УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОХЛАЖДЕНИЯ ДЛИННОМЕРНОГО ПРОКАТА Российский патент 2001 года по МПК B21B45/02 

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при охлаждении длинномерного проката.

Известно устройство ускоренного охлаждения катанки, содержащее форсунку, камеру охлаждения, выполненную в виде чередующихся по всей длине цилиндрической трубчатой проводки и центрирующей втулки, внутренняя поверхность которой выполнена в виде сопряженных конфузора и диффузора (В.И.Губинский, А. Н. Минаев, Ю. В. Гончаров. Уменьшение окалинообразования при производстве проката. Киев, "Технiка", 1981, с.70-71).

Прокат, выходя из форсунки с высокой скоростью, изнашивает внутреннюю часть сопла из-за наличия трения и отсутствия центровки и, попадая в цилиндрическую трубчатую проводку, не имеет устойчивого осесимметричного положения, что приводит к высокому износу внутренней поверхности трубчатой проводки.

Выполнение центрирующей втулки в виде взаимосвязанных конфузора и диффузора не обеспечивает стабильности подпора охладителя в цилиндрической трубчатой проводке из-за износа места сопряжения конфузора и диффузора, который возрастает с течением времени. Снижение подпора приводит к снижению температуры кипения охладителя и повышенному парообразованию, в результате чего резко снижается теплоотдача от горячего проката к охладителю. Износ сопряженного участка снижает устойчивость движения проката в цилиндрической трубчатой проводке, так как при прохождении многосекционного устройства прокат неоднократно испытывает тормозящее и сбивающее с направления движения действия. Повышенный износ места сопряжения конфузора и диффузора приводит к отклонению проката от осесимметричного положения, ухудшая его центрирование.

Из известных устройств наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство для охлаждения длинномерного проката, преимущественно катанки и арматуры, содержащее входную воронку, форсунку, камеру охлаждения с установленной в ней проводкой, состоящей из последовательно чередующихся участков в виде трубчатой проводки и участков в виде втулки с внутренним винтовым каналом переменного сечения, установленной в опорах вращения с образованием коаксильной полости и снабженной регулятором скорости вращения, причем по длине камеры охлаждения установлено не менее двух проводок (А.с. СССР N 1084311, кл. С 21 D 1/02, опубл.07.04.84).

Признаки прототипа, совпадающие с существенными признаками заявляемого изобретения:
1. Форсунка.

2. Камера охлаждения, состоящая из последовательно чередующихся трубчатых проводок и втулок с внутренним каналом переменного сечения.

3. Втулка установлена в опорах вращения с образованием коаксильной полости.

В известном устройстве втулка с винтовым каналом не обеспечивает центрирование проката, поскольку внутренний диаметр трубчатой проводки равен диаметру выступов винтового канала. Это приводит к тому, что длинномерный прокат малой продольной жесткости под действием силы тяжести провисает преимущественно в нижнюю часть канала, контактируя с ним. При этом происходит образование продольной канавки, что увеличивает площадь поверхностного контакта, в результате чего поверхность проката по периметру неравномерно омывается охладителем, что приводит к неравномерности охлаждения, ухудшению качества охлаждения и бурению. При попадании переднего конца проката в винтовой канал втулки происходит его торможение и изгиб при ударе. Высокая площадь поверхностного контакта приводит к уменьшению скорости потока охладителя, прокат на этом участке испытывает неустойчивый тянущий гидротранспортирующий эффект, уменьшая общее тянущее усилие и ухудшая условия транспортирования. Перемещаясь вдоль трубчатой проводки и втулки, прокат интенсивно изнашивает их нижнюю поверхность. По мере формирования продольной канавки прокат входит в поверхностный контакт и при отсутствии охладителя в этой зоне увеличивает износ, приводящий к прорезанию трубчатой проводки.

Недостатком известного устройства для охлаждения длинномерного проката является то, что наличие в камере охлаждения чередующихся участков в виде трубчатой проводки и участков в виде втулки с внутренним винтовым каналом не стабилизирует завихрением охладителя во втулке осесимметричного положения проката в трубчатой проводке и втулке, так как завихренный поток не удерживает прокат от смещения, повышающего тормозящие усилия. В связи с тем, что втулка работает в тех же условиях, что и трубчатая проводка, струи потока охладителя, движущиеся по винтовой поверхности, создают незначительное статическое давление в трубчатой проводке, что приводит к парообразованию и ухудшению качества охлаждения. Отклонение проката от осесимметричного положения приводит к высокому износу внутренней поверхности проводки.

В основу изобретения поставлена задача усовершенствования устройства для охлаждения длинномерного проката, в котором за счет определенных конструктивных особенностей обеспечивается уменьшение величины износа и равномерное распределение его по внутренней поверхности втулок, что позволяет улучшить центрирование проката.

Поставленная задача решается тем, что в устройстве для охлаждения длинномерного проката, содержащем форсунку и камеру охлаждения, состоящую из последовательно чередующихся трубчатых проводок и втулок с внутренним каналом переменного сечения, которые установлены в опорах вращения с образованием коаксильной полости, согласно изобретению в форсунке перед ее соплом установлена с возможностью поворота входная втулка, при этом внутренний канал всех втулок выполнен в виде конфузора и диффузора, соединенных цилиндрическим участком с диаметром, равным 0,25-0,75 внутреннего диаметра трубчатой проводки, а каждая коаксильная полость взаимосвязана каналами с полостью смежных трубчатых проводок.

Целесообразно выполнение втулок из материала с высокой износостойкостью, например на основе карбида вольфрама.

Установка в форсунке входной втулки уменьшает величину износа выходного сечения сопла, что обеспечивает за счет снижения тормозящих усилий равномерную подачу потока охладителя и осесимметричное положение проката, направляемого в камеру охлаждения с равномерной скоростью транспортирования.

Установка втулки в опорах вращения и выполнение внутреннего канала в виде конфузора и диффузора, связанных цилиндрическим участком, приводят к тому, что прокат на цилиндрическом участке находится постоянно в линейном контакте с поверхностью цилиндрического участка, что уменьшает величину износа, а поворот втулок обеспечит равномерное распределение износа по внутренней поверхности втулок.

Взаимосвязь коаксильной полости каналами с полостью смежных трубчатых проводок приводит к дополнительному охлаждению втулки и сохранению ее стабильных размеров, обеспечивающих устойчивое осесимметричное положение проката. При этом исключается контакт проката с трубчатой проводкой, а на цилиндрических участках он локализуется в линейный контакт.

Выполнение цилиндрического участка с диаметром, равным 0,25-0,75 внутреннего диаметра цилиндрической проводки, позволяет снизить сопротивление движению проката, что приводит к снижению площади контакта, а следовательно, к уменьшению величины износа. Выполнение цилиндрического участка с диаметром менее 0,25 внутреннего диаметра цилиндрической проводки приводит к снижению скорости потока охладителя, что приводит к торможению проката, потере продольной устойчивости, а на участке втулки к бурению проката, биению, динамическим ударам, появлению в износе динамического состояния. Выполнение цилиндрического участка с диаметром более 0,75 внутреннего диаметра цилиндрической проводки приводит к провисанию проката и его поверхностному контакту с внутренней поверхностью втулок, повышая величину износа.

На чертеже показано предлагаемое устройство для охлаждения длинномерного проката, продольный разрез.

Устройство содержит прямоточную нагнетающую форсунку 1 с соплом 2. Внутри форсунки 1 перед соплом 2 установлена входная центрирующая втулка 3. Форсунка 1 взаимосвязана с камерой охлаждения, состоящей из последовательно чередующихся трубчатой проводки 4 и центрирующей втулки 5 с внутренним каналом, выполненным в виде конфузора 6 и диффузора 7, соединенных цилиндрическим участком 8. Диаметр цилиндрического участка 8 равен 0,25-0,75 диаметра трубчатой проводки 4. Центрирующая втулка 5 установлена в опорах вращения 9 с образованием коаксильной полости 10. Коаксильная полость 10 взаимосвязана каналом 11 с полостью смежных трубчатых проводок 4. Входная центрирующая втулка 3 и центрирующие втулки 5 выполнены из материала с высокой износостойкостью на основе карбида вольфрама.

Устройство работает следующим образом.

Прокат, например катанка диаметром 5,5 мм, выходит из чистовой клети прокатного стана со скоростью 50 м/с и направляется в прямоточную нагнетающую форсунку 1, в полость которой одновременно подается охладитель, например вода. При прохождении через форсунку 1 прокат центрируется входной центрирующей втулкой 3, которая предотвращает износ сопла 2, что позволяет получить устойчивый равномерный поток охладителя на протяжении значительного времени. В входной центрирующей втулке 3 поперечные перемещения проката ограничены диаметром цилиндрического участка. В трубчатую проводку 4 прокат попадает, находясь в осесимметричном положении, чему способствует входная центрирующая втулка 3, уменьшая величину износа трубчатой проводки 4. Охладитель через сопло 2 в виде струи поступает в полость трубчатой проводки 4, омывая равномерно по периметру прокат со скоростью, превышающей скорость проката. Далее, попадая в центрирующую втулку 5. прокат посредством конфузора 6 попадает на цилиндрический участок 8, где находится в линейном контакте по длине цилиндрического участка 8. Наличие цилиндрического участка 8 снижает биение проката в трубчатой проводке 4, уменьшая ее износ. По мере продвижения проката он последовательно проходит систему центрирующих втулок 5 и занимает осесимметричное положение. Перед первой втулкой 5 часть потока охладителя направляется в коаксильную полость 10 и впрыскивается в полость последующей трубчатой проводки 4. При этом во втулке 5 прокат центрируется, а охладитель за счет наличия каналов 11 незначительно изменяет гидродинамическое сопротивление, что не создает дополнительных сопротивлений транспортированию проката и не повышает величину износа. Прокат линейно контактирует только с цилиндрическим участком втулок, что приводит к сплошному омыванию по периметру проката, улучшая качество охлаждения. За счет охлаждения центрирующей втулки 5 сохраняются ее стабильные геометрические размеры, что позволяет стабилизировать зону трения проката по внутренней поверхности втулки 5. По мере увеличения износа в месте износа снижается масса и втулка 5 приходит в состояние неустойчивого равновесия. За счет возможности поворота центрирующей втулки 5, она под воздействием своей силы тяжести и возмущающих воздействий охладителя и проката проворачивается и занимает состояние устойчивого равновесия, когда внизу оказывается наиболее максимальная ее часть. При этом отсутствует поверхностный контакт, так как при небольшой величине износа происходит проворот втулки 5 и в линейный контакт попадает новый внутренний участок втулки 5. Диффузор 7 направляет поток охладителя в трубчатую проводку 4. Наличие цилиндрического участка 8 снижает биение проката в трубчатой проводке 4, уменьшая ее износ.

Использование предлагаемого устройства позволяет повысить качество охлаждения проката при расширении марочного сортамета обрабатываемого длинномерного проката. Сокращение простоев стана на замену трубчатой проводки обеспечивается не менее чем в пять раз.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к ускоренному охлаждению проката. Задача изобретения - улучшение центрирования проката. Устройство для охлаждения длинномерного проката содержит форсунку и камеру охлаждения, состоящую из последовательно чередующихся трубчатых проводок и втулок с внутренним каналом переменного сечения, которые установлены в опорах вращения с образованием коаксиальной полости. В форсунке перед соплом установлена с возможностью поворота входная втулка, при этом внутренний канал всех втулок выполнен в виде конфузора и диффузора, соединенных цилиндрическим участком с диаметром, равным 0,25-0,75 внутреннего диаметра трубчатой проводки, а каждая коаксиальная полость взаимосвязана каналами с полостью смежных трубчатых проводок. Целесообразно выполнение втулок из материала с высокой износостойкостью, например на основе карбида вольфрама. Изобретение обеспечивает уменьшение величины износа и равномерное распределение его по внутренней поверхности втулок, что позволяет улучшить центрирование проката. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Устройство для охлаждения длинномерного проката, содержащее форсунку и камеру охлаждения, состоящую из последовательно чередующихся трубчатых проводок и втулок с внутренним каналом переменного сечения, которые установлены в опорах вращения с образованием коаксиальной полости, отличающееся тем, что в форсунке перед ее соплом установлена с возможностью поворота входная втулка, при этом внутренний канал всех втулок выполнен в виде конфузора и диффузора, соединенных цилиндрическим участком с диаметром, равным 0,25 - 0,75 внутреннего диаметра трубчатой проводки, а каждая коаксиальная полость взаимосвязана каналами с полостью смежных трубчатых проводок. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что втулки выполнены из материала с высокой износостойкостью, например на основе карбида вольфрама.