Способ ускоренного охлаждения плоского проката (его варианты) Советский патент 1987 года по МПК B21B45/02 

113

Изобретение относится к охлаждению плоского проката.

Цель изобретения - повышение качества проката за счет снижения его деформации при охлаждении.

На фиг. 1 изображена установка для одностороннего охлаждения, в которой используется способ для непрерывного охлаждения горизонтальной металлической полосы, вид с боку; на фиг. 2 - то же, вид сверху; на фиг.З - установка для двухстороннего охлаждения, в которой используется способ для обработки непрерывно подаваемых вертикально листов, вид сбоку; на фиг. 4 - то же, вид сверху; на фиг.З форма неохлаждаемых зон в случае симметричного охлаждения; на фиг.6 - то же, в случае несимметричного охлаждения; на фиг. 7 - распределение изотерм при осуществлении первого варианта; на фиг. 8 - то же, при осуществлении второго варианта с Лредвари- тельным охлаждением.

Согласно фиг. 1,2 металлическая полоса 1 сматывается из рулона 2 и пропускается через нагревательную печь 3, затем через охлаждающую установку 4, после чего вновь сматывается в рулон 2. Установка содержит приводные средства и средства, поддерживающие полосу 1 (не показаны).

Установка охлаждения содержит канал 5 подачи жидкости под давлением (в жидком или газообразном состоянии), которая распределяется по всей поверхности полосы 1 при помощи форсунок или жеклеров 6, расход которых регулируется на каждой из питающих линий 10, параллельных направлению перемещения (V) полосы 1,при помощи, например, регулировочных клапанов 9. Жидкость стекает в бак 7 и возвращается в компрессионное устройство или в устройство циркуляции (не показаны) через канал 5 после предварительного охлаждения. Расход жидкости увеличивается систематически и постепенно от осевого питающего канала к боковым питающим каналам.

Система охлаждения оборудована крышкой 8, установленной на входе полосы 1 в устройство 4 охлаждения и расположенной между полосой 1 и жиклерами 6. Крышка имеет форму, показанную на чертеже, и перекрывает путь части разбрызгиваемой жидкости.

Согласно фиг. 3,4 вертикальные листы 11 подвешены на транспортном

14950 2

средстве 12 типа монорельса и движутся со скоростью V. Они последовательно проходят через нагревательную печь 13 и установку 14 охлаждения. 5 Эта установка содержит ряд горизонтальных каналов 15 питания, оборудованных распылительными в-одяными форсунками 19, расположенными симметрично по обе стороны листа 11. Форсунки О питаются от подводящего канала 16 посредством регулируемых клапанов 17 Каналы питания и форсунки покрывают всю поверхность листа за исключением участка 18, имеющего форму, показан- ную на чертеже. Таким образом, в первую очередь охлаждается нижний край листа с тем, чтобы избежать нарушений, вызванных стеканием охлаждающей жидкости по бокам листа 11. 20 Расход жидкости модулируется в каждом питающем канале и постепенно уменьшается в направлении сверху вни листа.

На фиг..5 и 6 детально показана форма неохлаждаемых зон в случае симметричного (фиг. 5) или несимметричного (фиг. 6) охлаждения. Треугольники ОАС и ОА С представляют собой равнобедренные прямоугольные тре- 30 угольники. Поверхности ОЛВ и Ол В имеют форму прямоугольного треугольника, криволинейная гипотенуза которого образует с ОА или АА угол ос 45, вогнутость которого направ 35 лена к вершине прямого угла (А или А ). Длина участка АВ А в определена выше.

На фиг. 7 и 8 представлена диаграмма температура - расстояние кривых 40 охлаждения полосы 1 в различных зонах: по краям (кривая Е), в центре (кривая с) и на четвертях ширины (кривая 0), начиная от первоначальной температуры (Т). Охлаждение модули- 45 руется по ширине полосы таким образом, что кривые пересекаются при температуре Tg, точка которой находится

между I ( Тр) и | ( 2Тр) .

5Q .На фиг. 7 крышки имеют форму двух прямоугольных криволинейных треугольников ОАВ и ОА В , расположенных за точкой О, обозначающей начало охлаждения на оси полосы. Изотермы на по,jj лосе имеют формы, представленные кривыми а В ОВ, Ь, с, d, соответствующие Tg, е и т.д.

На фиг. 8 имеется зона предварительного охлаждения (А), расположенная перед зоной собственно охлаждения (В). В этой зоне охлаждение по оси изделия идет быстрее, чем по краям, и изотермы имеют форму кривых а, Ь, с, d. Это обеспечивается путем модуляции по ширине изделия форсунок охлаждения, питаемых, например, холодным воздухом. Охлаждение участка (в) аналогично представленному на фиг. 7. Изотермы имеют вид кривых f, |Q g, h, соответствующих Т. , i и т.д.

чать с различными типами форсунок среднюю скорость охлаждения от 55 (форсунки типа А) до 160 С/с (форсунки типа D).

С учетом времени, необходимого для прохода листа от печи до охладительной установки, лист имел примерно одинаковую температуру (480 С) в начале предварительного охлаждения или быстрого охлаждения.

Фронт атаки быстрого охлаждения был ограничен крьпикой, имевшей либо прямолинейно-поперечную (перпендикулярно направлению перемещеПример 1. Закаливали горизонтально путем механического распыления воды непрерывно проходящие тонкие листы размерами 620 350 3,2 мм из j ния листов параллельно их оси), ли- алюминиевого сплава 2024 после поме- бо угловую форму по изобретению (ва- щения на 30 мин в вентилируемую печь при 495°С.

Экспериментальная установка содержала расположенные за печью зону вдоль края листа, равной К половин ренного предварительного охлаждения ширины листов.

При быстром охлажде)1ии наблюдалась деформация листов и остаточные

риант I) с углом ос между поперечным направлением листов и криволинейной гипотенузой и с длиной крьшки

осевой зоны листов (половина ширины) путем одностороннего распыления воды на нижнюю поверхность листов при поМО1ЦИ одной или двух форсунок малень- 25 амплитуда волнистости листов) были кого диаметра (0 1,15 мм, тип А), замерены после закалки. направленных к продольной оси листов (в направлении из перемещения) и позволяющих в случае необходимости обеспечить предварительное охлаждение JQ полученные на листах. Приведены, в центральной зоны относительно краев частности, положения диапазона темпе- листа, а также зону быстрого охлаждения (или закалки в случае сплава 2024), оборудованную продольными линиями распыления, расположенными по

- 35

обе стороны тележки, предназначенной

продольные деформаи ии (прогиб или

В табл. 1 приводятся условия испытаний по обычной процедуре и по изобретению, а также величины деформаций,

ратур пересечения кривых охлаждения краев и середины по отношению к предпочтительному диапазону по изобретению, KOTOpbrii в данном случае должен

составлять от Т г ( Тр)327

для удержания и горизонтального перемещения листов с изменяемой скоростью V с целью горизонтальной закалки (нижней поверхности листов) или двуХсторонней (симметричной) закалки листов, выходящих из нагревательной печи. Продольные линии бьши оборудованы механическими распылителями с конусной струей с углом 60 , имеющи

ми диаметр сопла: 1,15 (сопло типа А), 1,95 (сопло типа В), 2,20 (сопло типа С) или (сопло типа D) мм, и установленными таким образом, чтобы обеспечить поперечную модуляцию охлаждения, которая характеризуется плавным изменением температуры от краев листа к его оси (что соответствует описанному первому варианту) .

Линии охлаждения питались водой из водопроводной сети при температуре окружающей среды (Tj. 20°С) йод давлением 2,5 бар, что позволяло получать с различными типами форсунок среднюю скорость охлаждения от 55 (форсунки типа А) до 160 С/с (форсунки типа D).

С учетом времени, необходимого для прохода листа от печи до охладительной установки, лист имел примерно одинаковую температуру (480 С) в начале предварительного охлаждения или быстрого охлаждения.

Фронт атаки быстрого охлаждения был ограничен крьпикой, имевшей либо прямолинейно-поперечную (перпендикулярно направлению перемещения листов параллельно их оси), ли- бо угловую форму по изобретению (ва-

ния листов параллельно их оси), ли- бо угловую форму по изобретению (ва-

вдоль края листа, равной К половин ширины листов.

риант I) с углом ос между поперечным направлением листов и криволинейной гипотенузой и с длиной крьшки

продольные деформаи ии (прогиб или

амплитуда волнистости листов) были замерены после закалки. полученные на листах. Приведены, в частности, положения диапазона темпе-

В табл. 1 приводятся условия испытаний по обычной процедуре и по изобретению, а также величины деформаций,

амплитуда волнистости листов) были замерены после закалки. полученные на листах. Приведены, в частности, положения диапазона темпе-

ратур пересечения кривых охлаждения краев и середины по отношению к предпочтительному диапазону по изобретению, KOTOpbrii в данном случае должен

Q

составлять от Т г ( Тр)327

до Т. 1 (Т

73°С.

6 J + 2Тр)

Полученные результаты показывают, что листы, закаливавшиеся обычным способом (опыт 1 или 3) или способом, предусматривающим уменьшение температуры на краях относительно температуры зоны, находящейся на половине длины листа в диапазоне повышенных температур (опыт 4), значительно деформируются при быстром охлаждении и сохраняют после закаливания значительный изгиб, чаще всего сопровождающий- 0 ся искривлением, затрудняющим их выпрямление .

5

Напротив, листы, обрабатывавшиеся способом по изобретению (опыты 2, 6, 8 и 9), предусматривающим поперечное модулирование охлаждения посредством продольных линий, оборудованных форсунками, имеющими расход воды по краям больше, чем в центг е, в комбинации

513

с предварительным охлаждением осевой зоны и/или с фронтом атаки охлаждающей жидкости, имеющим форму по и;эоб- ретению, дают слабую дeфopмaII ю при охлаждении, если диапазон температур краен и середины листов действительно находится в пределах от Тд до Т; .

П р и м е р 2. Закаливали листы размером 700 350 8 мм из алюминиевого сплава 7075 известными способами или способом по изобретению в соответствии с описанным вариантом II.

В экспериментальной установке листы перемещались вертикально со скоростью 10 см/с на горизонтальном реяьсе, параллельном продольной кромке листа, подвешенного к этому рельсу споей верхней кромкой при JJOMOUIH зажимов.

После вьщерживания в течение 4) мин при 475 С листы быстро подавались посредством горизонтального ггсремешй- ния в зону закалки, образованную че- терьмя горизонтечльными продольным; линиями, расположенными друг над другом ц вертикальной плоскости и установленными симметрично по обе CTODO- ны плоскости листа. Первоначальна температура Т., листов на входе в зону быстрого ох- п; 01ения бьша одина:со- вой у всех листов и составляла АО ) С Линии охлаждения были оборудованы форсунка механического рас1И ь 1енпя ВОД1.1 с темперлту1).:)й Тр 20 С под давлением 4 бар Форсунки имели «одинаковые диаметры или диаметры, измеияннпи- еся от одпоГт линии к другой в поги-- pe4HOh: илирапчении .чистой, и были аналогичны форсункам Л, В, С и огп - санн.1м в при-иере i .

Смещение вдоль их пролольн(1Й плоскости и использование крышки, устанавливаемой по ту и по другую сторону листа, позноляют ограничить окно закалки либо прямоугольное или в виде пара.ч- 1слс111И1едл (при использовании известного способа), либо с наклонным криволинейным фронтом и криволинейным фронтом атаки жидкости, образую- - о

щим угол (У 4 с вертикалью и пересекакпцим порхнюю кромку на расстоянии, рапном К раз ширина .чигта

(размер, прр.чендикулярный нанрлвле-- нию его перемеи ения) .

В табл. 2 приводятся данные о расположении использовавшихся .чиний и форсунок (от верхнего края к нижнему), а также полученные условия ох-06

лаждения (средняя скорость охлаждения - температура пересечения кривых охлаждения), измеренные при помощи термопар, установленных на половине

толщины по соседству с верхней и нижней кромками.

Очевидно, что условия охлаждения центральных зон (между кромками) являются промежуточными между условиими охлаждения кромок.

Установле,ш, что поперечная модуляция охлаждения в соответствии с изобретением, т.е. при диапазоне пересечения кривых изменения температуры краев от Т 317 до Т 168°С (опыт 3), позволяет существенно улучшить плоскостность листов по сравнению с листами, закаленными извест- HI.1M способом (опыты 1 или 2) или в

иных условиях (опыт 4), одновременно сохраняя в среднем по всему листу по- iii- |:;енные скорости охлаждения.

Ф о р м у л а изобретения

1. Способ ускоренного охлаждения нлоского проката, имеющего равномер- ну1и 1емпературу нагрева по длине и и;)рине (Тд), с помощью парообразоваИИ1; по меньшей мере одной жидкости охллци ельной смеси, имеющей начальную темнературут Т, включающий ох- лалдение с переменной им тенсивностью nij ширине полосы, отличаю U :i I с я тем, что, с целью повьше- нии качества охлл.хдаемого проката за счет сьгижения его деформации при ох гаждении, охлаждение ведут в два этапа, причем на первом этапе более

интенсивно охлаждают ;ентральную по iMHjJHHc зону полосы по сравнению с боковыми зонами, а на втором этапе более интенсивно охлаждают боковые зон|,1 по ширине полосы по сравнению

- це}ггральной, а переход от одного этапа к другому осуществляют в зоне

температур проката от Т - () 1 J °

ДО Т, - :; (Т 2Т,).

3

2. Способ по п. 1, о т л и ч а - ю щ и и с я тем, что в проп,ессе охлаждения создают монотонный температурный г радиент между боковыми

участками и осью прокатки, а фронту охлаждоптя придают криволинейную орму, вогнутость которой направлена в сторону дв скения проката.

713

3. Способ по пп. 1 н 2, о т л и- чающийся тем, что перед ускоренным охлаждением полосу подвергают предварительному охлаждению, включающему охлаждение боковых и централь- ных зон с различными скоростями, причем перепад температур между указанными зонами должен составлять не более

т - т т Т„ (К-О -2 (1- ),

где К - соотношение между средними скоростями охлаждения бокового и осевого участков в температурном диапазоне меж- ДУ Т и Т;,

а кривая ограничивающая фронт охлаж- дения пересекает боковые кромки проката на расстоянии ЛВ от точки пере- сечения кривой к оси проката в осевом направлении, равном

АВ К tgo.:,, при 0,6 i к t 1,0, где L - ширина проката.

4. Способ ускоренного охлаждения плоского проката, имеющего равномерную температуру нагрева по длине и ширине (Т ), с помощью парообразования по меньшей мере одной жидкостя охладительной смеси, имеющей начальную температуру Тр, включающий охлаждение с переменной интенсивностью по ширине полосы, отличающий- с я тем, что, с целью повьииения качества охлаждаемого проката за счет снижения его деформа1 ии при охлаждении, охлаждение ведут в два этапа, причем на первом этапе более интен

.

|5

0

5

0 5 0

508

сивно охлаждают одну из сторон по ширине полосы, а на втором этапе более интенсивно охлаждают другую сторону, а переход от одного этапа к другому осуществляют в зоне температур проката от Т 5 (2Т„ Т,) до Т; ( 2Тр).

5.Способ по п. А, отличающийся тем, что в процессе охлаждения создают монотонный температурный градиент между боковыми кромками полосы, а фронту охлаждения придают криволинейную форму, вогнутость которой приравнена в сторону движения проката.

6,Способ по пп, Ди5, отличающийся тем, что перед ускоренным охлаждением полосу подвергают предварительному охлаждению, включающему охлаждение боковых сторон по ширине с различными скоростями, причем перепад температур между указанными зонами должен составлять не более

лт„ (к-1) --- (1 -

где К - соотношение между средними скоростями охлаждения боковых участков в температур- ном диапазоне между Т и Т; , а кривая, ограничивающая фронт охлаждения, пересекает боковую кромку проката на расстоянии АВ от точки пересечения кривой с другой боковой кромкой в осевом направлении, равном

АВ К - tgaC , при 0,6 К 1,0, где L - ширина полосы.

10

91314950

Таблица I

Условия охлаждения и деформации листов размером 620 330 3,2 мм из сплава 2024

Двусто- 8 ронняя (симметричная)

Двусто- 8 ронняя (симметричная)

Односто- 10 ронняя (снизу)

То же

- 10

10

Пря- Края МО линейный Сере- (попе- дина речный)

Углорой Края (0:45°К-0,3) Середина

Прямо- Края линейный (по- Сере- переч- дина ныя)

Прямо- Края линейный (по- Сере- переч- дина ныЛ)

Угловой Края

-to

( 45- К-П

Угловой (ot 45K-o.as)

10

Угловой

(oi45 К-0,6)

- 12 2 форсун- 55 ки типа А

Прямо- линейный (поперечный

- 12 t форсунка 25 типа А

Угловой Края (сбЗОК-0,95) Середина

10

1,0

Очень Волнистость сильная 40 мм

С 2,0 Слабая Волнистост(

9 мм

А (по изобретению)

1.0

Значи- Стрела изгиба тельный 33 мм изгиб

D 1,6 Т,Т„- Т„ Значи- Стрела изгиба

тельный +26мм Визгиб

1,0 Т,. Т;

Значи- Стрела изгиба

Стельный -22 мм

изгиб

D 1,6 (по Слабый Стрела изгиизоб;;ете- изгиб ба +7 мм В нию)

D 3,0

т.т.

Значи- Стрела изгиба тельный - 42 мм

С 1,25 (no Слабый Стрела изгиба

изобрете- изгиб -5 мм В нию)

С 1,25 ,.Tj Слабый Стрела изгиба

(по изобре- изгиб +6 мм В тению)

Условия охлаждения и деформации листов размерами 720 350 8 мм из сплава 7075, закаливаемых в вертикальном положении с двух сторон (вариант II)

Верхний край

1/4 ширины сверху

1/4 ширины снизу

Нижний край Верхний край

1/4 ширины сверху

1/4 ширины снизу

Нижний край Верхний край

1/4 ширины сверху

1/4 ширины снизу

Нижний край

Верхний край 1/4 ширины

С С С

В А D

сверху

1/4 ширины снизу

Нижний край

С В

Таблица 2

420

460

Значительная (максимальная стрела изгиба 12 мм)

Значительная (максимальная стрела изгиба 8 мм)

260 Очень слабая (максимальная стрела (по изобре- изгиба 1 мм) тению)

460 Очень значительная (стрела изгиба 25 мм)

Ю 5

Фи9. 1

1Ъ/

;з

15 г 11 7

г.4

15 19

Изобретение относится к области охлаждения плоского проката. Цель изобретения - повьппение качества проката за счет снижения его деформации при охлаждении. Способ заключается в том, что охлаждают изделие 1 смесью жидкостей, имеющей температуру Т и содержащей по меньшей мере одну испаряющуюся жидкость. Модулируют охлаждение в направлении, перпендикулярном направлению перемещения изделия 1. В результате получают различные скорости охлаждения между краями и осью и двумя краями изделия 1. Способ позволяет обеспечить быстрое охлаждение и свести до минимума при этом деформацию плоского проката. 2 с.п. и 4 з.п. ф-лы, 8 ил. фиг. 2 САЭ. ;р :л /г 5 I 8 ГО 5 2 см

е С

А Ь

Фиг. 5

&

О

Фиг. 6

Л В

Фиг. 7

Составитель О. Румянцева Редактор М. Келемеш Техред Л.Сердюкова Корректор А. Тяско

iav.«...«4....v - веч--« -- - Заказ 2224/58 Тираж 981Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

««« «кмвмк.н лв « |...«. .. .|в май««1н а - « - в - - « - «

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4