Способ регулирования тепловых потерь слитка при прокатке

Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик ОП КСАН ИЕИЗОБРЕТЕМ ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(5 )М, Кл. В 21 В 37/10 Государственный комитет до делам изобретеиий и открытийlДнепропетровский металлургический завод им. ф. Э: Дзержинскогои Днепродзержинский индустриальный институт им. М. И. Арсеничева /(54) СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕПЛОВЬХ ПОТЕРЬ СЛИТКА ПРИ ПРОКАТКЕ Изобретение относится к металлургии,в частности к черной металлургии, и может быть использовано при прокатке слитка на обжимных стенах.При существующей технологии прокатки5слитков одной из важных проблем является повышение качества проката за счетпредотвращения образования поверхностныхдефектов,Прокатка слитков на блюминге харак 1 Отеризуется неблагоприятной в отношениипластической деформации схемой напряженного состояния, в условиях которой образуется локальная концентрация напряже-.ний, приводящая к различным дефектампроката типа поперечных трещин, являющихся причиной образования рванин. Так,например, величина брака в готовом прокате по рванинам составляет 8% 111,20Для уменьшения дефектов проката необходимо при транспортировке слитка от колодца к стану регулировать тепловые потери по всей поверхности слитка Известен способ регулирования тепловых потерь слитка при прокатке. Способ заключается в воздействии на лучистый теплообмен между горячим слитком и тепловыми защитными экранами-отражателями, вдоль которых слиток движется. Теплоотражатели устанавливают над гранями слитка и осуществляют воздействие. на теплообмен их перемещением вдоль слитка 2.Недостаток данного способа регулирования заключается в нестабильности излучения граней и ребер слитка по всему периметру, в связи с чем имеет место невысокая эффективность регулирования, которая влияет на качество проката из-а образования поверхностных дефектов (трещин, рванин, коробления).Наиболее близким к предлагаемому является способ регулирования тепловых потерь .слитка при прокатке, включающий утепление слитка теплоотражателями, вдоль которых он движется и принудительное изменение их температурьь Тем908 5 СО С 5 26 25 ЗО 35 Щ 45 50 пературу теплоотра.,:.ателей устанавливают один раз, исходя из температуры горячего слитка предварительноперед его проходом. Затем слиток по мере движения по рольгангу поэтаппо проходит тепловые отражатели, интенсивно обмениваясь с ними лучистой энергией, что приводит к их дальнейшему разогреву 3 ).Применение этого способа устраняет нестабильность излучения граней и повышает в некоторой степени эффективность регулирования. Однако он также не позволяет стабилизирочать температуру слитка по периметру. е связи с чем слиток не. равномерно охлаждается по всей поверхности, Этот недостаток приводит к тем же дефектам проката: трещинам, рванинам,Объясняется это следуюшим.При перемещении слитка режим теплоотвода в значительной мере влияет на формирование макроструктуры и качество поверхности слитка. Распространенным дефектом макроструктуры слитков являются внутренние и наружные трешины, образование которых обусловлено высокими внутренними термическими напряжениями, вызываемыми перепадом температур по периметру при остывании металла, заключаюшимся в неравпомерности скорости охлаждения ребер и граней слитка во времени, т.е, скорость охлаждения ребер слитка наМного выше скорости охлаждения его граней. Это приводит к возникновению вышеупомянутых локальных термических растягиваюших напряжепий в ребрах слитка, которые являются одним из важных факторов, влияющих на структуру и механические свойства слитка и вызывающих образование поверхностных дефектов при прокатке слитка на блюминге.Другим и факторам и, вызывающим и образование угловой рвани при прокатке, являются технологические растягиваюшие напряжения, вызванные деформированием металла при прокатке, и являются тех нологические растягива,ошие напряжения, вызванные деформированием металла при прокатке, и механические концентраторы тих напряжений. Угловая рвань слитковло/ от влияния этих факторов составляет 4 о, от сочетания всех факторов - 10-14%. 8 фЦель изобретения - обеспечение равномерного распределения температурыслитка по всей его поверхности.Поставленная цель достигается засчет того, что в способе регулированиятепловых потерь слитка при прокатке,включающем утепление слитка теплоотражателями, вдоль которых он движется,и принудительное изменение их температуры, теплоотражателями локально утепляют зоны, прилегающие к ребрам слитка,периодически измеряют температуру открытой поверхности середины грани,и взависимости от ее величины регулируюттемпературу теплоотражателей до выравнивания с температурой грани.Способ обеспечивает дифференцированный теплообмен различных участков слит-.ка с теплоотражателями, что уменьшаетэффект ускоренного охлаждения реберслитка по сравнению с его гранями.Принудительное поддержание температуры тепловых отражателей в процессепрохода горячего слитка вдоль них ирегулируемый отбор тепла обеспечиваюттребуемый дифференцированный теплообмен ребер и граней слитка, что создаетпо периметру слитка одинаковую скоростьохлаждения,Поскольку при охлаждении слитка навоздухе теплоотвод более интенсивен отего ребер, чем от середины граней, тос утеплением ребер теплоотражателями иуменьшением параметра, учитывающегоотносительную разницу между теплоотдачей от ребра и середины грани, растягивающие термические напряжения на ребрепонижаются, а по средней линии граниувеличиваются, т,е. происходит падениеобщего уровня напряжений и стабилизация температур по периметру слитка (выравнивание температурных условий охлаждения слитка по периметру и уменьшение тепловых потерь ребер слитка).На фиг. 1 и 2 приведена схема реализации описываемого способа (поперечное сечение находящегося на рольгангеслитка и устройство для стабилизациитемпературного поля поверхности слитка);на фиг. 3 - график зависимости осевогонапряжения от параметра неоднородностиповерхностного теплового потока по параметру слитка.55 Таким образом, для существенного снижения этих напряжений необходимо, чтобы распределение температур по периметру слитка было равномерным, т,е, необходимо снизить интенсивность охла. ждення ребер. На каждой секции подводящего транспортирующего рольганга 1 (длиной 4800 мм) блюминга между последовательно расположенными клетями 2 стационарно укреплены несколько (три-четыре) рам 3 ко5 90робчатого типа с проушинами 4 для возможности снятия и установки рам 3 краном. Рамы 3 представляют собой герметический кожух, который для обеспечения свободного перемещения слитка 5как спокойной, так и кипящей сталиустанавливается по всей ширине рольганга 1. Расстояние от рольганга 1 доверхнего основания рамы 3 1250 мм.Заходящие в раму 3 слитки 5 могутиметь литниковые корни, выходящие заее габариты, Поэтому рама 3 должнавыдерживать торцовые нагрузки не менее 0,5 тс. К внутренней поверхностирам 3 крепится ряд листовых тепловыхотражателей 6 с рефлекторами 7 длятепловой зашиты слитка 5.Толщина теплоотражателя 6 4 5 мм.Теплоотражатели устанавливают вдольребер 8 слитка 5 нормально их лучистому тепловому потоку и экранируюттолько ребра В. Внутренняя поверхностьтеплоотражателей 6 периодически покрывается известковым раствором для повышения их отражательной способности,Температура поверхности . открытойсередины грани 9 слитка 5 определяется с помощью прибора 10 (термодатчика), установленного в непосредственнойблизи к поверхности металла.Температуру теплоотражателей 6изменяют принудительно обогревом нагревателями 11 и охлаждением - охладительным устройством 12. Горячийслиток 5 в процессе прокатки в однойиз клетей и после прокатки находитсяна рольганге 1.Способ регулирования тепловых по,терь слитка при горячей прокатке осуществляют следующим образом.Исходя из температуры горячегослитка, 5 учитывая режим и ритм прокатки предварительно перед проходомслитка 5 устанавливают принудительнотемпературу каждого теплового отражателя 6 при помощи нагревателей 11и охладительных устройств 12 на определенном уровне, но не выше температуры слитка 5. Т.е. первоначальнаятемпература тепловых отражателей 6определяется из средних допустимыхтепловых потерь прокатки металла определенного сортимента,По мере движения слитка 5 по роль- гангу 1 он поэтапно проходит тепловые отражатели 6, интенсивно обмениваясь с ними лучистой энергией, что приводит благодаря рефлекторам 7 к даль 8458 6нейшему разогреву тепловых отражателей 6 из-аа адсорбирования частиполученногр от горячего слитка 5 тепла.При этом открытые грани 9 слитка 5,которые имеют более высокую температуру, остывают медленнее. Воздух, нагретый при охлаждении граней, подаетсяна ребра 8. Ребра 8 более интенсивноотдают тепло, т.е вступая в теплообмен 10 с теплоотражателями 6, повьпцают ихтемпературу и, поскольку они ими утеплены, температура ребер 8 поддерживаетсяна определенном уровне. Однако температура ребер все равно остается ниже тем пературы граней.Для поддержания этих температур равными на всем пути слитка периодическиизмеряют прибором 10 температуру открытой поверхности середины грани 9, щ 0 через блок сравнения (не показан)сравнивают эту температуру с температуройтеплоотражателей и изменяют их температуру до выравнивания ее с температурой грани 9. При этом учитывается 25 коэффициент пропорциональности, установленный экспериментально для каждоготипа слитка и марки стали. Коэффициентвыбирается из условия постоянства температуры ребер и граней слитка.30 ГОАР ТгрВ связи с этим температура ребер 8будет постоянно равна температуре грани9 слитка 5.Скорость охлаждения ребер 8 слитка5 в течение 1-5 мин с момента подачи 35слитка 5 на рольганг 1 блюминга должна быть меньше или равна скорости охлаждения граней 9.П р и м е р. Горячий слиток поэтапнопроходит на рольганге вдоль ряда тепловых отражателей, температуру которыхпредварительно перед проходом слиткапринудительно обеспечивают на одном изуровней.Аналогично исследовано температурное 45и термонапряженное состояние (фиг. 2)охлаждаемого слитка квадратного сеченияпри теплоотдаче с поверхности.Получена приближенная формула для осевых температурных напряжений+ И(дф-ц)- - Р+-,МФ" 55 , (1 Й)1 где сЬ -коэффициент линейного температурного расширения стали;Е-модуль упругости 1-го рода;9084ф -удельный тепловой поток отосередины грани слитка;2 Н- сторона сечения слитка (ширина грани);Д -коэффициент Пуассона; 5;. - коэффициент теплопроводностиметалла;- параметр неравномерноститеплоотдачи по периметруслитка; 1 оЩ- напряжения на ребре.Как видно из формулы, величина напряжения существенно зависит от неравномерности теплоотвода по периметру слитка. 15Эти зависимости представлены на графике (фиг. 3), где изображены линия 13 - осевые напряжения по ребру слитка; линия 14 - осевые напряжения по грани слитка; линия 15 - осевые напря жения по центру слитка. Из графика вид но, что при Р -0,812 напряжения на ребре (== 1) и середине грани ( ,1 - 1 я = О) будут равны между собой и меньше примерно в 5 раз, 25 чем при обычном охлаждении. При этом изменение напряжений по периметру колеблется в пределах + 2,5%,Следовательно, если изменить характер охлаждения слитков перед прокаткой зо таким образом, чтобы теплоотвод от ребра составлял 18-19% теплоотвода от середины грани, то растягивающие температурные напряжения на поверхности слитка будут распределены по периметру пра- З 5 ктически равномерно, а уровень их снизится примерно в 56 раз по сравнению с обычным охлаждением.Но так как появление трещин в прокатываемом . слитке обусловлено наложе- о нием термических напряжений, возникающих за счет неоднородности температурного поля остывающего слитка, и технологических напряжений, вызванных де 58 8 формированием металла при прокатке, тоиз проведенных исследований вытекает, что уменьшение температурных напряжений, а следовательно, и снижение брака по рвани можно добиться, уменьшив теплоотвод от ребер слитка, доведя его до 18 - 20%, до теплоотвода от середины грани.Таким образом, нет необходимости термостатировать весь слиток или его грани, достаточно уменьшить теплоотвод от ребер слитк а, обеспечив теплоотд ачу по периметру с неравномерностью Р= 0,812.Формула изобретенияСпособ регулирования тепловых потерь слитка при прокатке, включающий утепление слитка теплоотражателями, вдоль которых он движется, и принудительное изменение их температуры, о т л и ч а - а щ и й с я тем, что, с целью равномерного распределения температуры слитка по периметру сечения, теплоотражателями локально утепляют зоны, прилегающие к ребрам слитка, периодически измеряют температуру открытой поверхности середины грани и в зависимости от ее величины регулируют температуру теплоотражателей до ее выравнивания с температурой грани.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Мильман Е. А. и др. Причины образования поверхностных дефектов припрокатке на блюминге, Сталь М 2, 1979,2. Колмогоров В. Л. Напряжения, деформации, разрушения, М., "Металлургия",1970, с. 30.3. Авторское свидетельство СССРМ 371998, кл. В 21 В 37/10, 1973,908488Составитель Ю. ЗаранинРедактор С. Тараненко Техред М. Гергель Корректор В. БутягаЗаказ 693/11 Тираж 842 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская набд, 4/5 Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4