УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОХЛАЖДЕНИЯ ВАННОГО ТИПА Российский патент 1995 года по МПК C21D1/02 

Изобретение относится преимущественно к охлаждению листового проката и может быть использовано на станах горячей прокатки.

Известно устройство для охлаждения полосы на стане горячей прокатки, включающее наполнительный бак с щелевым соплом для истечения воды.

Недостатком такой конструкции являются неблагоприятные условия истечения жидкости, поскольку в результате двустороннего ограничения струи происходит турбулизация приграничных слоев. Это обуславливает невозможность устойчивого режима истечения, приводит к разрыву струи и повышает неравномерность охлаждения.

Известна также конструкция установки ускоренного охлаждения, содержащая наполнительный бак, выполненный в виде открытой ванны. Одна из боковых поверхностей в верхней части переходит в направляющую плиту плоской формы, по которой происходит истечение воды на поверхность движущегося проката (прототип).

Недостатком такой конструкции является следующее. Истечение охладителя из бака происходит под некоторым напором, который определяет расход охладителя. При этом распределение жидкости по ширине струи является неравномерным, так как вследствие действия сил поверхностного натяжения происходит сворачивание потока на боковых гранях струи и до 40% расхода охладителя проходит через эти участки. Это приводит к уменьшению ширины струи, нерациональному расходу охладителя на заданном удалении от среза плиты и неравномерному охлаждению поверхности проката.

Целью изобретения является повышение равномерности охлаждения по ширине охлаждаемой полосы и улучшение эффективности использования охладителя.

Цель достигается тем, что в известной конструкции устройства ванного типа для охлаждения движущегося листового проката, содержащего наполнительную емкость, преимущественно имеющую форму полуцилиндрической открытой ванны, одна из боковых поверхностей которой в верхней части выполнена со сливом, проекция слива на горизонтальную плоскость представляет собой равнобедренную трапецию со скругленными углами, прилегающими к ее большему основанию, и обращенную меньшим основанием к боковой поверхности наполнительной емкости, причем боковые грани трапеции образуют с ее высотой угол в 15-20^о, а радиус их сопряжения с большим основанием составляет 0,2-0,3 высоты трапеции.

Предлагаемое изобретение отличается от известного тем, что описанная выше форма слива позволяет достичь более равномерного распределения расхода охладителя по всей ширине струи за счет разворачивания ее боковых граней. Это позволяет повысить равномерность охлаждения движущейся полосы, а также снизить расход охладителя за счет повышения эффективности процесса.

На фиг. 1 показана предлагаемая установка; на фиг. 2 проекция слива на горизонтальную плоскость с указанием соотношения характерных размеров.

Устройство содержит подводящую магистраль 1, наполнительную емкость 2, установленную над охлаждаемой полосой 3, и слив 4 для подачи охладителя, образующий направляющую поверхность для истечения жидкости.

Устройство работает следующим образом.

Из общей магистрали 1 вода поступает в емкость 2 и после его заполнения по поверхности слива 4 вытекает на полосу 3, образуя водяную завесу 5. Жидкость, перемещаясь под некоторым напором переходит из бака на поверхность слива, при этом происходит распределение жидкости по расширяющимся боковым участкам, имеющим закругленную форму, вследствие чего удельный расход на них уменьшается. После отрыва потока от среза слива начинается сворачивание струи на боковых участках, расход охладителя на них увеличивается и таким образом выравнивается по ширине струи.

Исследованиями установлено, что наибольшая эффективность охлаждения проката плоскими ламинарными водяными струями типа водяная завеса достигается при подаче охладителя с максимально возможной высоты, при этом обязательным условием является обеспечение устойчивого и неразрывного потока на заданном расстоянии от установки охлаждаемой поверхности.

В известном способе охлаждения жидкость, истекая из бака под определенным напором, попадает на поверхность слива, и далее, образуя водяную завесу, на охлаждаемую поверхность. При этом в результате действия сил поверхностного натяжения происходит сворачивание струи на боковых участках потока и, как следствие, увеличение расхода охладителя на них. Таким образом ширина струи на некотором расстоянии от среза поверхности слива начинает уменьшаться, нарушается устойчивость водяной завесы. Кроме того, для обеспечения соответствия ширины потока охладителя размерам охлаждаемой поверхности необходимо компенсировать сужение струи увеличением ширины установки, что в свою очередь вызывает необходимость повышения расхода охладителя.

Для повышения равномерности охлаждения при сокращении расхода охладителя предлагается такая форма слива, которая позволит перераспределить охлаждающую жидкость по поверхности слива за счет увеличения площади боковых его участков.

Для достижения этой цели слив выполнен расширяющимся в направлении его среза; боковые грани наклонены под определенным углом по отношению к его высоте. Кроме того большая грань слива сопряжена с его боковыми гранями некоторым радиусом, что позволяет увеличить общую длину кромки слива и тем самым площадь боковых участков. При истечении охлаждающей жидкости через слив такой формы происходит уменьшение удельного расхода воды на боковых участках за счет их большей площади. Это позволяет уменьшить процессы сворачивания потока на боковых гранях после его отрыва от среза слива и сужения струи жидкости, что в свою очередь делает возможным уменьшение ширины установки и сокращение расхода охладителя при более рациональном его использовании.

Экспериментальными исследованиями установлено, что оптимальным является такой слив, проекция которого на горизонтальную плоскость имеет вид равнобедренной трапеции со скругленными углами, прилежащими к ее большему основанию, и обращенной меньшим основанием к боковой поверхности наполнительного бака. При этом боковые грани трапеции образуют с ее высотой угол 15-20^о, а радиус их сопряжения с большим основанием составляет 0,2-0,3 высоты трапеции.

При значениях угла между боковыми гранями трапеции и ее высотой меньших 15^о имеет место недостаточное распределение жидкости на боковых участках слива вследствие незначительного увеличения их площади. Это не позволяет максимально компенсировать процессы сворачивания струи на боковых гранях при истечении жидкости на охлаждаемую поверхность и повысить равномерность охлаждения. Если же угол наклона боковых граней превышает 20^о, разворота потока жидкости по всей поверхности слива не происходит, дальнейшее увеличение угла не оказывает влияния на перераспределение охладителя по ширине струи и поэтому нерационально.

При значениях радиуса сопряжения боковых граней с большим основанием трапеции ниже минимальных происходит нарушение сплошности потока жидкости, что обуславливает невозможность получения устойчивой и неразрывной водяной завесы и отрицательно влияет на равномерность охлаждения. Превышение указанных значений радиуса сопряжения приводит к недостаточному увеличению длины кромки боковых участков слива. Кроме того, при такой их форме струя жидкости при истечении из ванны не достигает боковых граней поверхности слива и отрыв ее от этой поверхности происходит в промежуточных точках кромки боковых участков. Эффект от изменения формы слива при этом не достигается.

Из опыта эксплуатации подобных установок ускоренного охлаждения установлено, что для соответствия условий истечения жидкости оптимальным необходимо обеспечить удельный расход охлаждающей воды в пределах (40-80) м3/ч на 1 м ширины установки. Указанное ограничение обусловлено тем, что при значениях расхода ниже минимального происходит уменьшение толщины слоя охладителя на поверхности слива до такой величины, при которой действие сил поверхностного натяжения вызывает разрушение струи и переход струйного течения потока в капельное непосредственно на выходе из установки охлаждения, что делает невозможным получение ламинарной водяной завесы.

Превышение величины расхода охладителя указанного максимального значения обуславливает такие скорости истечения жидкости, при которых происходит турбулизация потока, ламинарной водяной завесы при этом также не образуется. Таким образом ухудшается качество охлаждения проката и эффект от увеличения расхода охладителя не достигается.

Указанные выше предельные значения расходов охладителя обуславливают и выбор размеров длины слива. Исследованиями установлено, что оптимальная длина слива составляет 0,15-0,40 м.

Пример реализации предлагаемого технического решения для условий охлаждения проката на отводящем рольганге стана 2800 ОХМК. Прокат максимальной ширины 2,5 м транспортируется со скоростью 1,5 м/с под системой принудительного охлаждения, включающей последовательно расположенные установки для подачи охладителя в виде ламинарных плоских струй.

Исходя из опыта эксплуатации установки оптимальный расход охлаждающей воды для данных условий составляет 150 м3/ч через каждую установку или 60 м³/ч на 1 м ширины установки. Для данного расхода длина слива составляет 0,3 м, а угол его наклона к вертикали 30^о.

Слив установки необходимо выполнить такой формы, чтобы его проекция на горизонтальную плоскость характеризовалась следующими параметрами: высота трапеции 0,15 м, боковые грани трапеции и ее высота образуют угол 18^о, а радиус сопряжения боковых граней с большим основанием трапеции равен 0,037 м.

Исследования показали, что такая форма профиля является оптимальной для данных условий.

Использование изобретения в промышленных условиях позволит увеличить эффективность охлаждения на 15-20% и снизить удельный расход охладителя на 5-10%

Сущность изобретение: устройство для охлаждения движущегося листового проката содержит наполнительную емкость, преимущественно имеющую форму полуцилиндрической открытой ванны, одна из боковых поверхностей которой в верхней части выполнена со сливом. Проекция слива на горизонтальную плоскость представляет собой равнобедренную трапецию со скругленными углами, прилегающими к ее большему основанию, и обращенную меньшим основанием к боковой поверхности наполнительной емкости, причем боковые грани трапеции образуют с ее высотой угол в 15 - 20°, а радиус их сопряжения с большим основанием составляет 0,2 - 0,3 высоты трапеции. Устройство обеспечивает охлаждение плоскими ламинарными водяными струями, т.е. равномерное и эффективное охлаждение. 2 ил.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОХЛАЖДЕНИЯ ВАННОГО ТИПА, содержащее емкость, преимущественно имеющую форму полуцилиндрической ванны, одна из боковых поверхностей которой в верхней части выполнена со средством для слива, отличающееся тем, что средство для слива выполнено в виде козырька, имеющего форму равнобедренной трапеции со скругленными углами у большего основания, закрепленной меньшим основанием к боковой поверхности емкости, причем боковые грани трапеции образуют с ее высотой угол в 15 20^o, а радиус их сопряжения с большим основанием составляет 0,2 0,3 высоты трапеции.