Прокатный стан Советский патент 1989 года по МПК B21B13/20 

3150

Изобретение относится к прокатному производству, а именно к констру- циям волновых прокатных станов с генерацией высоких температур и давле- НИИ в рабочей зоне,, и может быть использовано на металлургических и машиностроительных заводах преимущественно для листовой прокатки труднодеформируемых заготовок.

Целью изобретения является повьше- ние экономической эффективности процесса прокатки за счет увеличения термического КПД осуществляемого термодинамического циклао . .

На фиго изображен предлагаемый прокатный стан, общий вид; на фиг.2 - осуществляемый в стане термодинамический цикл, в координатах энтропия - температура.. .

1Прокатный стан содержит неподвиж- }ную станину 1 с размещенными в ней С-образным профилированным вкладьшем

2и нажимными элементами 3-6, охватывающими кулачковьй генератор 7 бегущих .волн деформации, несущий рабочие валки 8, и образующими вместе

с боковыми крышками (не показаны) камеры 9-12 переменного объема с

годными 13 - 16 и выходными 17 - 20 патрубками

Прокатный стан содержит также камеру 21 сгорания с входным воздухозаборником 22 и выходным соплом 23, камеру 24 расширения с водяной 25 и паровой 26 полостями и водяным 27 и паровым 28 патрубками, водоподогре- ватель 29 с газовым каналом 30 и во- дяным трактом 31 с входным 32 и вы- ходным 33 п-атрубками,. установленные на одном валу 34 с возможностью вращения паровую турбину 35 с входным патрубком 36 и выходным диффузором 37 и воздушный компрессор 38 с входным диффузором -39 и выходным патруб ком 40.

Выходное сопло 23 камеры 21 сгорания и газовый канал 30 зодоподогре- 29 подключены соответственно к входному 13 и выходному 20 патруб- кам камер 9 и 12 переменного объема, а выходной патрубок 40 воздушного компрессора 38 соединен с входным воздухозаборником 22 камеры 21 сгорания,

Для повышения . экономической эффективности процесса прокатки за счет увеличения термического КПД осуществляемого термодинамического цикла.

предлагаемьш прокатный стан снабжен дополнительными камерами 41-43 сгорания и воздушными компрессорами 44 и 45, при этом входные воздухозаборники 46 - 48 дополнительных камер 41-43 сгорания подключены к выходным патрубкам 17 - 19 камер 9-11 переменного объема, выходные сопла 49-51 дополнительных камер 41.- 43 сгорания подключены к входным патрубкам 14 - 16 камер 9.- 11 переменного объема, выходные патрубки 52 и 53 дополнительных воздушных компрессоров 44 и 45 подключены последовательно к входному диффузору 54 дополнительного воэдзтпного компрессора 45 и входному диффузору 39 основного воздушного компрессора 38 через охлаждаемые теплообменники 55 и 56, входной патрубок 36 паровой турбины 35 подключен к. паровому патрубку 28 камеры 24 расширения через пароперегреватель 57, размещенный в газовом канапе 30 водоподогревателя 29, выходной диффузор 37 паровой турбины 35 подключен к водяной полости 25 камеры 24 расширения через конденсатор 58 и конденсатный насос 59, выходной патрубок 33 водяного тракта 31 подключен к водяному патрубку 27 камеры 24 расширения, а выходной патрубок 32 водяного тракта 31 через циркуляционный насос 60 подключен к водяной полости 25 .камеры 24 расширения

Рабочий калибр образован наружными поверхностями рабочих валков 8 и внутренней рабочей поверхностью С- образного пр.офилированного вкладыша 2 о Профиль С-образного профилированного в.кладыша 2 соответствует требуемому закону деформации прокатьгоаемо- го металла, например при листовой прокатке профиль может б)ыть выполнен по архимедоврй спирали.В С-образ- ном профилированном вкладьппе 2 могут быть вьтолнены требуемые ручьи.Нажимные элементы 3-6 вьтолнены в виде вытеснительных пластин,, входящих с возможностью возвратно-поступательного перемещения в радиальные камеры 61, вьшолненные в станине 1 .и соединенные с источником давления (не показан) через каналы 62. В прокатном стане предусмотрены моталки 63 и 64 и отклоняющие ролики 65,обеспечивающие перемотку прокатьгааемого металла с требуемым натяжением

Входной диффузор 66 дополнительного воздушного компрессора снабжен воздушным фильтром (не показан), а выход газового канала 30 водоподогре вателя 29 - фильтром-нейтрализатором (не показан) соответственно для очи стки поступающего атмосферного возду ха от примесей ц снижения токсичности отходящих газов Предусмотрены ин дивидуальные приводы (не показаны) конденсатного 59 и циркуляционного 60 насосов о

В прокатном стане предусмотрены также: пусковая система, обеспечиваю щая предварительную раскрутку паровой турбины 35, топливная система, обеспечиваюпця регулируемую подачу топлива в-форсунки камер 21, 41 - 43 сгорания, воздушная система, регулирующая подачу воздуха воздушными компрессорами 38,44,45 и производительность охлаждаемых теплообменников 55 и 56, система воспламенения, обеспечивающая функционирование запальных приспособлений камер 21, 41 - 43 сгорания, система смазки,система охлаясдения теплонапряженных элементов стана, система автоматического регулирования с компьютером, обеспечивающая оптимизацию основных параметров прокатки (не показаны)

Прокатный стан функционирует следующим образом

После задачи заготовки одним из известных способов устанавливаются требуемые параметры прокатки,включаются все вспомогательные системы стана, в том числе пусковая система, производящая предварительную раскрут- ку паровой турбины 35 и кинематически связанных с ней валом 34 воздушного компрессора 38 и дополнительных воздушных компрессоров 44 и 45 до требуемого числа оборотов Включаются также индивидуальные приводы конденсатного 59 и циркуляционного. 60 насосов о

Прокатьгоаемый металл образует внутри станины 1 деформационную петлю пятиугольной формы, охватьгаающую кулачковый генератор 7 бегущих волн деформации При этом пpoкaтывae a й металл оказывается пропущенным через рабочие калибры, образованные наружной поверхностью рабочих валков 8 и внутренней рабочей поверхностью С- образного профилированного вкладыша 2. Рабочими телами прокатного

03910

стлиа являются топливо, атмосферный воздух, газоводушная смесь, водяной пар и вода. Топливо подается топливр. ной системой в форсунки камеры 21

сгорания и дополнительных камер 41-43 сгорания под высоким давлением, -распыляется до мелкодисперсного состояния и смешивается в камере

О 21 сгорания со сжатым воздухом,поступающим из выходного патрубка 40 воздушного компрессора 38 во входной воздухозаборник 22, а в дополнительных камерах 4 - A3 сгорания - с

15 продуктами сгорания и горячим воздухом, поступающим из выходных патрубков 17 - 19 камер 9 - П переменного объема во входные воздухозаборники 46 - 48,

20 Атмосфер ный воздух поступает через воздушньш фильтр во входной диффузор 66 дополнительного, воздушного компрессора 44, где сжимается, и через выходной патрубок 52 подается

25 в охлаждаемый теплообменник 55, где охлаждается Из охлаждаемого теплообменника 55 охлажденный воздух поступает во входной диффузор 54 дополнительного воздушного компрессора

30 45, где сжимается, и через выходной патрубок 53 подается в охлаждаемый теплообменник 56, где охлаждается Из охлаждаемого теплообменника 56 охлаждаемый воздух поступает во вход35 ной диффузор 39 воздушного компрессора 38, где cжIiмaeтcя, и через вы- . ходной патрубок 40 подается во входной воздухозаборник 22 камеры 21 сгорания, где смешивается с распыленным

40 до мелкодисперсного состояния топливом-.

Газовоздушная смесь образуется в камере 21 сгорания в результате сгорания топлива в сжатом воздушном

45 компрессором 38 воздухе и представляет собой смесь газообразных продуктов сгорания и горячего воздуха (воздух подается в камеру 21 сгорания в избытке), имеющую высокие температу50 РУ и давление Через выходное сопло 23 и входной патрубок 13 газовоздушная смесь поступает в камеру 9 переменного объема, где расширяется.Из камеры 9 переменного объема газозоз55 душная смесь через выходной патру- . бок 17 и входной воздухозаборник 46 поступает в дополнительную камеру 41 сгорания, где к ней подводится дополнительная теплота сгорания топли

ва. Через выходное сопло 49 и входной патрубок 14 газовоздушная смесь поступает,в камеру 10 переменного объема, где расширяется. Из камеры 10 переменного объема газовоздуганая смесь через выходной патрубок 18 и входной воздухозаборник 47 поступает в дополнительную камеру 42 сгорания, где к ней подводится дополни- тельная теплота сгорания топлива. Через выходное сопло 50 и входной патрубок 15 газовоздушная смесь поступает в камеру 1 переменного объема, где расширяется Из камеры 11 переменного объема газовоздушная смесь через выходной патрубок 19 и входной воздухозаборник 48 поступает в дополнительную камеру-43 сгорания,где к ней подводится дополнительная теплота сгорания топлива. Через выходное сопло 51 и входной патрубок 16 газовоздушная смесь поступает в камеру 12 переменного объема, где расширяется. Из камеры 12 переменного объема газовоздушная смесь через выходной патрубок 20 поступает в газовый канал 30 водоподогревателя 29, где перегревает воду в водяном трак- ve 31 и перегревает пар в пароперегревателе 47 о С выхода газового канала 30 водоподогревателя 29 газовоздушная смесь, отдавшая теплоту воде и пару, через фильтр-нейтрализатор выбрасывается в атмосферу

В камерах 9-12 переменного объема газовоздушная смесь, имеющая вы- сокие температуру и давление, разуп- рочняет и э кструдирует прокатываемый металл через рабочие калибры и, расширяясь, производит механическую работу, вращая кулачковьш генератор 7 бегущих волн деформация. Б результате осуществляется волновая прокатка металла в рабочих калибрах При этом кулачковый генератор 7 бегущих волн деформации вращается против часовой стрелки (объемы камер 9-12 переменного объема увеличиваются, обеспечивая расширение газовоздушной смеси), рабочие валкн 8 вращаются по часовой стрелке и прокатываемый металл перематывается с левой моталки 63 на .правую моталку 64

0

5

водяного тракта 31 через водяной патрубок 27 поступает в паровую полость 26 камеры 24 расширения ширяясь, превращается в насьш1енный водяной пар. Из паровой полости 26 через паровой патрубок 28 насьщ ен- :Ный водяной пар поступает в пароперегреватель 57, где перегревается и превращается в сухой перегретый пар. Через входной патрубок 36 перегретый водяной пар поступает в паровую турбину 35, где, расширяясь, производит механическую работу,обес- 5 печивая вращение через вал 34 воздушного компрессора 38 и дополнительных воздушных компрессоров 44 и 45«Отработавший в паровой турбине 35 водяной пар через выходной диффузор 37 поступает в конденсатор 58, где конденсируется и превращается в воду. Вода генер1|руется, в конденсаторе

58и подается конденсатным насосом

59 в водяную полость 25 камеры 24 расширения Из водяной полости 25 камеры 24 расщире- ния циркуляционным насосом 60 через входной патрубок 32 вода поступает в водяной тракт 31, где перегревается.

Таким образом, за счет высвобождения химической энергии топлива, в прокатном стане осуществляется комбинированный термодинамический с цикл (фиГо2), состоящий из газ-ового цикла г-2г-3г-4г-5г-6г-7г-8г-9г- 10г-11г-12г-13г-14г-15г-1г и парового цикла 1п-2п-Зп-4п-5п-6п-1По

Газовьй цикл 1г-2г-3г-4г-5г-6г- 7г-8г-9г-10г-11г-12г-13г-14г-15г-1г состоит из следующих термодинамических процессов.

Процесс 1г-2г является процессом сжатия воздуха воздушным компрессором 38. Процесс.2г-3г является процессом подвода теплоты в камеру 21 сгорания. Процесс Зг-4г является процессом расширения в камере 9 переменного объема Процесс 4г-5г является процессом подвода теплоты в дополнительную камеру 41 сгорания. Процесс 5г-6г является процессом расширения в камере 10 переменного объема Процесс 6г-7г является процессом подво0

0

5

0

Изобретение относится к прокатному производству, а именно к конструкциям волновых прокатных станов с генерацией высоких температур и давлений в рабочей зоне, и может быть использовано на металлургических и машиностроительных заводах преимущественно для листовой прокатки труднодеформируемых заготовок. Цель изобретения - повышение экономической эффективности процесса прокатки за счет увеличения термического КПД осуществляемого термодинамического цикла. Теплота подводится к газовоздушной смеси в камере 21 сгорания и дополнительных камерах 41-43 сгорания. Газовоздушная смесь, имеющая высокую температуру и давление, в камерах 9-12 переменного объема разупрочняет и экструдирует прокатываемый металл через рабочие калибры и, расширяясь, вращает кулачковый генератор 7 бегущих волн деформации, осуществляя волновую прокатку. Атмосферный воздух сжимается в воздушном компрессоре 38 и дополнительных компрессорах 44 и 45 и охлаждается в теплообменниках 55 и 56, чем достигается многоступенчатый отвод теплоты. Водяной пар генерируется из воды, перегреваемой в водяном тракте 31 газовоздушной смесью, и перегревается в пароперегревателе 57. Расширяясь в паровой турбине 35, водяной пар обеспечивает вращение компрессоров 38,44 и 45, чем достигается утилизация теплоты отработавшей газовоздушной смеси. Многоступенчатый подвод и отвод теплоты увеличивает термический КПД осуществленного в стане термодинамического цикла за счет повышения максимальной и понижения минимальной температур. 2 ил.

Водяной пар генерируется в резуль- 55 Д теплоты в дополнительную камеру

тате перегрева воды в водяном тракте 31 водоподогревателя 29 газовоз- душной смесью, проходящей через газовый канал 30. Перегретая вода из

42 сгорания. Процесс 7г-8г.является процессом расширения в камере 11 переменного объема. Процесс 8г-9г является процессом подвода теплотьг в до

полнительную камеру 43 сгорания„Про- цесс 9г-1Ог является процессом расширения в камере 12 переменного объема. Процесс 0г-11г является процессом отвода теплоты в газовом канале 30 водоподогревателя 29 Процесс 11г-12г является процессом отвода теплоты в атмосферу Процесс 12г-13г является процессом сжатия в дополни тельном воздушном компрессоре 44оПро цесс 13г-14г является процессом отвода теплоты в охлаждаемый теплообменник 55. Процесс 14г-15г является процессом сжатия в дополнительном возду ном компрессоре 45 Процесс 15г-1г является процессом отвода теплоты в охлаждаемый теплообменник 56 Цикл замыкаетсй.

Средняя максимальная температура цикла при многоступенчатом подводе теплоты в камере 21 сгорания и в дополнительных камерах 41 - 43 сгорания, по сравнению с одноступенчатым подводЬм теплоты, существенно повышается, а средняя минимальная температура цикла при многоступенчатом сжатии в дополнительных воздушных компрессорах 44 и 45 и в воздушном компрессоре 38, по сравнению с одноступенчатым сжатием, существенно понижается (фиг.2).

Паровой цикл 1п-2п-3п-4п-5п-6п-1п состоит из следующих термодинамических процессов. .Процесс 1п-2п является процессом

сжатия воды в конденсатном 59 и циркуляционном 60 насосахо Процесс- 2п-3п является процессом нагрева воды в водяном тракте 31 водоподогревателя 29о Процесс Зп-4п является процессом генерации насьш1енного водяного пара в паровой полости 26 каме-

Пример. При Тер мвкс 800 К; Т«р, мин 400 К; 6 5; К 1,4 получим rj, 0,5и Тог

ры 24 расширения. Процесс 4п-5п является процессом перегрева пара в паро- де да К 0,25 и повьшение экономи- перегревателе 57. Процесс 5п-6п явля- ческой эффективности составляет 25%. ется процессом расширения пара в паровой турбине 35о Процесс 6п-1п является процессом отвода теплоты и конденсации в конденсаторе 58„ Цикл замыкается.

50

Таким образом, повьшение средней максимальной температуры и понижение средней минимальной температуры осуществляемого термодинамического цикла с одновременным использованием теплоты отработавших газов в паровом цикле для привода воздушных комп рессоров с промежуточным охлаждением

Осуществление парового цикла 1п- 2п-.3п-4п-5п-6п-1п позволяет утилизировать теплоту отработавших газов га- воздушных потоков на их входе позвозового цикла 1г-2г-3г-4г-5г-6г-7г- 8г-9г-10г-11г-12г-13г-14г-15г-1г и использовать получаемую механическую работу для привода воздувшого компляет существенно повысить экономическую эффективность процесса прокатки за счет увеличения термического КПД осуществляемого цикла.

0

O 5

рессора 38 и Дополнительных воздушных компрессоров 44 и 45.

Повьппение экономической эффективности процесса прокатки за счет увеличения термического КПД осуществ- вляемого в стане термодинамического цикла может быть оценено следующим образом.

Многоступенчатый подвод теплоты и отвод теплоты с промежуточным охлаждением карнотизирует осуществляемый термодинамический цикл и в первом приближении позволяет считать его циклом с изотермическим подводом и отводом теплоты Тогда термический КПД осуществляемого цикла может быть оценен в соответствии со следующим выражением

h 1 - Т /т

i ср. мс(кс . мин

где Т.-с м«кс средняя максимальная

температура цикла; Тер. /иин средняя минимальная

температура цикла Термический КПД цикла, осуществляемого в известном стане с одноступенчатым подводом и отводом теплоты равен

, 1 - 1/6,

где

6- Т,/Т,,

m (К - О/К

К - коэффициент Пуассона

Повышение экономической эффективности процесса прокатки за счет увеличения термического КПД осуществляемого цикла равно

Кэ ( 4v- 1г)/Т-г

Пример. При Тер мвкс 800 К; Т«р, мин 400 К; 6 5; К 1,4 получим rj, 0,5и Тогда К 0,25 и повьшение экономи- ческой эффективности составляет 25%.

да К 0,25 и повьшение экономи- ческой эффективности составляет 25%.

Таким образом, повьшение средней максимальной температуры и понижение средней минимальной температуры осуществляемого термодинамического цикла с одновременным использованием теплоты отработавших газов в паровом цикле для привода воздушных компрессоров с промежуточным охлаждением

ляет существенно повысить экономическую эффективность процесса прокатки за счет увеличения термического КПД осуществляемого цикла.

ному и выходному патрубку камер переменного объема, а выходной патрубок воздушного компрессора соединен с входным воздухозаборником камеры сгорания, отличающийся тем, что, с целью повышения эконо25

26

28

Редактор Т Парфенова

Составитель Г Ростов Техред М.Ходанич

заказ 5183/12

Тираж 459

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при.ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

насос, выходной патрубок водяного тракта подключен к водяному патрубку камеры расширения, а входной патрубок водяного тракта через циркуляционный насос подключен к водяной полости

камеры расширения, .

Фиг. 1

Корректор Л.Бескид

Подписное