СПОСОБ ОХЛАЖДЕНИЯ ГОРЯЧЕКАТАНОЙ ПОЛОСЫ Российский патент 1996 года по МПК C21D1/62 

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к производству горячекатаного листового проката, и совершенствует процесс охлаждения горячекатаных рулонов.

Известны способы охлаждения рулонов горячекатаной полосы, включающие принудительную подачу воздуха, воды или водовоздушной смеси на поверхность рулонов в процессе транспортировки их на склад или непосредственно на складе [1]
Недостатками таких способов охлаждения являются большие потери металла в окалину.

В качестве прототипа взят известный способ охлаждения рулонов горячекатаной полосы, включающий обдув их торцевой поверхности потоком водовоздушного охладителя при движении рулонов на транспортере или на складе.

Способ охлаждения реализуют следующим образом.

После прокатки горячекатаные рулоны устанавливают на транспортер или на складе в горизонтальном положении в специальные ложементы. При движении рулонов в тоннеле на транспортере, через сопла, установленные в продольных стенках, на торцевые поверхности рулонов подают водовоздушную смесь в количестве 70-80% от общего расхода охладителя. Оставшиеся 20-30% расхода охладителя подают сверху на образующую рулонов. Аналогичным образом осуществляют охлаждение горячекатаных рулонов на складе. Причем охлаждение рулонов осуществляют в специальной камере, или с помощью специального устройства, перемещающегося вдоль пролета склада.

Во всех вариантах охлаждение рулонов осуществляют до 80-100^оС, после чего их подвергают последующим технологическим операциям.

Основным недостатком известного способа охлаждения являются большие потери металла в окалину. Обусловлено это тем, что процесс охлаждения рулонов от температуры смотки до конечной температуры осуществляется при максимальном постоянном расходе водовоздушной смеси на его торцевые поверхности. При охлаждении рулонов тепловой поток от наиболее нагретых участков металла, расположенных по середине высоты и сечению рулонов, составляет
Q₁= (t_ц-t_т)•F, (1) где λ коэффициент теплопроводности металла, ккал/мч.град;
S 1/2 высоты рулона при двухстороннем торцевом охлаждении, м;
F торцевая поверхность рулона, м²;
t_ц температура металла в центре рулона, ^оС;
t_т температура торцов рулона, ^оС.

Количество тепла, которое отводится от торцов рулонов с помощью водовоздушной смеси, равно:
Q₂ V • C(t_oк t_он), (2) где V расход водовоздушной смеси, кг/ч;
С теплоемкость водовоздушной смеси, ккал/кг ^оС;
t_ок, t_он соответственно температуры охладителя после и до контакта его с торцевой поверхностью, ^оС.

Как следует из (2), максимальное количество тепла отбирается в начале охлаждения, так как в этот период влага, находящаяся в составе водовоздушной смеси, частично или полностью испаряется. По мере снижения температуры торцов температура нагрева водовоздушной смеси при постоянном коэффициенте теплоотдачи (α) и постоянном весовом расходе смеси снижается и все меньшее количество влаги испаряется. Наступает момент, когда влага, поступающая на торцы рулонов, не нагревается до температуры испарения, а попадает в зазоры между витками рулона, вызывая окисление металла, т.е. образование окалины. Кроме того, охлаждение рулонов, особенно в конечной стадии при максимальном расходе охладителя, не способствует увеличению скорости охлаждения, но приводит к увеличению энергетических затрат на охлаждение рулонов.

Целью изобретения является снижение потерь металла в окалину без снижения эффективности охлаждения.

Цель достигается тем, что расход охладителя уменьшают пропорционально падению температуры торцов рулонов, при этом на каждые 100^оС расход охладителя уменьшают на 20-30% по отношению к предыдущему расходу.

Способ охлаждения рулонов горячекатаной полосы включает обдув их торцевой поверхности потоком водовоздушного охладителя.

Отличается предлагаемый способ от прототипа тем, что расход охладителя уменьшают пропорционально падению температуры торцов рулонов, при этом на каждые 100^оС расход охладителя уменьшают на 20-30% по отношению к предыдущему расходу.

Предлагаемый способ охлаждения рулонов горячекатаной полосы осуществляют следующим образом.

После смотки горячекатаных полос в рулоны их с помощью транспортера или тележек в горизонтальном положении направляют на склад. Способ предусматривает охлаждение рулонов или при их движении на транспортере по туннелю до склада, или, непосредственно на складе. Охлаждение осуществляют за счет принудительной подачи на торцевые поверхности водовоздушной смеси из специальных форсунок (сопел). В начале охлаждения горячекатаных рулонов на их торцы подают водовоздушную смесь с максимальным расходом, обеспечивающим за счет оптимального соотношения в смеси воды и воздуха максимальную скорость охлаждения. После снижения температуры торцов рулонов на 100^оС, которая фиксируется, например, с помощью специальной термопары, расход охладителя снижают на 20-30% Когда температура торцов упадет еще на 100^оС, вновь уменьшают расход охладителя на 20-30% по отношению к предыдущему расходу и т.д. до конца охлаждения, т.е. до достижения металлом конечной температуры, например 50-100^оС.

Аналогично предлагаемый способ реализуют и тогда, когда на торцы рулонов подают 70-80% от общего расхода охладителя, а 20-30% подают на образующую рулонов. В этом случае при снижении температуры торцов рулонов на 100^оС расход охладителя уменьшают на 20-30% по отношению к 70-80% от расхода охладителя, т.е. по отношению к расходу, подаваемому на торцы рулона.

Снижение потерь металла в окалину, без снижения эффективности охлаждения при использовании предлагаемому способа достигают за счет сокращения на 20-30% расхода охладителя при каждом снижении на 100^оС температуры торцов рулонов. Снижение расхода охладителя, подаваемого на торцы рулонов, позволяет уменьшить количество влаги, контактирующей с металлом и, соответственно, позволяет уменьшить количество образующейся окалины. Производительность процесса охлаждения при этом не снижается, так как данная операция обеспечивает равенство тепловых потоков, поступающих на торцы рулонов и отводимых от них с помощью охладителя. Данное утверждение следует из следующих рассуждений. Так, в случае равенства выражений (1 и 2) все тепло, подведенное к торцам рулонов, отводится с помощью охладителя. Откуда расход охладителя при прочих равных условиях равен
V (3)
Из выражения (3) следует, что при сравнительно постоянных величинах λ, S и С по мере снижения перепада температур в рулоне в осевом направлении расход охладителя в процессе охлаждения можно непрерывно снижать. Вызвано это тем, что перепад температур по оси рулона снижается за период охлаждения в десятки раз, в то время как температура охладителя до и после контакта с торцевой поверхностью в процессе охлаждения изменяется в меньшей мере, не более чем в несколько раз. Расчетным путем установить количественную величину непрерывного изменения расхода водовоздушной смеси не представляется возможным, так как практически невозможно определить какое количество воды будет испаряться, какое количество воды и воздуха вообще не будет участвовать в теплообмене с рулонами, как будет изменяться температура водовоздушной смеси после контакта с торцами рулонов и т.п. Расход охладителя в зависимости от температуры торцов рулонов нашли экспериментальным путем из условия минимальных потерь металла в окалину при равенстве средних скоростей охлаждения рулонов по известному и предлагаемому способам. Результаты экспериментальных данных приведены в табл. 1.

Из полученных данных следует, что минимальные потери металла в окалину 35-40 г/м² без снижения скорости охлаждения рулонов достигаются в случае, если при каждом падении температуры торцов рулона на 100^оС расход охладителя уменьшают на 20-30% по отношению к предыдущему, т.е. расход охладителя составляет 60-80% от величины предыдущего расхода. При снижении расхода охладителя на величину меньше чем 20% потери металла в окалину возрастают до 45-50 г/м² и более. При снижении расхода охладителя более чем на 30% возрастает длительность охлаждения и, соответственно, начинают возрастать потери металла в окалину.

Предлагаемый способ охлаждения рулонов горячекатаной полосы опробовали в промышленных условиях. С этой целью на стане горячей прокатки получили два рулона из стали 3ПС с параметрами полосы 3,0х1360 мм и установили их на складе в горизонтальном положении. Масса каждого рулона после прокатки составляла 30,5 м, температура смотки 700^оС. Напротив рулонов установили форсунки для подачи на их торцевую поверхность водовоздушной смеси с максимальным удельным расходом 656 м³/ч на тонну металла. Расход воды в смеси составлял порядка 0,218 м³/ч.т, т.е. весовое соотношение между воздухом и водой в смеси составляло 3,0:1. Один рулон охладители по известному способу, второй по предлагаемому. Результаты исследований приведены в табл. 2.

При реализации предлагаемого способа расход охладителя снижали в среднем на 25% по отношению к предыдущему расходу. Снижение расхода охладителя осуществляли за счет соответствующего закрытия дроссельных заслонок на магистралях, подводящих к форсункам сжатый воздух и воду. Полученные результаты свидетельствуют, что использование предлагаемого способа позволило без снижения эффективности охлаждения уменьшить потери металла в окалину на 23% При этом удельный расход водовоздушной смеси за период охлаждения снизился на 45%
Таким образом, использование предлагаемого способа по сравнению с известным позволяет за счет оптимального снижения расхода охладителя при снижении температуры торцов рулонов уменьшить потери металла в окалину на 23-26%

Сущность изобретения заключается в снижении потерь металла в окалину без снижения эффективности. Для этого в способе охлаждения рулонов горячекатаной полосы, включающем обдув их торцевой поверхности потоком воздушного охладителя, расход охладителя уменьшают пропорционально падению температуры торцов рулонов, при этом на каждые 100^oС падения температуры расход охладителя уменьшают на 20-30% по отношению к предыдущему расходу. 2 табл.

Способ охлаждения горячекатаной полосы, включающий подачу водовоздушного охладителя на торцевые поверхности рулонов, отличающийся тем, что поток охладителя уменьшают пропорционально уменьшению температуры торцов рулонов, причем на каждые 100^oС падения температуры расход охладителя уменьшают на 20 30% относительно предыдущего расхода.