Прокатный стан

(57) Изобретение относится к прокатному производству, и именно к конструкциям обеспечива ваемого мвоздействтур и давл о термо Ю Я ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ.8)ельство СССР 1/42, 1983.ьство СССР 13/00, 1985 волновых прокатных станов, ющих самодвижение прокатыталла при одновременноми на него высоких темпераений за счет осуществляемонамического цикла,и может1342543 2 Г)1015 20 ЭО быть применено на предприятиях с использованием возобновляемых энергетических ресурсов, например солнечных или геотермальных, Цель изобретения - повышение термодинамической эффективности процесса прокатки. Послезадачи в стан металла в полость 4 крабочему телу подводится теплота оттеплового источника 9, и по завершении цикла тепло отводится в тепловой сток 11, На стане осуществляетсякомбинированный термодинамическийцикл, состоящий из регенеративногоцикла и термомагнитного. Благодаря Изобретение относится к прокатному производству, а именно к конструкциям волновых прокатных станов, обеспечивающих самодвижение прокатываемого металла при одновременном воздействии на него высоких температур и давлений за счет осуществления замкнутого термодинамического цикла, и может быть применено на предприятиях с использованием возобновляемых энергетических ресурсов, например солнечных или геотермальных.Цель изобретения - повышение термодинамической эффективности процесса прокатки.На фиг. 1 изображен предлагаемый прокатный стан, продольный .разрез; на фиг. 2 - то же, поперечный разрез; на фиг.3 - график изменения объема камеры расширения в процессе работы; на фиг. 4 - график изменения объема камеры сжатия в процессе работы; на фиг. 5 - регенеративный цикл, в координатах давление - объем; на фиг.6 - то же, в координатах температура энтропия; на фиг. 7 - зависимости КПД регенеративного цикла от изменений объема и совершенства регенератора; на фиг. 8 - термомагнитный цикл в координатах температура - энтропия. Прокатный стан содержит неподвижную станину 1 с герметичными крышками 2 и 3, образующими внутреннюю по-. лость 4, и плитой 5, охватывающей колебанию температуры в камерах сжатия и расширения, образующихся привращении ротора-поршня 6, ферромагнетики в металле превращаются в парамагнетики, не взаимодействующие смагнитным полем. В зоне генераторов12 и 13 происходит быстрое адиабатное намагничивание металла с возрастанием температуры. Такая конструкция.стана позволяет совершать большую механическую работу по деформации металла при длительном воздействии высоких температур и давлений внутриполости. 8 ил. треугольный ротор- поршень 6, несущий рабочие валки 7 и установленный на эксцентриковом валу 8, механизм синхронизации движения ротора-поршня 6 и последовательно включенные тепловой источник 9, регенератор 10 и тепловой сток 11, сообщающиеся с внутренней полостью 4.Для повышения термодинамической эффективности процесса прокатки прокатный стан снабжен генераторами 12 и 13 магнитного поля, размещенными в плите 5, а последовательно включенные тепловой источник 9, регенератор 10 и тепловой сток 11 присоединены к внутренней полости 4 параллельно. Профиль плиты 5, охватывающей треугольный ротор-поршень 6, выполнен в виде квадрата. Ротор-поршень 6 образован большими и малыми дугами,описываемыми из вершин равностороннего треугольника и расположеннымис противоположных сторон относитель 25 но вершин, причем радиус малой дуги произволен, а радиус большой дугиравен сумме радиуса малой дуги идлины стороны треугольника. Рабочиевалки 7 установлены в гибком сепараторе 14 и охвачены гибкой бесконечной лентой 15. Механизм синхронизации движения ротора-поршня 6 выполненв виде сцепленных межДу собой большой шестрени 6 с внутренними зубьяЗ 5 ми, установленной на роторе-поршне 6, ималой шестерни 17 с наружнымизубьями, установленной иа эксцеитриковом валу 8.Генераторы 12 и 13 магнитного поля содержат постоянные магниты 18, установленные в пазах плиты 5, и полюсный наконечник 19, выполненный в виде прямой пластины, Постоянные магниты 18 можно выполнить из магнитотвердого материала, например, типа ЮНД и ЮНДК, имеющих магнитную индук- О цию 0,5-1,3 Тл и напряженность магнитного поля (4-6) 1 О А/м. Полюсный наконечник 19 можно выполнить из магнитомягкой стали, При недостаточном теплоотводе на массу стана можно 5 использовать систему циркуляционного охлаждения генераторов 12 и 13 магнитного поля.Плиту 5 можно выполнить сменной и установить в станине 1 неподвижно. 20 В плите 5 предусмотрен ручной (не показан), образующий вместе с наружной поверхностью гибкой бесконечной ленты 15 клинообразный рабочий калибр. 25Тепловой источник 9 выполнен в виде теплообменника, подключенного к высокотемпературному нагревателю (фиг. 1, извилистые стрелки, направленные внутрь). При использовании 30 солнечной энергии нагревателем служит фокальная область гелиоустановки, охватывающая теплообменник или соединенная с ним посредством высокотемпературных тепловых труб. 35Регенератор 10 выполнен в виде полости, заоленнной пористым материалом, имеющим большую теплоемкость и теплоотдачу. Полость можно заполнить металлический губкой, состоящей 40 из отдельных полос или проволочек. Тепловой сток 11 выполнен в виде теплообменника, подключенного к холодильнику (фиг. 1, извилистые стрелки, 45 направленные наружу), Наружная поверхность гибкой бесконечной ленты 15, внутренняя поверхность герметичных крышек 2 и 3 и ломаной плиты 5 .образуют четыре камеры переменного в процессе работы объема. Две из них, постоянно соединенные с тепловым источником 9, являются камерами расширения, а две других, постоянно соединенные с тепловым стоком 11 - камерами сжатия. Камеры переменного объема заполнены рабочим телом, В качестве рабочего тела можно использовать такие газы, как, напримре, воздух, гелий, водород, перечислеиш . в порядке возрастания термодиидмической эффективности при увеличении частоты вращения стана, Рабочее тело заполняет также теплообмеиники теплового источника 9, теплового стока 11, а также полость регенердторд 1 О. Температура рдбочего тела в камерахрасширения должна превышать тачку Кюри прокатываемого металла, например, 700 С.Прокатный стан снабжен моталками 20 и 21 и отклоняющими роликами 22, служащими для перемотки прокатываемого металла и создания переднего и заднего натяжений. Эксцентриковый вал 8 снабжен хвостовиком 23 для соединения через выключаемую муфту с пусковым устройством (не показаны), служащим для предварительной раскрутки прокатного стана.В прокатном стане можно использовать также служащие для обеспечения оптимальных режимов прокатки и связанные с электронной вычислительной машиной средства для мдлоинерционного измерения и регулирования в процессе прокатки переднего и заднего натяжений, скорости прокатки, темпе - ратур и давлений в камерах переменного объема, режимов работы теплового источника 9 и теплового стока 11, режимов работы циркуляционных систем охлаждения и смазки движущихся частей и других параметров.Стан функционирует следующим образом.После задачи заготовки одним из известных способов устанавливаются требуемые параметры прокатки и включается система оптимизации режима прокатки.Прокатываемый металл образует внутри станинытреугольную петлю, охватывающую треугольный ротор-поршень 6 по наружной поверхности гибкой бесконечной ленты 15. Посредством пускового устройства эксцентриковый вал 8 приводится во вращение.При подводе к рабочему телу теплоты от теплового источника 9 и отводе от рабочего тела теплоты в тепловой стой 11 в прокатном стане осуществляется комбинированный термодинамический цикл, состоящий из регенеративного цикла а-Ъ-с-й-е-Г-д и термомагнитного цикла 1-1-ш-пс.Регенеративный цикп а-Ъ-с-д-е-г-д осуществляется следующим образом.Объем рабочего тел ьз камерах расширения находится при ьзысокой температуре Т , а объем рабочего телалишаь,св камерах сжатия находится при низкой температуре Т . Температурный градиент между торцовыми поверхностями регенератора О равен Т,;Т В процессе работы объемы рабочего тела в камерах переменного объема изменяются по косинусоидальному закону, что обусловлено геометрией камер.При этом процессы в камерах сжатия отстают по фазе от процессов в камерах расширения на 90Первый процесс регенеративного цикла а-Ь является изоэнтропным сжатием, второй процесс Ь-с-й является изохорно-изобарным процессом теплоотдачи от регенератора 10, третий процесс Й-е является изоэнтропным расширением, четвертый процесс е:-а является изохорно-изобарным процессом теплоотдачи к регенератору 10, 1 Одновременно в прокатном стане осуществляется термомагнитный цикл Е-ьп-и. Прокатываемый металл благодаря волновым свойствам стана находится в камерах переменного объема в течение многих оборотов зксцентрикового вала 8. Поэтому его температура в камерах расширения близка к Ти превьппает точку Кюри, а в камерах сжатия близка к Ти ниже точки Кюри. При переходе точки Кюри ферромагнетики превращаются в пара- магнетики, не взаимодействующие с .магнитным полем. В процессе движения прокатываемый металл попадает в зону действия генераторов 12 и 13 магнитного поля и происходит быстрое адиабатное намагничивание прокатываемого металла - осуществляется процесс 1-1 и температура возрастает от Т 1, до Т. Внутри зоны действия генераторов магнитного поля осуществляется процесс 1-тп подвода теплоты при постоянной напряженнности Н магнитного поля. По выходе из зоны действия генераторов 12 и 13 магнитного поля происходит быстрое адиабатное размагничивание прокатываемого металла - осуществляется процесс ш-и и температура падает от Т, до Т. Далее идет процесс и-Е отвода теплоты при Н=О и цикл замыкается. Работа термомагнитного цикла Е-ш-исуммируется с работой регенеративного цикла а-Ь-с-Й-е-Г-а и обеспечивает самодвижение прокатываемого металла путем его ивытягивания из камер сжатия в камерьп расширения.Выражение для работы термомагнитного цикла 1-1-ьп-и-Е имеет вида И= 1 М(С/К) (ОТ/Т),где 1 - намагниченность;М - масса металла;Сн - теплоемкость;10 К - постоянный коэффициент, больший единицы;Т - абсолютная температура.КПД регенеративного цикла дажепри идеальной работе регенератора 10 15 не првышает бОЕ (фиг. 7). Осуществление в предлагаемом прокатном станетермомагнитного цикла Е-ш-исущественно повышает общий КПД процесса прокатки,20 КПД термомагнитного цикла 1-1-ш-иможно найти из выраженияе-С)Н Как показывает анализ, КПД термо магнитного цикла при максимальнойи минимальной температуре цикла соответственно 700 и 500 С, общая термодинамическая эффективность процессапрокатки псвышается на 157, 30 Механическая работа комбинированного регенеративного и термомагнитного цикла обеспечивает самодвижениепрокатываемого металла и воздействиена него высоких температур и давлений рабочего тела. Во внутреннейполости 4 места касания гибкой бесконечной ленты 15 плиты 5 образуюттри рабочих, калибра, обеспечивающихтребуемое обжатие прокатываемого 40 металла. За счет сил трения в рабочих.калибрах при вращении ротора-поршня6, например, по часовой стрелке, рабочие валки 7 и охватывающая их гибкая бесконечная лента 15 вращаются 5 против часовой стрелки, прокатываемый металл подвергается формообразованию в рабочих калибрах и переметывается с правой моталки 20 на левуюмоталку 21. При этом подаваемая по лоса не испытывает трения о рабочуюповерхность плиты 5 вне рабочих калибров за счет организации волновогодвижения: в процессе прокатки вдольпрокатываемого металла распространя ются бегущие волны деформации, характеризующиеся плавным изгибанием прокатываемого металла в радиальномнаправлении. Частота бегущих волндеформации определяется частотой вра1342543 Фиг.2 щения ротора-поршня 6, а амплитуда определяется разностью радиусов описанной вокруг гибкой бесконечной ленты 15 окружности и вписанной в нее окружности.За один оборот ротора-поршня 6 прокатываемый металл проходит расстояние, равное разности длин рабочего участка плиты 5 и периметра гибкой бесконечной ленты 15. Так как. эта разность относительно 10 длины рабочего участка плиты 5 мала, скорость вращения ротора-поршня 6 в десятки раз превосходит скорость движения прокатываемого металла и стан обладает свойством волнового 15 редуктора с большим передаточным отношением, что позволяет при большой скорости вращения ротора-поршня 6, определяющей развиваемую станом мощность, совершать большую механи ческую работу формообразования прокатываемого металла и обеспечивает относительно длительное воздействие на него высоких температур и давлений рабочего тела. При этом потери 25 мощности на волновое деформирование црокатываемого металла оказываются незначительными и составляют при умеренных передаточных отношениях 10- 153. 30Повышение термодинамической эффективности прокатного стана за счет осуществления комбинированного регенеративного и термомагнитного термодинамического цикла в сочетании свозможностью использования возобновляемых энергетических ресурсов позволяет существенно поднять экономические показатели прокатного производства. Формула изобретениями Прокатный стан, содержащий неподвижную станину, установленную на ней плиту, выполненную в виде замкнутого контура с торцовыми герметичными крышками, установленный внутри плиты на эксцентриковом валу треугольный ротор-поршень, несущий рабочие валки, механизм синхронизации движения ротора-поршня и последовательно включенные тепловой источник, регенератор и тепловой сток, сообщающиеся с внутренней полостью, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения термодинамической эффективности процесса прокатки, он снабжен генераторами магнитного поля, размещенными в плите, а последовательно включенные тепловой источник, регенератор и тепловой сток присоединены к внутренней полости параллельно.1342543 О Оффюф/УниЯяа 7Составитель Г. РостовРедактор Н. Рогулич Техред Л,Сердюкова Коррек яск 480 Заказ 4545/6 Тир ВНИИПИ Гасу по делам 13035, МосПодписомитета СССР ственного открь 1 тийская наб., д. 4( изобретении ва, Ж, Р водственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул, Проектная, 4