Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ОХЛАЖДЕНИЯ ВАЛКОВ СОРТОПРОКАТНОЙ КЛЕТИ

Изобретение относится к прокатному производству и может быть использовано на сортопрокатных станах для охлаждения валков с калибрами.

Известен способ охлаждения прокатных валков в процессе прокатки, включающий подачу охлаждающей воды на поверхность валков со стороны выхода и входа металла в клеть, причем отношение максимальных и минимальных углов подачи охладителя на поверхность валка и раската устанавливают в диапазоне (1,4-3):1, длину зоны подачи охладителя устанавливают не более 5 длин дуги захвата на раскате и π/2 на валке [1].

Недостаток известного способа охлаждения состоит в том, что при подаче охлаждающей воды на валок и полосу на входной стороне клети, в результате паровзрывного эффекта в очаге деформации происходит разрушение поверхности валка, стойкость валка снижается.

Известен также способ охлаждения валков при горячей прокатке, по которому охлаждающую воду на валок подают струями с выходной стороны клети. На входной стороне клети с валка удаляют остатки охлаждающей воды с помощью двух пластин, расположенных одна над другой [2].

Недостатки известного способа состоят в том, что охлаждение валка, на бочке которого выполнены ручьи, неэффективно. Кроме того, пластины на входной стороне клети не позволяют осушить поверхность валка. В результате этого снижается стойкость валков сортопрокатной клети.

Наиболее близким по своей технической сущности и достигаемым результатам к предлагаемому изобретения является способ охлаждения валков сортопрокатной клети, по которому на ручьи и бурты, образующие калибры, из форсунок (наконечников) подают веерообразные взаимно перекрывающиеся струи охлаждающей воды. Остальную часть бочки охлаждают в меньшей степени [3] - прототип.

Недостаток известного способа состоит в том, что в нем не обеспечивается эффективное охлаждение калибров и их последующее осушение, что приводит к снижению стойкости валков. В частности, наиболее подверженные износу выпуски (боковые стенки) ручья охлаждают менее интенсивно, чем среднюю часть калибров.

Техническая задача, решаемая изобретением, состоит в повышении стойкости валков.

Для решения поставленной технической задачи в известном способе охлаждения валков сортопрокатной клети, включающем подачу из форсунок на ручьи, образующие калибры, веерообразных взаимно перекрывающихся струй охлаждающей воды, согласно предложению воду подают к форсункам с соплом истечения диаметром 5-9 мм под давлением 0,9-4,5 атм., охлаждение производят струями воды с углом раскрытия 50-70°, при этом расход воды, подаваемой на выпуски ручьев, в 1,5-3,2 раза превышает расход воды, подаваемой на среднюю часть калибров. Кроме того, охлаждающую воду на ручьи подают с выходной стороны клети, а на входной стороне клети производят осушение ручьев струями сжатого воздуха.

Сущность предлагаемого изобретения состоит в следующем.

Подача воды к форсункам с соплом истечения 5-9 мм под давлением 0,9-4,5 атм. и охлаждение ручьев веерообразными струями воды с углом раскрытия 50-70° обеспечивают наиболее интенсивный отбор тепла от ручьев. При этом подача на выпуски ручьев увеличенного в 1,5-3,2 раза количества воды позволяет понизить температуру наиболее нагруженных по температуре и работе сил трения участков. Это снижает скорость износа ручьев, делает его равномерным по контуру ручья. Подача охлаждающей воды на ручьи с выходной стороны клети позволяет отобрать от перегретой поверхности валка, вышедшей из очага деформации, больше тепла из-за более высокого температурного градиента и уменьшить теплопередачу в глубь валка. Последующее осушение ручьев струями сжатого воздуха на входной стороне клети исключит попадание воды в очаг деформации и образование в нем паровзрывного эффекта, который способствует разрушению поверхности ручья.

Экспериментально установлено, что если сопло истечения имеет диаметр менее 5 мм и воду подают под давлением ниже 0,9 атм., силы удара веерообразной струи об охлаждаемую поверхность ручья недостаточно для того, чтобы эффективно пробить паровую рубашку и отобрать тепло от валка. К тому же имеет место снижение расхода охлаждающей воды. Это ведет к перегреву валка и ускоренному термическому износу. Увеличение диаметра более 9 мм и давления выше 4,5 атм. приводит к перерасходу охлаждающей воды и переохлаждению прокатываемого профиля, что недопустимо.

Уменьшение угла раскрытия менее 50° снижает эффективность охлаждения и для покрытия водой всей охлаждаемой поверхности требует удаления форсунки от валка. При этом происходит потеря кинетической энергии струи, повышается температура валка и его износ. Увеличение угла раскрытия более 70° приводит к снижению равномерности охлаждения поверхности валка в центральной и периферийных частях веерообразной струи воды. Это снижает стойкость валка.

Если расход воды, подаваемой на выпуски ручья, превышает расход воды, подаваемой на среднюю часть калибра, менее чем в 1,5 раза, то имеет место повышенный износ выпусков. Если указанное соотношение расходов будет более 3,2, то это увеличит неравномерность износа калибра, т.к. его средняя часть будет изнашиваться более интенсивно. В результате снизится стойкость валка.

Примеры реализации способа

На валки первой клети проволочного стана 150 с открытым ящичным калибром, образованным ручьями трапециевидного сечения верхнего и нижнего валков, подают охлаждающую воду. Форсунки для подачи воды установлены на выходной стороне клети и имеют диаметр рабочего канала d=7 мм. Угол раскрытия струи форсунок составляет ϕ=60°.

При прокатке нагретой до температуры 1230°С заготовки квадратного сечения 100×100 мм из стали марки 45 в первой клети к валкам подают веерообразные взаимно перекрывающиеся струи охлаждающей воды. На каждый ручей охлаждающую воду подают из 5-ти форсунок: пара форсунок направлена на один из выпусков, одна форсунка - на среднюю часть калибра, еще одна пара форсунок - на другой выпуск. Благодаря этому расход воды, подаваемой на выпуски ручья, в N=2 раз превышает расход воды, подаваемой на среднюю часть калибра. Давление воды в коллекторе, в котором установлены все 5 форсунок, составляет Р=2,7 атм.

Для того чтобы осушить ручьи на валках перед их входом в контакт с прокатываемым металлом, на входной стороне клети ручьи обдувают сжатым воздухом из цеховой магистрали. Струи сжатого воздуха сдувают остатки влаги и позволяют устранить паровзрывной эффект в очаге деформации.

Благодаря охлаждению валков сортопрокатной клети по предложенным режимам их среднемассовая температура не поднимается выше t=70°C, износ валков уменьшается и улучшается его равномерность по контуру ручья. В результате удельный расход валков снижается до величины Q=0,76 кг на тонну проката.

Варианты реализации предложенного способа и показатели их эффективности приведены в таблице.

Из данных, представленных в таблице, следует, что при реализации предложенного способа охлаждения (варианты №2-4) достигается повышение стойкости валков с калибрами сортопрокатной клети, температура валков минимальна. В случаях запредельных значений заявленных параметров (варианты №1 и №5) стойкость валков снижается, косвенным показателем чего является более высокая температура валков. Также низкая стойкость валков при их более высокой температуре имеет место при реализации способа-прототипа (вариант 6).

Технико-экономические преимущества предложенного способа состоят в том, что при регламентированном давлении, диаметре сопла истечения и угле раскрытия струи охлаждающей воды возрастает эффективность теплосъема с поверхности ручья. Увеличение расхода воды, подаваемой на выпуски ручья, в 1,5-3,2 раза при использовании всех предложенных параметрах охлаждения обеспечивает выравнивание износа валка по контуру ручья. Кроме того, подача охлаждающей воды на ручьи на выходной стороне клети и осушение ручьев сжатым воздухом на входной исключают появление паровзрывного эффекта в очаге деформации. Благодаря этому повышается стойкость валков с калибрами сортопрокатной клети.

Внедрение предложенного способа охлаждения позволит повысить рентабельность производства сортовых профилей проката на 5-7%.

Источники информации

1. Авт.свид. СССР №1227275, МПК В 21 В 27/10, 1986 г.

2. Заявка Японии №57-103718, МПК В 21 В 27/10, 1982 г.

3. Н.А.Будагьянц, В.Е.Карсский. Литые прокатные валки. М.: Металлургия, 1983 г., с.60-61 - прототип.