Устройство для охлаждения листового проката на рольганге

(51) 5 ЕТЕНИЯ к ,ф Сл) О ( р СУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗО ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Институт черной металлургии(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОХЛАЖДЕНИЯ ЛСТОВОГО ПРОКАТА НА РОЛЬГАНГЕ 57) Сущность изобретения: устройство состоит из ванны 1 с коллектором 2, вдоль образующей которого размещено сопло подачи воды, выполненное в виде расположенных по обоазующей коллектора отверстий 3 для истечения воды, формирующих планок 4, установленных под острым углом друг относительно друга с образованием сходящегося щелевого сопла 5, В ванне размещено не менее двух коллекторов. 1 з.п, ф-лы, 1 ил.50 55 Изобретение относится к области термической обработки листового проката иможет быть использовано для ускоренногоохлаждения полос и листов на отводящемрольганге станов горячей прокатки.Известны устройства для ускоренногоохлаждения полос и листов в потоке прокатн ых станов (1 - 6). Устройства (1 - 3), содержатвставки, изменяющие форму выходных отверстий, что обеспечиваетподачу охладителя на изделие в виде. распыленной воды,Устройства (4 - 7) содержат щелевые сопла,образованные направляющими пластинами или одной направляющей пластиной ибоковой поверхностью бака, что позволяет. подавать охладитель на поверхность проката в виде сплошной плоской водяной струи.Промышленная эксплуатация известных устройств показала, что они не обеспечивают необходимой эффективностииспользования охладителя или требуют длядостикения заданной температуры концаускоренного охлаждения значительных расходов воды.Например, использование устройств сламинарным истечением воды для охлаждения полос на отводящем рольганге широкополосных станов горячей прокаткипозволяет достигнуть коэффициент теплоотдачи (а) не более 1300 Вт/(м К) (8). Поэтому для обеспечения требуемойтемпературы смотки полос на этих станахидут по пути увеличения количества секцийохлаждающих устройств, что приводит крас:,одам воды, достигающих 14.20 тыс.м /ц (9, 10),Ряд отечественных широкополосньхстанов имеют ограниченный расход воды,подаваемой на установки ускоренного охлакдения, в связи с чем возникает необходимость в создании устройств, которыепозволили бы интенсифицировать процесс.теплообмена без увеличения расхода охладителя,В качестве прототипа взято известноеустройство, содержащее ванну с коллектором, вдоль образующей которого размещено сопло подачи воды, и размещенные пообе стороны с зазором над этим сопломформирующие планки, образующие щелевое сопла (11),Известное устройство для охлаждениялистового проката работает следующим образом.Перед включением устройства в режиме охлаждения проката оно должно бытьзаполнено водой до уровня кромок ванны.Давление воды в коллекторе во время заполнения поддерживают на уровне, исключающем выброс водяной струи из щелевого 5 10 15 20 25 30 35 40 45 сопла. После заполнения ванны, для обеспечения работы устройства в режиме охлаждения давления воды в коллекторе повышают до уровня, приводящего к эжекции воды из объема ванны и образованию водяного вала над щелевым соплом. Во время прохождения листового проката над устройством происходит преобразование водяного вала в два плоских водяных потока, движущихся относительно нижней поверхности листа, Охлаждая прокат и отражаясь от его поверхности, оба потока возвращаются в ванну, смешиваются с находящейся в ней водой и под воздействием струи, истекающей из коллектора вновь устремляются в щелевое сопла, Избыток воды в ванне, равный расходу воды на устройство, переливается через кромки ванны и уходит в подрольганговый канал. Физическая сущность работы устройства заключается в увеличении времени контактирования охладителей и охгаждаемой поверхности,Недостатком известного устройства является низкая эффективность использования охладителя. Вызвано это тем, что вода из коллектора истекает через отверстие, выполненное в виде щели. Последнее обусловливает необходимость подавать воду в коллектор под повышенным давлением с целью обеспечения скорости истечения, достаточной для достижения требуемой степени эжекции в ванне и высоты водяного вала, Наличие в конструкции устройства щелевого отверстия, а также подача воды под высоким давлением приводит к значительному перерасходу охладителя,Низкая эффективность использования охладителя является также следствием того, что площадь контактирования водяных струй и охлаждаемой поверхности ограничена, т,к. известное устройство снабжено только одним коллектором и одним щелевым соплом, К тому же выполнение щелевого сопла с параллельными стенками не способствует получению однородного по скорости и расходу потока охладителя перед его соприкосновением с охлаждаемой поверхностью,Целью настоящего изобретения является повышение эффективности использования охладителя.Поставленная цель достигается тем, что сопло подачи воды выполнено в виде расположенных по образующей коллектора отверстий, а формирующие планки установлены под острым углом друг относительно друга с образованием сходящегося щелевого сопла, а также тем, что в ванне размещено не менее двух коллекторов, 177039345 50 55 На чертеже показано устройство для охлаждения листового проката, разрез,Заявляемое устройство состоит из ванны 1 с коллектором 2, вдоль образующей которого размещено сопла подачи воды, выполненное в виде расположенных по образующей коллектора отверстий 3 для истечения воды, формирующих планок 4, установленных под острым углом друг относительно друга с образованием сходящегося щелевого сопла 5, В ванне размещено не менее двух коллекторов.Предлагаемое устройство для охлаждения листового проката работает следующим образом,Аналогично известному устройству, предлагаемое должно быть перед работой в режиме охлаждения заполнено водой до уровня кромок ванны, Как и при использовании известного устройства заполнение ванны предлагаемого устройства должно быть выполнено при давлении, исключающем выброс струй из полости сопла. После заполнения ванны давление в коллекторе повышают до уровня, обеспечивающего необходимую высоту водяного вала.При подаче в коллекторы 2 воды под рабочим давлением, струи, истекающие из отверстий 3, эжектируют воду из ванны, которая устремляется в щелевые сопла 5 через зазоры 9 между щелевыми соплами и коллекторами. После перемешивания эжектируемых и эжектирующих потоков срезами сопел образуются суммарные потоки в виде водяных валов.Во время движения проката 10 по отводящему рольгангу б каждый из водяных валов, ударяясь о поверхность проката, преобразуется в скоростные потоки 7, движущиеся в противоположных направлениях относительно поверхности, По достижении роликов рольганга 6 они в виде обратных потоков возвращаются в ванну через зазоры 8 между соплами и роликами, Перемешиваясь с водой, находящейся в ванне, часть возвратившейся воды участвует в непрерывной циркуляции, другая - равная общему расходу воды на устройство через кромки ванны переливается и подрольганговый канал. По расходу воды предлагаемое устройство, как и известное работает в стационарном режиме.В предложенном устройстве сопло подачи воды состоит из ряда круглых отверстий, расположенных вдоль образующей коллектора, в отличие от прототипа, в котором сопло выполнено в виде щели, Как показывают расчеты для любой конкретной ширины щели и соответствующих ширине щели диаметрах отверстий, предложенное 5 10 15 20 25 30 35 40 решение даже при расположении отверстий вдоль образующей вплотную друг к другу позволяет уменьшить суммарную площадь сопла не менее чем в 1,24 раза. При фиксированном давлении в коллекторе, вследствие условия неразрывности потока, последнее позволяет во столько же раз повысить скорость истечения эжектирующей воды из отверстий, составляющих сопло подачи воды. В свою очередь увеличение скорости истечения эжектирующих струй приводит к пропорциональному увеличению количества воды, эжектируемой из ванны и подаваемой в сходящееся щелевое сопла.Следствием повышения скорости истечения эжектирующей воды и увеличения расхода воды через щелевое сопло является повышение интенсивности охлаждения проката, а также повышение эффективности использования охладителя.Размещение в ванне неменее двух коллекторов обосновано тем, что предлагаемое устройство наиболее целесообразно использовать в виде секции, соответствующей по длине секции отводящего рольганга. При таком конструктивном исполнении устройства существенно уменьшается металлоемкость нижней системы ускоренного охлаждения, облегчается ее монтаж и эксплуатационное обслуживание. Увеличивается также площадь контактирования охладителя с охлаждаемой поверхностью,Последовательное расположение устройств в линии отводящего рольганга обеспечивает создание практически сплошной зоны высокоинтенсивного охлаждения, а включение устройств в различных комбинациях позволяет осуществить любой режим ускоренного охлаждения листового проката. П р и м е р. Предлагаемое устройство было изготовлено и испытано в лабораторных условиях, Экспериментальное устройство для ускоренного охлаждения листового проката представлено на фиг. 3 и За в первичных материалах заявки. В этих же материалах на фиг. 4 показан промышленный вариант устройства,Во время заполнения устройства давление в коллекторах поддерживали в пределах 0,030,05 МПа. Рабочее давление находилось на уровне 0,3 МПа, что обеспечивало высоту водяных валов над соплами высотой 350380 мм.При испытаниях экспериментального устройства с целью нахождения оптимальных параметров щелевого сопла в качестве отклика была выбрана зависимость между формирующими планками и ширины выход 1770393ного сечения сопла. Выбор обоснован тем, что высота вала характеризует запас кинетической энергии потока, истекающего из сопла, поскольку запас энергии и расход воды пропорциональны скорости потока и, следовательно, пропорциональны интенсивности теплообмена при ускоренном охлаждении проката.На первом этапе проведения испытаний стабильным параметром являлась ширина выходного сечения щелевого сопла, равная 30 мм, перемещенным параметром служил угол между формирующими планками. После определения оптимального по расходу воды и высоте вала значения угла он был застабилизирован на уровне 8 О; переменной величиной на этом этапе испытаний служила ширина выходного сечения щелевого сопла. Испытания экспериментального устройства были проведены при давлении воды в коллекторе в пределах 0,280,32 МПа, что соответствует давлению воды в заводских сетях водоснабжения установок ускоренного охлаждения,Результаты испытаний представлены в таблице, Анализ полученных данных показывает, что оптимальный диапазон угла между формирующими планками по расходу воды и высоте водяного вала приходится на интервал 610 О. При меньшем угле расход и высота вала существенно уменьшается вследствие значительных местных сопротивлений истечению, Увеличение угла до значений более 10 тоже приводит к уменьшению расхода воды и высоты вала из-за больших потерь энергии на вихреобразование в полости щелевого сопла.При анализе полученных данных исходили также из того, что одним из основных конструктивных параметров, определяющих эффективность и надежность работы устройства является диаметр отверстий для истечения воды, Диаметр этих отверстий должен быть не менее 10 мм. Как показывает отечественная и зарубежная практика эксплуатации устройств ускоренного охлаждения с использованием технической воды, при меньших диаметрах происходит быстрое забивание отверстий механическими частицами, либо их зарастание вследствие осаждения химических примесей. Применение устройств с отверстиями более 10 мм приводит к значительному увеличению расхода воды и, следовательно, к снижению эффективности использования охладителя,Представленные в таблице данные говорят о том, что оптимальной по высоте водяного вала следует считагь ширину 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 выходного сечения щелевого сопла, равную 2,3 диаметрам отверстий в коллекторе для истечения воды, т.е. равную 2030 мм. Снижение расхода воды и высоты водяного вала при меньшей и большей ширине выходного сечения сопла объясняется, как и в случае изменения угла между формируемыми планками, увеличением местных сопротивлений истечению.В представленном устройстве сходящиеся щелевые сопла выполнены выступающими над кромками ваннычто дает возможность максимально приблизить подачу охладителя к поверхности проката. Кроме того при работе рольганга вокруг вращающихся с большой скоростью роликов образуются круговые воздушные вихри, что приводит, в случае отсутствия выступающих сопел, к нарушению целостности плоского водяного потока. В соответствии с изложенным при конструировании предлагаемого устройства высоту выступающей части сопел выбирают исходя из конкретных геометрических параметров рольганга,Использование устройства на отводящих рольгангах чистовых широкополосных станов горячей прокатки позволит интенсифицировать процесс охлаждения, а также повысить эффективность использования охладителя без увеличения расхода воды на установки ускоренного охлаждения.Интенсификация охлаждения листа в технологическом потоке станов горячей прокатки позволит увеличить выпуск проката повышенной прочности из низкоуглеродистых и низколегированных марок стали, Результаты испытаний экспериментального устройства для ускоренного охлаждения листового проката приведены в таблице.Формула изобретения 1. Устройство для охлаждения листового проката на рольганге, содержащее ванну с коллектором, вдоль образующей которого расположено сопло для подачи воды и размещенные по обе стороны с зазором над этим соплом формирующие планки, образующие щелевоесопло,отличаю щееся тем, что, с целью повышения эффективности использования охладителя, сопло для подачи воды выполнено в виде расположенных по образующей коллектора отверстий, а формирующие планки установлены под острым углом друг относительно друга с образованием сходящегося вверх щелевого сопла.2. Устройство по п, 1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что в ванне размещено не менее двух коллекторов,1770393 10 оставитель С.Нагниехред М.Моргентал орректор А,Мотыл Реда инат "Патент", г, Ужгород, ул. Гагарина, 101 зводствен но-издател ьскии аказ 3714 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5