The experimental study of the effective thermal conductivity of bundles of rectangular steel sections

Bundles of rectangular steel sections are examples of the porous charge. Due to the voids within the sections, this type of charge is characterized by porosity even exceeding 85%. This makes the thermal properties of these elements, expressed by the effective thermal conductivity kef, totally different from the thermal conductivity of steel. The value of the k_ef coefficient depends on many factors such as: the ratio of the thermal conductivity of steel to that of gas, the structure of the solid matrix and its porosity and the lack of the continuity of the steel phase. The paper describes experimental investigations concerning the measurements of the effective thermal conductivity of a steel sections bundles.

Stalowe wyroby długie takie jak pręty, rury, profile czy różnego typu kształtowniki, podczas obróbki cieplnej nagrzewa się w postaci wiązek. Z punktu widzenia struktury wewnętrznej wsady tego typu, są niejednorodnym ośrodkiem porowatym. Cecha ta sprawia, że własności cieplne tych wsadów, wyrażane za pomocą efektywnej przewodności cieplnej kef są zupełnie odmienne od własności cieplnych samej stali. Wiedza na temat kształtowania się wartości współczynnika kef obrabianych cieplnie wiązek, jest istotna z punktu widzenia doboru optymalnych parametrów nagrzewania. W artykule przedstawiono wyniki pomiarów współczynnika kef wykonane dla próbek w postaci płaskich złóż stalowych profili prostokątnych. Badane złoża wykonano z czterech typów profili: 40×20 mm, 40×40 mm, 60×60 mm i 80×80 mm. Pomiary przeprowadzono według metody stanu ustalonego na stanowisku laboratoryjnym działającym na zasadzie jednopłytowego aparatu Poensgena. Wykazano iż badany parametr (oprócz próbek wykonanych z profili 40×20 mm) rośnie w funkcji temperatury. Ponadto jego wartość jest tym większa im większy jest rozmiar profilu tworzącego daną próbkę. Wartości bezwzględne efektywnej przewodności cieplnej badanych próbek, w zależności od temperatury i rodzaju profili, wynosiły od 3,2 do 6,8 W/(m⋅K). Wartości te stanowią od 0,8 do 0,18 przewodności cieplnej stali z których wykonano profile. Zaprezentowane badania, stanowią jeden z elementów prac prowadzonych przez autorów nad optymalizacją parametrów technologicznych procesów nagrzewania wiązek różnego typu elementów długich, związanych z ich obróbką cieplną.