Устройство для газожидкостной обработки проката Советский патент 1984 года по МПК B21B45/02 

Изобретение относится к прокатному производству, конкретнее - к производству сортового проката и катанки на сортовых и проволочных станах, и может быть использовано как на существующих, так и па вновь сооружаемых станах для ускоренного охлаждения проката, выходящего из последней клети, а также для снижения температуры раската в межклетевых промежутках непосредственно в линии стана с целью измельчения аустенитного зерна, повышения дисперсности феррито-перлитной структуры и предотвращения образования видманщтеттовой структуры.

В прокатном производстве применяется ряд систем и способов ускоренного охлаждения проката.

Известны способы ускоренного охлаждения проката потоком воды, воздуха, водяными или аэрозольными струями путем погружения проката в резервуары с водой, а также различные комбинации этих способов. В последнее время все щире применяется ускоренное охлаждение движущегося горячего проката с помощью воды, распыленной в скоростном потоке воздуха, что позволяет значительно форсировать теплоотдачу и снизить расход охлаждающей воды Г.

Последнее обстоятельство является особенно важным в тех случаях, когда необходимо снизить температуру раската на 140-250°С в межк,1етевых промежутках прокатного стана и время проведения всей операции составляет 0,5-1,5 с.

Интенсивность охлаждения скоростным водяным туманом зависит от давления воздуха, воды, соотношения массы к воздуха в смеси, скорости последней, условий формирования смеси и других факторов.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту техническим решением является устройство для нанесения покрытий из порошков на длинномерные изделия, содержащее камеру с форсунками, выполненную в виде закрытой трубчатой проводки, в которой форсунки расположены по спирали на равных расстояниях друг от друга 2.

Недостатком известного устройства в случае применения его для газожидкостной обработки проката является расположение форсунок непосредственно в рабочем пространстве камеры и стационарная установка их относительно своей продольной оси, что приводит к непроизводительной потере кинетической энергии обрабатывающего потока, связанной с истечением во внезапнорасширенное пространство; к незначительным перепадом давления от периферии к центру струи обрабатывающей среды; к елабоинтенсивным фазовым массообменным; к отсутствию внутренней упорядоченной рециркуляции в истекающей струе; к отсутствию предварительного смещения газовой фазы в объеме, концентрированно насыщенного дисперсными каплями; к отсутствию пристенного эффекта дробления капель к проявлению неорганизованной пульсации.

Перечисленные факторы обуславливают снижение динамического воздействия обрабатывающей среды, степени диспергирования и однородности рабочего потока, а также ведут к односторонней зависимости дисперсности распыла от режима работы форсунки, в результате чего ухудщается качество обработки проката и снижается ее эффективность.

Целью изобретения является улучшение обработки проката и повышение ее эффективности.

Указанная цель достигается тем, что в устройстве для газожидкостной обработки проката преимущественно для его ускоренного охлаждения в потоке прокатного стана, содержащем камеру с форсунками, выполненную в виде закрытой трубчатой проводки, в которой форсунки расположены в виде спирали на равных расстояниях одна от другой, форсунки установлены на сочлененных с камерой диффузорах на расстоянии от продольной оси камеры, равном 45- 90 гидравлическим диаметром выходного отверстия форсунки, при этом форсунки установлены подвижно относительно своей продольной оси.

Такое конструктивное выполнение повыщает активность взаимодействия обрабатывающего потока с поверхностью проката за счет увеличения его кинематической энергии, возрастания степени дробления капель, повышения стабильности и однородности, возможности формирования оптимального режима обработки при настройке устройства (путем регулирования положения форсунки в диффузоре).

Технические преимущества изобретения по сравнению с известным устройством заключаются в том, что оно обеспечивает активное взаимодействие обрабатывающих потоков с поверхностью проката за счет формирования высокой скорости обрабатывающей среды, достигающей 60-80 м/с. Это примерно в 10 раз больше, чем в известном устройстве. Одновременно возрастает степень дробления капель жидкой фазы, размер частиц которой составляет 20-40 мкм, что ведет к повышению эффективности работы устройства и улучшению качества обрабатываемой поверхности проката за счет роста теплосъема и раномерности покрытия. Кроме того, предложенное устройство обеспечивает возможность выбора оптимального в каждом конкретном случае режима обработки путем регулирования расстояния между форсунками и прокатом. , 1106 3 На фиг. 1 схематически показано устройство, общий вид; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 1. Устройство для газожидкостной обработки движущегося проката состоит из камеры 1, выполненной в виде трубчатой проводки, снабженной вводной воронкой 2, установленной в виде съемной детали в обойме 3, закрепленной жестко по центру входной крышки 4; отводящего патрубка 5; вы-О ходной крышки 6; сочлененной с сужающейся выводной воронкой 7, на выходе из которой установлена распределительная камера 8 с наклонными соплами 9, направленными под углом 10-20° навстречу движению проката, и патрубком 10. С боковой поверхностью камерь 1 сочленены диффузоры 11 с углом раскрытия 18-20°, расположенные на равных расстояниях друг от друга по спирали с щагом, обеспечивающим при заданном диаметре камеры и приведен-20 ных углах расширения диффузора перекрытие соударяемых истекающих потоков на расстоянии 1-3 диаметра обрабатываемого проката. В полости диффузора И коаксиально установлены газожидкостные фор-25 сунки 12 с расположением выходного торца 13 на расстоянии, равном 45-90 гидравлическим диаметрам выходного отверстия форсунки, независимо от его профиля (сужающегося, расширяющегося, щелевого, перфорированного и др.). ФорсункиЗО 12 установлены подвижно относительно продольной оси в направляющих крыщек 14 диффузора. Крепление камеры осуществлено с помощью опоры 15. Устройство работает следующим образом.35 Движущийся горячий металл через ввод ную воронку 2 поступает в рабочее пространство камеры 1, в которой производят обработку проката посредством подачи на его поверхность равномерно распределенногодд скоростного рабочего потока обрабатывающей среды, поступающей в камеру 1 в виде сформированного распыленного и стабилизированного потока из диффузоров 11, вводимого туда в виде газожидкостной смеси через форсунки 12. Смесь может го-45 товиться как в отдельном генераторе, так и непосредственно в форсунках, в последнем случае каждая форсунка снабжается трубопроводами для подвода воды и газа, в качестве которого может использоваться воздух, азот, пар и др. Б результате взаимодействия рабочего потока с поверхностью проката происходит эффективное ускоренное охлаждение за счет ее покрытия скоростным водяным туманом, срыва паровой пленки, интенсифи-55 нации испарительного процесса. Обработанный прокат удаляется из рабочего пространства камеры 1 через выводную воронку 7, 62. а отработанная среда удаляется через отводящий патрубок 16. При выводе проката из воронки 7 устройства производят его осущающий обдув встречным кольцевым потоком газа, подаваемым из распределительной камеры 8 через сопла 9. Установка форсунок 12 на сочлененных с камерой 1 диффузорах 11 на расстоянии от проката, равном 45-90 гидрав-гГическим диаметрам форсунки, обеспечивает повыщение кинетической энерги:; истекающей струи за счет устранения циркуляционной области по периметру форсунки в зоне ее выходного торца, усреднения профиля скоростей по сечению струи и снижения тормозящего действия по ее границам. При этом степень диспергирования обрабатывающего потока возрастает за счет увеличения перепада даа тения от периферии к центру струи, присущего канализированным и ограниченным струям, появления внутренней упорядоченной рециркуляци, интенсификации фазового массообмена в объеме с высоким содержанием дисперсных капель и наличия пристенного эффекта дополнительного дробления. В этом случае в полости диффузора 11 непосредственный контакт диспергируемой среды (жидкости) и сплошной фазы (газа) между собой и с поверхностью стенки значительно повышается, причем возникает поверхность раздроблениных капель и свежая контактная поверхность взаимодействующих фаз. Приведенное расстояние между выходным торцом форсунки и поверхностью проката способствует максимальному динамическому воздействию газожидкостного потока на обрабатываемый прокат, причем обрабатывающий поток в зоне соударения характеризуется равноплотным распределением диспергированных капель, что, в конечном итоге, повышает скорость и равномерность охлаждения (обработки), Уменьшение этого расстояния менее указанного нижнего предела снижает однородность рабочего потока за счет ослабления фазового массообмена, приводит к ухудшению предварительного смешения и умень шению времени дробления частиц жидкости. Увеличение рассматриваемого расстояния более указанного верхнего предела снижает жесткость, а отсюда и активность обрабатывающего потока за счет уменьщения его кинетической энергии при равной степени диспергирования жидкости. Установка форсунок на диффузорах подвижно относительно продольной оси позволяет осуществить оптимальную настрой у работы устройства при запуске, изменении сортамента и марок обрабатываемого проката, изменении характеристики и энергопараметров жидкости и распыляющей Lpc., обсспечиваег возможность регулироики расстояния между форсункой и прокатом в одинаковых устройствах, установленних в разных межклетевых нромежутках. При давлении газа перед форсункой 4-6 ати, давлении воды 1,5-3 ати и отношении массы воды к массе газа от 1:1 до 5:1 оптимальная расчетная скорость вылета смеси из диффузора составляет 6080 м/с. Достоверность результатов подтверждается проведенными лабораторными исследованиями устройства для газожидкостной обработки проката, состоящего из двух последовательно установленных камер диаметром 200-400 мм с четырьмя расположенными по спирали форсунками на каждой. Охлаждался прокат диаметром 25-40 мм, длиной 3-5 м с начальной температурой 970-10(Ю°С до 750-800°С. Скорость движеНИИ проката составляла 3-5 м/с. Реализация предложенного устройства по:чволяет осуществить контролируемую прокатку сортовой стали, предназначенной для изготовления крепежных изделий методом холодного выдавливания и высадки. Улучшение макроструктуры металла достигается за счет формированного и равномерного охлаждения раската перед последними клетями стана. При этом происходит активное измельчение аустенитного зерна, повышение дисперсности ферритно-перлитной структуры и предотвращение образования видманштеттовой структуры, благодаря чему повыщаются пластические свойства металла, предназначенного для холодного выдавливания и высадки. Повыщение пластических свойств металла, особенно с повыщенным содержанием углерода (0,3-0,45%) и легированных марок стали, дает возможность исключить дополнительную термическую обработку его после прокатки (сфероидизирующий отжиг).

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГАЗОЖИДКОСТНОЙ ОБРАБОТКИ ПРОКАТА, преимущественно для его ускоренного охлажд,ения в потоке прокатного стана, содержащее камеру с форсунками, выполненную в виде закрытой трубчатой проводки, в которой форсунки расположены в виде спирали на равны.х расстояниях одна от другой, отличающееся тем, что, с целью улучшения качества обработки проката и повышения ее эффективности, форсунки установлены на сочлененных с камерой диффузорах на расстоянии от продольной оси камеры, равном 45-90 гидравлическим диаметрам выходного отверстия форсунки, при этом форсунки установлены подвижно относительно своей продольной оси. с S ue.f

Фиг. 2

Фиг.З