fora maxim i aria seciunii transversale iniiale a epruvetei se numete

rezisten la rupere, notat Rm i msurat n N/mm2

n cazul materialelor cu fragilitate pronunat, rezistenta la rupere este practic aceeai cu

limit la curgere :

n care St este aria seciunii transversale n gtuire n momentul ruperii i se numete gtuire

la rupere = St

St este o msur a tenacitii materialului ncercat.

II.6.2. Forma constructiv i dimensiunile epruvetei pentruncercarea la traciune

Pentru ca rezultatele ncercrilor la traciune s fie compatibile este nevoie c epruvetele s

respecte anumite condiii de form, dimensiuni i prelucrare.

n mod obinuit, epruvetele au seciunea circular sau dreptunghiulara. Lungimea iniial L 0

i diametrul d0 se aleg n aa fel nct raportul =L0/d0, numit factor dimensional s aib

valoarea =s sau =10 unde :

L0=lungimea iniial ntre repere L0=60mm;

D0=diametrul initial al epruvetei d0=10mm;

Lt=lungimea total a epruvetei Lt=120mm;

Mc=lungimea calibrat a epruvetei Lc=80mm;

Lc=L0+2d0 ; R=0,5 d0=5mm

Pe epruvete rotunde, precum d0=610mm se alege :

27


28/47

- abaterea limit 0,075mm;

- tolerana de form: 0,04mm;

Figura 2.4

II.6.3. Maina de ncercat

Principalele pri componente ale mainii de ncercat static la traciune sunt

urmtoarele :

- batiul ;

- dispozitivul de fixare a epruvetei ;- dispozitivul de producere a sarcinii ;

- dispozitivul de msurare a sarcinii ;

- dispozitivul de nregistrare a curbei caracteristice.

Asupra epruvetei se aplic o sarcin progresiv lent, fr ocuri, n Al pn la rupere.

28


29/47

Figura 2.5 Maina universal pentru ncercarea la traciune.

Maina universal pentru ncercarea la traciune din figura de mai sus are un cadru

fix, format din colanele 1 fixate pe batiu i travers 6.

Pompa hidraulic trimite ulei n cilindrul 7 care este fixat de travers 6. pistonul din

cilindrul 7 deplaseaz n sus cadrul mobil format din traversele 4 i 9 i colanele 8. Astfel se

poate executa ncercarea la traciune a unei epruvete montate ntre bancurile 2 i 5, sau

ncercare la compresiune a unei epruvete fixate ntre platorurile de pe traversele 3 i 6 sau

ncercare la ncovoiere utiliznd reazemele 4.

Folosind dispozitive adecvate, se poate efectua i ncercarea la forfecare. Uleiul sub

presiune din cilindrul 7 ajunge i n cilindrul 11, deplaseaz n jos cadrul 12 i rotete

pendulul 10, care antreneaz (printr-un mecanism neprezentat) acul indicator 13.

II.6.4. Exprimarea limitei de curgere

Limita de curgere aparent se determin vizual. Se urmrete continuu deplasarea

acului indicator de pe cadrul de msurare a forei remarcndu-se c la un moment dat dei

alungirea epruvetei se produce n continuare, acul indicator se oprete sau se ntoarce la fore

mai mici ; n aceast situaie acul remorc indic valoarea forei maxime care va fi consideratn cadrul limitei de curgere aparente. n cazul materialului cu limit de curgere aparent, se

determin limita de curgere convenional i limita de curgere remanent.

Pentru determinarea limitei de curgere convenionale Rp se poate utiliza diagrama

trasat prin puncte pe baz msurtorilor.

Figura 2.6.

Dac maina de ncercat este dotat cu un nregistrator care se cupleaz la sistemul

de for al mainii i care primete un semnal electric de la un extensometru montat pe

epruvet, atunci se poate trasa diagrama ncercrii.

29


30/47

Lungimea L indicat de extensometru se poate amplific, astfel nct diagrama

nregistrat s permit fixarea cu precizie a punctului corespunztor alungirii neproporionale

prescrise, alungirea care pentru oeluri, are valoarea uzual Ap=0,2%. Din punctul respectiv se

duce o dreapt paralel cu poriunea cvasiliniara a diagramei; aceast paralel intersecteaz

curb ntr-un punct a crui ordonat este sarcina limitei de curgere convenionale.

Determinarea rezistenei la rupere, a alungirii i a gtuirii la rupere

Rezistena la rupere Rm se obine ca raport ntre sarcina maxim nregistrat n

timpul ncercrii i aria iniial a seciunii transversale a epruvetei.

Alungirea la rupere se determin n general pe epruvete care au factorul dimensional al

epruvetei n=5. Alungirea la rupere se calculeaz ca raport ntre alungirea epruvetei dup

rupere i lungimea iniial i se exprim n procente.

Gtuirea la rupere Z se definete ca diferena dintre aria seciunii iniiale i aria

seciunii ultime a epruvetei raportat la aria seciunii iniiale i exprimat n procente:

Dac epruveta este rotund, diametrul seciunii de rupere se consider media aritmetic adimensiunilor transversale maxime i minime.

II.6.5. Determinarea duritii prin metoda Brinell

Metoda const din imprimarea cu o for F a unei bile de oel cu diametrul prescris

perpendicular pe suprafaa piesei de ncercat.

Duritatea Brinell HB se exprim prin raportarea forei la suprafaa calotei sferice S a urmei

remanente dup ndeprtarea penetratorului, HB=F/S, c o valoare convenional, renunndu-

se la folosirea unitilor de msur daN/mm2. Suprafaa calotei sferice se calculeaz din

diametrul dal acesteia.

( )2 2

2

D D D d S

=

( )2 22 F

HB D D D d

=

30


31/47

n vederea simplificrii obinerii valorii duritii din diametrul urmelor d, s-au

ntocmit tabele pentru bile penetratoare standardizate i fore de ncercare normalizate.

Similitudinea geometric a urmelor produse este asigurat numai dac unghiul =constant.

Rezult c :

( )2 22

1 1 sin / 2

FHB

D

=

deci pentru obinerea valorii duritii constante trebuie ca raportul F/ s fie constant.

Raportul K=F/2 este denumit grad de solicitare.

Gradul de solicitare este ales la determinarea duritii n funcie de natura metalului

i grosimea probei dintr-un ir de valori discrete, standardizate : K=30; 15; 10; 5; 2,5; 1.n funcie de diametrul bilei penetratorului i a gradului de solicitare se aleg

sarcinile de ncercare. Gradul de solicitare K se alege n funcie de duritatea materialului astfel

nct diametrul urmei s satisfac condiia: 0,25


32/47

Notnd cu F fora de ncercare i cu S aria suprafeei laterale a piramidei cu d

diagonal se obine pentru duritatea Vickers expresia :

HV=F/S

20

2 8544,1

2

136sin2

d

Fd

F

HV ==

n practic se msoar lungimea diagonalei cu un microscop de msurat sau cu un

proiector iar valoarea duritii corespunztoare se citete din tabele. Fora de ncercare n

domeniul sarcinilor obinuite este ntre 4,9 daN i 98daN, duritatea obinut fiindindependent de mrimea sarcinii de ncercare.

Figura 2.7

Acest fapt permite o aplicabilitate foarte lung a acestei metode, practic, cu interval

cuprins ntre 10HV i 1900HV.

Grosimea piesei de ncercat trebuie s fie de cel puin 1,5d, adic de circa 10 ori adncimea

de ptrundere a penetratorului.

n vederea determinrii duritii prin metod Vickers se execut cel puin trei urme,

suprafaa fiind pregtit prin prelucrare la o rugozitate impus.

La fiecare urm se msoar cele dou diagonale, calculnd diagonala medie. ntre

cele dou diagonale a aceleiai urme se admite o diferen maxim de 2%. Dac aceast

valoare este depit, se controleaz dac suprafaa piesei este perpendiculara pe direcia de

acionare a penetratorului sau dac materialul nu este anizotrop ceea ce se constat prin

aplicarea urmelor cu orientare variabil a diagonalelor.

Duritatea Vickers se indic cu o precizie de 0,1HV pentru duriti sub 100HV, iar la

duriti mai mari prin cifre ntregi. Valoarea duritii este urmat de simbolul metodei HV

32


33/47

urmat de un prim indice reprezentnd sarcin de ncercare, exprimat n daN i apoi de un al

doilea indice care reprezint durat de meninere a sarcinii de ncercare, exprimat n secunde.

II.6.7. Determinarea rezistenei

Cea mai rspndit ncercare dinamic prin oc este ncercarea de ncovoiere

efectuat pe epruvete crestate, denumit impropriu ncercarea de rezistent, probabil, dup

denumirea data raportului dintre energia consumat la rupere i aria seciunii transversale n

dreptul crestturii.

ncercarea de ncovoiere prin oc este destinat pentru a studia comportarea tenace

sau fragil a metalului n condiii de vitez de deformare mare, de temperatur i de starea de

tensiune iniial spaial. Se mai efectueaz i pentru a controla calitatea i omogenitateastructural a unor produse obinute prin turnare, se verific uniformitatea tratamentelor

termice aplicate i a examin gradul de mbtrnire a metalului folosit la cazane i turbinele

de abur, etc.

ncercarea de ncovoiere prin oc const n ruperea epruvetei dintr-o singur

lovitur a ciocanului pendul, aplicat n dreptul crestturii de la mijlocul epruvetei simplu

rezemat la captul liber al unei epruvete n consol, cu cresttura n dreptul ncastrrii.

La noi n ara ncercarea de ncovoiere prin oc pe epruvete cu cresttur n U seexecut conform STAS 1460-75 i pe epruvete cu cresttur n V dup STAS 1511-81.

II.6.8. Utilajul folosit. Ciocanul Charpy

Utilajul cel mai folosit este ciocanul Charpy datorit simplitii i robusteei

construciei. Ciocanul Charpy const dintr-un pendul prevzut cu un ciocan de greutate Gp ce

oscileaz n jurul punctului O. pentru ruperea epruvetei, aezat liber pe dou reazeme de pe

batiul B ciocanul cade de la o nlime H, dinainte stabilit.

Pentru obinerea energiei consumate se determin H i h sau unghiurile i . La

ciocanul Charpy este montat un cadran pe care lucrul mecani consumat echivalent poziiei

marcate de indicator, este dat direct de gradaiile cadranului.

33


34/47

Fig.2.8.Ciocanul Charpy

Tipuri de epruvete

Pentru executarea ncercrii de ncovoiere prin oc se utilizeaz epruvete cu

crestturi n form de U sau V simplu rezemate pe capete.

Cresttur se execut pe fa epruvetei orientat n afar conductei.

Epruvetele normale Charpy sunt utilizate cu seciunea transversal ptrat i cu o cresttur

n form de U, cu raz de racordare la fundul crestturii de 1mm.

Exprimarea rezultatelor

La ncercarea pe epruvete Charpy U se definete rezilient c fiind raportul dintre

energia consumat pentru ruperea epruvetei i aria seciunii transversale din dreptul

crestturii.

Simbolul rezilienei este kcu Wo/h/b, provenind de la :

K - iniial cuvntului rezilient (n limb german)

C - iniial de la cuvntul Charpy

U - form crestturii

Wo - energia potenial maxim a ciocanului pendul

H - limea epruvetei

Reziliena se exprim n j/cm2 sau daj/cm2

II.7. Cercetri asupra oelului 12VMoCr10 dup

20.000 ore de funcionare

34


35/47

II.7.1. Materiale

ntruct oelul 12VMoCr10 poate fi folosit pe lng recuperatoare de cldur n

cuptoare industriale i n cuptoarele termocentralelor electrice, pentru cercetare s-a luat un

material folosit la CET II Iai sub forma unui tronson de conduct provenind de la cazanul tip

C.R.1244 420t/h de la aceste termocentrale. Ansamblul din care face parte conducta dreapt

de abur-viu cazan tip CPG 420t/h aflat n dotarea CET II Iai.

Date constructive ale tronsonului :

- lungimea tronsonului: 830 mm

- diametrul exterior: 270 mm

- grosimea peretelui: 38 mm

Calitatea materialului: 12VMoCr10 STAS 81-84-87

Parametrii de lucru ai aburului:

- presiunea: p=140bari

- temperatura: T=5500C

Ore de exploatare de la punerea n funciune: 19.295h

Ore de funcionare cu depirea temperaturii nominale: 0h.

II.7.2. Metodica de cercetare

Materialul a fost supus investigaiilor impuse de normele ISCIRi anume :

Analiza de compoziie s-a efectuat pe cale chimic i spectral, dup metodele

standardizate aflate n vigoare, corespunztoare elementelor prezente n oel.

Analizele metalografice - microscopice.

Studiul microscopic a fost efectuat pe 20 de probe, n seciune transversal i

longitudinala. Analizele metalografice-microscopice s-au efectuat la puterile de mrire 100:1;

500:1 i respectiv 1000:1 pentru a evidenia procesul de precipitare a carburilor i structurile

fine. Mrimea de grunte a fost determinat conform STAS 5490-80

ncercri mecanice :

- la traciune, pentru determinarea caracteristicilor Rc (Pp0,2), Rm, A5 i Z pe epruvete avnd

o=10mm (u/6)

- de duritate, metod Brinell normal (HB)

- de rezilient KCU20/2/100

35


36/47

ncercrile s-au efectuat la temperatur ambiant (20oC) i pe patru trepte de

temperatur (510oC; 540C; 565C i 580C), intervalul cuprinznd i temperatura de regim

550C.

Epruvetele au fost confecionate att pentru seciunea transversal ct i pentru cea

longitudional, n raport cu axa conductei.

Analizele i ncercrile s-au efectuat conform standardelor n vigoare i normelor ISCIR C29-

75.

n final, pe baza rezultatelor experimentale obinute s-au tras concluziile

corespunztoare asupra strii materialului la data prelevrii lui - 19.295 ore de funcionare.

II.8. Cercetri experimentale

II.8.1. Analiza compoziiei chimice

Rezultatele obinute n urma efecturii determinrilor de compoziie chimic sunt

prezentate n tabelul 4.6.

Din compararea rezultatelor eperimentale cu cele ale mercilor de oeluri

termorezistente, conform STAS, rezult c materialul are o compoziie chimic care se nscrie

n limitele prevzute de normativele pentru oelul

12VMoCr10 - STAS 8184-87 fost 12CrMoV3 - STAS 8184/77

Se remarc coninutul mai mic de P i S. Procentul de Cr este depit cu 0,06% fa

de abaterea maxim admisibil.

II.8.2. ncercri mecanice

Rezultatele obinute pe epruvete conform normelor ISCIR 29-75 i supuse

ncercrilor mecanice la rece i la cald, pe trepte de temperatur sunt cuprinse n tabelul 2.7;

valorile pariale minime sunt subliniate.

Pe baz valorilor medii ale caracteristicilor mecanice de rezisten i de elasticitate

prezentate n tabelul 2.7, s-a trasat graficul din figura 2.9.

La temperatura ambiant caracteristicile mecanice de rezisten i de palsticitate prezint

valori pariale i medii care se nscriu n domeniul prevzut n STAS 8184-87. Studierea

36


37/47

variaiei proprietilor mecanice cu temperatur ilustreaz prezena, n general, a unor valori

ridicate, care se ncadreaz n comportamentul general al oelurilor termorezistente slab aliate.

Se constat o uniformitate a caracteristicilor mecanice att la rece ct i la cald, att

pentru valori medii ct i pentru cele pariale.

n general valorile medii determinate sunt apropiate pentru ambele seciuni de

prelevare a epruvetelor, inscriindu-se la limita superioar a domeniului prescris.

II.8.3. Concluzii

n urm studiilor efectuate pe materialul pus la dispoziie de CET II Iai, prelevat

din conducta de abur-viu la 19.295 ore de funcionare se ajunge la urmtoarele concluzii :

a. Calitatea materialului folosit la confecionarea conductei corespunde mrcii 12VMoCr10STAS 8184-87

b. Microstructura oelului se prezint omogen n ceea ce privete mrimea gruntelui; se

constat un proces de precipitare de carburi izolate, globulare, dispuse la limita grunilor

feritici sau n interiorul lor;

c. Nu se evideniaz existena unui proces de corodare;

d. Caracteristicile mecanice, att la rece ct i la cald, prezint valori superioare celor

prescrise, ele avnd un cmp de dispersie relativ mic;

e. Materialul corespunde scopului pentru care este destinat, dar trebuie respectate riguros

perioadele de control prevzute de normele ISCIR.

Tabelul 2.6. Compoziia chimic a oelului 12VMoCr10 STAS 8184-87, conducta dreapt

cazan abur-vin tip CR1244-420t/h CET II IAI

Nr

ctr

Proveniena

datelor

Compoziia chimic, %

C Mn Si Cr Mo V Ni Pmax Smax1 Din

analize

0.12 0.6 0.22 1.26 0.29 0.14 0.15 0.014 0.0152 0.13 0.55 0.20 1.26 0.32 0.12 0.23 - -

m* 0.125 0.575 0.21 1.26 0.305 0.13 0.19 0.014 0.0153 Prescrise** 0.08-0.15 0.4-0.7 0.15-0.35 0.9-1.2 0.25-0.4 0.15-0.3 - 0.03 0.03

Observaii:

37


38/47

*- valori medii determinate din analize chimice,

**-valori prescrise de STAS 8184-84

Tabelul 2.7.Caracteristici mecanice ale oelului 12VMoCr10 STAS 8184-87, conducta CET

II IAI.

Caracteristici

mecanice

Prove

-

niena

Poz

.

Temperaturi de ncercare, C

20C 510C 540C 565C 580C

1 2 3 4 5 6 7 8

Rm

(kgf/mm2)(daN/mm2)

PL 48-63 - - - -T - - - - -

D

L

53.24; 52.86;

52.54

35.03; 34.77;

35.35

30.25; 31.21;

30.76

29.80; 29.61;

29.55

28.66; 28.28;

28.40m=52.88 m=35.05 m=30.74 m=29.65 m=28.44

T

52.61; 52.48;

52.42

35.28; 38.21

39.36

31.59; 31.78;

32.99

29.93; 30.44;

30.89

28.02; 28.82;

29.17m=52.50 m=37.61 m=32.12 m=30.42 m=28.67

Rp02

(kgf/mm2)

(daN/mm2)

PL 26 19 - - -T - - - - -

D

L

31.52; 31.27;

31.21

22.92; 23.24;

23.29

21.97; 22.64;

22.61

21.52; 21.4;

21.27

20.31; 20.12;

20.06m= 31.33 m=23.15 m=22.41 m=21.39 m=20.16

T

31.78; 31.84;

31.21

22.86; 23.56;

24.14

22.80; 22.22;

23.05

21.65; 21.97;

22.10

21.01; 21.91;

21.78m=31.61 m=23.52 m=22.69 m=21.91 m=21.57

HB

(kgf/mm2)

(daN/mm2)

PL - - - - -T - - - - -

D

L

164.25;

163.26;

156,54

138.93;

140.52;

134.29

120.29;

121.27;

116.79

114.03;

109.90;

110.19

104.35;

104.62;

103.55m=161.35 m=137.91 m=119.45 m=111.37 m=104.17

T

145.88;

151.52;

145.04

131.32;

138.93;

129.51

120.29;

120.62;

115.86

111.65;

114.63;

114.03

109.61;

109.33;

106.25

m=147.48 m=133.25 m=118.92 m=113.43 m=108.39

KCU30/2/10

(daJ/cm3)

PL 6 - - - -T - - - - -

D

L

22.50; 23.75;

22.00

18.87; 19.12;

19.37

18.75; 18.62;

18.50

18.12; 17.87;

17.62

17.25; 17.12;

16.87m=22.75 m=19.12 m=18.62 m=17.87 m=17.08

T

17.0; 16.0;

17.12

13.12; 13.50;

13.75

12.75; 12.87;

12.62

12.50; 11.87;

11.75

9.75; 10.0;

10.25m=16.7 m=13.45 m=12.75 m=12.04 m=10.00

A(%)P

L 21 - - - -T - - - - -

D L 27.14; 22.85;

24.99

31.42; 29.71;

29.99

32.42; 32.28;

33.28

34.85; 34.28;

35.71

36.14; 37.14;

36.28

38


39/47

m=25.19 m=30.37 m=32.66 m=34.95 m=36.52

T

21.71; 21.42;

22.42

31.14; 28.14;

28.57

31.85; 32.85;

34.99

35.71; 35.57;

35.42

36.57; 37.42;

38.57m=21.85 m=29.28 m=33.23 m=35.56 m=37.52

Z(%)

PL 5.5 - - - -T - - - - -

D

L

74.99; 73.98;

74.99

77.91; 76.95;

76.95

81.50; 79.74;

81.50

82.30; 82.30;

81.93

83.18; 83.99;

83.18m=74.65 m=72.27 m=80.90 m=82.17 m=83.45

T

69.74; 68.62;

68.62

77.91; 72.95;

73.98

79.74; 78.84;

79.74

80.63; 81.50;

81.50

83.18; 82.35;

82.35m=68.99 m=74.94 m=79.44 m=81.21 m=82.62

39


40/47

Figura2.9

40


41/47

41


42/47

III. Proiectarea asistat de calculator asistemelor recuperative metalice

III.1. Generaliti

Cantitatea total de cldur introdus n cuptor, energia introdus, este data de cldura

ce este cuprins n combustibilul utilizat i care n timpul arderii se elibereaz total sau parial.

Aceast energie introdus n cuptor este purtat de gazele de ardere i nu este cedat total n

incinta de ardere a acesteia.

Att cantitatea de cldur util ct i cea pierdut, intervin att n ecuaia bilanului

termic al cuprotului ct i n cea a randamentului acestuia, fiind indicatori de baz ai eficienei

utilajului.

n general, este cunoscut faptul c recuperarea cldurii, n cazul cuptoarelor

industriale se poate face din cldura gazelor arse pe dou ci :

- prin recuperare primar;

- prin recuperare secundar.

Exist n linii mari, trei surse din care poate fi recuperat cldura prin instalaii de

schimb de cldur i anume :

- coninutul de cldur al produsului dup terminarea ciclului termic de nclzire la care a fost

supus n cuptorul industrial:

- coninutul de cldur din fluidele de rcire utilizate pentru rcirea uilor metalice, a inelor

metalice din interiorul cuproarelor industriale, surs utilizat n cazuri extrem de rare;

- coninutul de cldur din gazele de ardere evacuate din cuptor, principala surs de cldur

utilizat pentru recuperare.

Soluia larg utilizat pentru recuperarea primar a cldurii din gazele arse, a fost aceea

a recuperatoarelor de cldur cu evi netede de oel, introduse n canalul de colectare a gazelor

arse, utilizate pentru prenclzirea aerului de combustie la temperaturi de pn la cca 300 oC,

soluia constructiv adecvat cuproarelor de forj i cuptoarelor de tratament termic cu

funcionare continu.

Dimensionarea acestor tipuri de recuperatoare se face clasic foarte dificil deoarece

trebuie s existe o interdependen ntre indicatorii de proiectare i dimensiunile constructive

obinute pe baza algoritmilor matematici utilizai n calculul schimbtoarelor de cldur.

42


43/47

III.2. Modelul matematic

Prezentm dimensionarea asistat de calculator a unui recuperator de cldur de tip

clasic convectiv cu evi netede de oel, fiind dup direciile de circulaie a gazelor i a aerului

cu cureni ncruciai, iar dup sensul general al circulaiei fluidelor n contra curent conform

schemei din figura 3.1.

Fig.3.1. Schema de circulaie ncruciat a gazelor arse i a aerului n recuperatoarele de

cldur cu cureni ncruciai cu patru ramuri n echicurent i contracurent.

Etapele necesare realizrii dimensionrii asistate de calculator a cuperatoarelor

metalice convective sunt:

- date iniiale necesare proiectrii;

- calculul termic al recuperatorului;- calculul gazodinamic al recuperatorului;

- determinarea dimensiunilor de gabarit i amplasarea recuperatorului.

Printre datele iniiale necesare dimensionrii recuperatorului metalic convectiv se pot

enumera urmtoarele:

- debitul de combustibil orar necesar;

- volumul de gaze arse real rezultat n urm arderii cu un exces de aer , a unei cantiti de

1m3N combustibil;

- volumul de aer real necesar arderii cu un exces de aer a unei cantiti de 1m3N

combustibil;

- temperatura aerului la arztoarele cuptorului;

- compoziia chimic a gazelor evacuate din cuptor;

- locul de amplasare a recuperatorului n raport cu coul de fum i cuptorul.

Calculul termic al recuperatorului se face urmrind urmtorul mers de calcul : a=a

(iataf iato)

Unde :

43


44/47

a= fluxul termic primit de aer

a= debitul real al aerului intrat n recuperator

iatafi iato= entalpiile aerului de combustie la temperaturi tafi to

ag

r

=

unde :

g= fluxul termic cedat de gazele arse pe ntreg parcursul recuperatorului.

r= randamentul termic al recuperatorului

Coeficientul global de transfer termic n recuperator se determin cu relaia :

c

ap

p

g

m

K

11

1

+++

=

unde :m= coeficient de murdrie a evilor recuperatorului de la gazele arse;

p= grosimea peretelui evii recuperatorului;

p= conductivitatea termic a materialului peretelui recuperatorului la temperatura

medie a peretelui;

g= coeficient de transfer termic de la gazele de ardere la peretele recuperatorului;

ca= coeficient de transfer termic prin convenie de la peretele recuperatorului la aerul

de combustie;

Numrul de treceri ale aerului prin recuperator se calculeaz cu relaia:

1

t

A

An

A=

unde:

A= aria suprafeei de transfer termic a ntregului recuperator;

A1A= aria suprafeei de transfer termic de la o trecere a aerului prin recuperator.

44


45/47

Calculul gazodinamic al recuperatorului se face pe circuitul aerului de combustie i al

gazelor arse i const n determinarea pierderilor de presiune ale aerului i ale gazelor arse pe

transeele strbtute de acestea prin recuperator.

Dimensiunile finale ale recuperatorului de cldur se determina funcie de pasul

evilor, numrul i dimensiunile acestora.

III.3. Concluzii

Dimensionarea asistat de calculator reprezint o noutata tehnic n domeniu uurnd

foarte mult munca n proiectarea inginereasc a acestor instalaii deoarece permite alegerea

soluiei constructive cea mai avantajoas n condiiile tehnice impuse.

mpreun cu proiectarea asistat de calculator a proceselori utilajelor de nclzire,

formeaz un tot unitar acoperind integral acest important domeniu tehnic.

45


46/47

IV. Program recuperator schem logic

46

Recuperator

Date iniiale:- debitul de combustibil (compoziia CH

4)

- dimensiunile spaiului de lucru alecuptorului- temperatura gazelor arse la evacuareadin cuptor- tipul de cuptor

Calculul termic al recuperatorului:- debitul gazelor arse evacuate din cuptor- debitul de aer- viteza de circulatie a gazelori a aerului- temperatura de iesire a gazelor din recuperator- dimensionarea evilor din recuperator (diametru,lungime,numr)- dimensiunile recuperatorului

Debitul de aer(D

A)=Debitul de aer

necesar arderii (DANA )+x

NU NU

DAD

ANA

DA=D

A- D

A

DA=D

A+ D

A

DA

Calculul gazodinamic al recuperatorului:- calculul pierderilor de presiune prin frecare- calculul pierderilor de presiune locale- calculul pierderilor de presiune geometrice

Dimensiunile calculate alerecuperatorului corespundamplasamentului n teren

Se introduc altedate initiale

Rezultatele finale:- debitul de aer necesar arderii- temperatura aerului- pierderile de presiune totale- dimensiunile finale ale recuperatorului

STOP

DA

NU


47/47

Bibliografie

sisteme recuperatroare

Documents