Способ контролируемого охлаждения металлического листа и устройство для его осуществления

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК РЕТ ИСАНИ ПАТЕНТУ СУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Юньон Сидерюржнк дю Норэ де л, Эст де ля франс (Юзинор)(56) 1. Авторское свидетельство СССУ 770586, кл. В 21 В 37/00, 15. 10.8(54) СПОСОБ КОНТРОЛИРУЕМОГО ОХЛАЩЦЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКОГО ЛИСТА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ.(57) 1. Способ контролируемого охлаждения металлического листа, включающий охлаждение листа путем пропускания через камеру с циркулирующей охлаждающей жидкостью, расходкоторой регулируют, а температуруизмеряют, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью более точного поддержания условий охлаждения металлического листа, вычисляют теоретическую температуру охлаждающей жидкости, сравнивают ее с измереннойи воздействуют на температуру охлаждающей жидкости.2, Способ по п,1, о т л и ч а ющ и й с я тем,что вычисляют теоретический тепловой поток между металлическим листом и охлаждающейжидкостью в зависимости от толщины листа и заданной скорости охлаждения, вычисляют теоретическую скорость потока охлаждающей жидкости по листу в зависимости от температуры охлаждающей жидкости и теоретического теплового потока между металлическим листом и охлаждающей жидкостью и регулируют расход охлаждающей жидкости в зависимости от ее теоретической скорости.3. Способ по п.1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что регулирование давления на концах камеры для компенсации изменения давления, вызванного изменением расхода охлаждающей жидкости.4. Устройство для осуществления способа, содержащее охлажденную машину, имеющую камеру с каналами циркуляции охлаждающей жидкости, резервуар охлаждения питающие и от водящие трубы, регулятор расхода охлаждающей жидкости и измеритель температуры, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит блок регулирования расхода охлаждающей жидкости, блок ввода данных и блок регулирования температуры охлаждающей жидкости, входы которого соединены с выходом измерителя температуры и одним из входов блока регулирования расхода охпаждающей жидкости, а выход - с электроклапаном в линии питания холоцной водой резервуара охлаждения, входы блока регулирования расхода охлаждающей жидкости соединены с выходами блока ввода данных, а выходы - с насосами.5. Устройство по п.4, о т л ич а ю щ е е с я тем, что блок регулирования расхода охлаждающей жидкости содержит блок вычисления теоретического теплового потока между металлическим листом и охлаждающей жидкостью и блок вычисления теоретичес - кой скорости потока охлаждающей жидкости, входы которого соединены с выходами блока вычисления теоретического теплового потока между металлическим листом и охлаждающей жидкостЬю и измерителя температуры, а выход - с входом регулятора рас - хода охлаждающей жидкости, выходы которого являются выходами блока регулирования расхода охлаждающейфжидкости,6, Устройство по п,4, о т л ич а ю щ е е с я тем, что блок регулирования температуры охлаждающей жидкости содержит три потенциометра, множительный контур, два сумматора, вычитающий контур, два компаратора и блок управления электро- клапаном, вхоцы которого соединены с выходами компараторов, первые входы которых являются одним из входов блока регулирования температуры охлаждающей жидкости, другой вход которого является входом множительного контура, выход которого соединен с первым входом первого сумматотора, другой вход которого соединен с выходом первого потенциометра, выход первого сумматора соединен с первыми входами второго сумматора и вычитающего контура, выход которого соединен с вторым входом второго компаратора, вход второго сумматора соединен с вторым входом первого компаратора, второй вход второго сумматора соединен с выходом второго потенциометра, выход третьегО потенциометра соединен с вторым входом вычитающего контура. 7. Устройство по п.4, о т л ич а ю щ е е с я тем, что оно дополнительно содержит датчики давления охлаждающей жидкости и атмосферного давления, блок регулирования давления в камере, содержаищии потенциометр, сумматор и когпгаратор, первый вход которого соединен с выходом сумматора, входы которого соединены с выходами потенциометра и датчика атмосферного давления, второй вход компаратора соединен с выходом датчика давления охлаждающей жидкости.1 113146Изобретение относится к прокатному производству и, в частности, касается контролируемого охлажденияметаллического листа с целью получения определенной кристаллической5структуры металла.Наиболее близким к изобретениюпо технической сущности и достигаемому результату является устройстводля автоматического управления ускоренным охлаждением проката, содержащее установку ускоренного охлаждения, измеритель температуры и регулятор расхода охлаждающей жидкости.В известном устройстве реализованспособ управления ускореннь 1 м охлаждением проката, предусматривающийизмерение температуры и воздействиена расход охлаждающей жидкости 13.Однако известные способ и устройство, его реализующее, не позволяютполучать желаемую конечную структурукакого-либо металла, например сталиданного состава. Действительно,операция охлаждения выражается обыч"но в мартенситной закалке металлаи операции отпуска, которая в случае стали состоит в выдержке в течение определенного времени йри темапературе ниже 710 С. Эта операция30должна следовать за операцией охлаждения. Исследования превращений приохлаждении показывают; что скоростьохлаждения определяет структуру стали данного состава. В случае подходящих марок стали, можно получитьнекоторые фазы, в частности, бейнит,или смесь фаз бейнит и мелкозернистый перлит, характеризующиеся хорошими механическими свойствами вязкос 40 50 55 ти и пластичности.Вместе с тем при регулировании скорости охлаждения ускоренное охлаждение с избранной скоростью способно заменить для металла четко определенного состава операцию закалки и позволить непосредственно получать желаемые структуры металла, не прибегая к дополнительной операции отпуска.Цель изобретения - более точное поддержание условий охлаждения металлического листа.Поставленная цель достигается тем, что согласно способу контроли. руемого, охлаждения металлического листа, по которому, подлежащий охлаждению лист пропускают через камеру с циркулирующей охлаждающей 1 2жидкостью, расход которой регулируют, а температуру измеряют, вычисляют теоретическую температуруС охлаждающей жидкости, сравнивают ее с измеренной и воздействуют на температуруохлаждающей жидкости.При этом вычисляют теоретический тепловой поток между металлическим листом и охлаждающей жидкостью в зависимости от толщины листа и заданной скорости охлаждения, вычисляют теоретическую скорость потока охлаждающей жидкости по листу в зависимости от температуры охлаждающей жидкости и теоретического теплового потока между металлическим листом и охлаждающей жидкостью и регулируют расход охлаждающей ,жидкости в зависимости от ее теоретической скорости.Кроме того, осуществляют регулирование давления на концах камеры для компенсации изменения давления, вызванного изменением расхода охлаждающей жидкости.Устройство для осуществления способа, содержащее охлаждающую машину, имеющую камеру с каналами циркуляции охлаждающей жидкости, резервуар охлаждения, питающие и отводящие трубы, регулятор расхода охлаждающей жидкости и измеритель температуры, дополнительно содержит блок регулирования расхода охлаждающей жидкости, блок ввода данных и блок регулирования температуры охлаждающей жидкости, входы которого соединены с выходом измерителя температу-, ры и одним из входов блока регулирования расхода охлаждающей жидкости, а выход - с электроклапаном в линии питания холодной водой резервуара охлаждения, входы блока регулирования расхода охлаждающей жидкости соединены с выходами блока ввода данных, а выходы - с насосами.Блок регулирования расхода охлаждающей жидкости содержит блок вычисления теоретического теплового потока между металлическим листом и охлаждающей жидкостью и блок вычисления теоретической скорости потока охлаждающей жидкости, входы которого соединены с выходами блока вычисления теоретического теплового потока между металлическим листом и охлалдающей жидкостью и измерителя температуры, а выход - с входом регулятора расхода охлаждающей жидкости, 1131461выходы которого являются вьгходамиблока регулирования расхода охлаждающей жидкости,Блок регулирования температурыохлаждающей жидкости содержит трипотенциометра, множительный контур,два сумматора, вычитающий контур,два. комнаратора и блок управленияэлектроклапаном, входы которого соединены с выходами компараторов, первые входы которых являются однимиз входов блока регулирования температуры охлаждающей жидкости, другойвход которого является входом множительного контура, выход которого 15соединен с первым входом первого сумматора, другой вход которого соединен с выходом первого потенциометра,выход первого сумматора соединен спервыми входами второго сумматора и 20вычитающего контура, выход которогосоединен с вторым входом второго компаратора, вход второго сумматора соединен с вторым входом первого компаратора, второй вход второго сумматора 25соединен с выходом второго потенциометра, выход третьего потенциометрасоединен с вторым входом вычитающегоконтура.Причем устройство дополнительно :,Осодержит датчики давления охлаждающейжидкости и атмосферного давления,блок регулирования давления в камере,содержащий потенциометр, сумматор икомпаратор, первый вход которого сое 5динен с выходом сумматора, входы которого соединены с выходами потенциометра и датчика атмосферчого давления, второй вход компаратора соединенс выходом датчика давления охлаждающей жидкости.На фиг. 1 представлена блок-схемаустройства контролируемого охлаждения металлического листа, на фиг.2 -структурная схема устройства управления,Блок-схема устройства контролируемого охлаждения металлическоголиста (фиг.1) включает охлаждающуюмашину 1, резервуар 2 охлаждения иустройство 3 управления.Охлаждающая машины 1 содержит рядподдерживающе-направляющих роликов4-8, камеру 9,которая содержит каналы 10 и 11 циркуляции охлаждающейжидкости. Плоские ее стенки камерыпараллельны, а расстояние между ними несколько больше толщины листа, в результате чего между этими стенками и листом образуются два канала 1, высотой с канал обеспечения циркуляции воды, включают в себя питающие трубы 13 и 14 и отводящие трубы 15-17.В резервуаре 2 охлаждения имеются отверстия 18 и 19 для подачи воды фв охлаждающую машину 1 и отверстия 20 и 21 для приема воды после ее прохождения через охлаждающую машину. В верхней части резервуара имеется также сливное отверстие 22. Отверстия 18 и 19 для выпуска воды из резервуара 22 связаны с питающими трубами 13 и 14 машины посредством труб 23, на которых смонтированы питающие насосы 24. Водоприемные отверстия 20 и 21 резервуара 2 связаны с отводными трубами 15-17 посредством труб 25, на которых смонтирован электроклапан 26. Электро- клапан 27, смонтированный на трубе 28, обеспечивает подачу холодной воды в резервуар.Устройство 3 управления включает в себя в основном вычислительную машину цифрового, аналогового или смешанного типа.Устройство 3 управления имеет вычислительную машину смешанного типа и обеспечивает управление насосами 24 и электроклапанами 26 и27, Своими входами 31 и 3 устройство 3 управления подсоединено к блоку 29 ввода данных, которым вводятся заданные параметры скорости К охлаждения и толщины 9 листа, поступающего в охлаждающую машину. Параметры К и 6 в дискретной форме передаются на входы 3 и Э устройства 3 управления, вход 3 которого соединен с выходом датчика 30 атмосферного давления Рв, выходы 3 и 3управляют насосами 24, а вход 3 соединен с измерителем 31 температуры, который измеряет температуру охлаждающей жидкости. Выходы Эр блока 3 управления обеспечивают управление электроклапаиами 27 и 26.На вход Эо блока 3 управления подаются данные о величине давления Р воды на входе камеры 9, измеренного датчиком 32 давления охлаждающей жидкости.Структурная схема устройства 3управления (фиг,2) содержит блок 3361 6Регулятор 33 расхода охлаждающей ищкости содержит также аналого-цифровой преобразователь (не показан), подключенный к выходу его устройства памяти. Укаэанный преобразователь вьщает аналоговые сигналы управления насосами 24.Устройство памяти блока 33 вычисления теоретического теплового потока между металлическим листом и охлаждающей жидкостью подсоединено двумя своими входами адресации к входам 31 и 3. устройства 3 управления, а своим выходом - к входу адресации блока памяти блока 34 с одной стороны и к входу множительного контура 38, расположенного в блоке 36 регулирования температуры охлаждающей жидкости. Устройство памяти блока 34 своим вторым входом адресации соединен с входом 3 устройства 3 управления, на который подаетсясигнал с выхода измерителя 31температуры.Выход блока 34 вычисления теоретической скорости потока охлаждающей жидкости подключен к входу адре"сации устройства памяти регулятора35 расхода охлаждающей жидкости, выход которого соединен с выходами Э 4и 35 устройства 3 управленияБлок 36 регулирования температурыохлаждающей жидкости состоит из контура 38 умножения на постоянную Ч,потенциометров 39-41, используемыхсоответственно для ввода постояннойР.и пределов+ДО и -69 регулирования температуры воды в резервуаре 2охлаждения, сумматоры 42 и 43 вычитающий контур 44 компараторы 45 и46, блок 47 управления электроклапаном 27 подачи воды. ПостоянныеР и 9 определяются на основе характеристик установки по следующим формулам: 40 Я:с(. (8) (4,1уй 8 где Ь - длина металлическоголиста,45о(.(8) - коэффициент, которыйзависит лишь от температуры охлаждающей воды.Регулятор 35 расхода охлаждающейжидкости также содержит программируемое запоминающее устройство, которое держит в памяти матрицу А 3,выдающую величины расхода охлаждающей жидкости в зависимости от величин скорости потока охлаждающей воды,5считываемой в устройстве памятиблока 34 вычисления теоретическойскорости потока охлаждающей жидкости. фМ е 9,3 11314 вычисления теоретического теплового потока Я между металлическим листом и охлаядающейжидкостью, блок 34 вычисления теоретической скорости потока охлаждающей жидкости необходимой для охлаждения листа в желаемых условиях, регулятор 35 расхода охлаждающей жидкости, блок 36 регулирования температуры охлаждающей жидкости и блок 37 регулирования давО ления в камере 9.Блок 33 вычисления теоретического теплового потока меяду металлическим листом и охлаждающей жидкостью представляет собой программируемое запоминающее устройство, содержащее матрицу А, выдающую величины теоретического теплового потока Я между металлическим листом и охлаждающей жидкостью, соответствующего различным величинам задаваемых параметров К и 9,. Блок 34 вычисления теоретической скорости потока охлаждающей жидкос- ,25 ти также содержит программируемое зая поминающее устройство, включающее в себя матрицу А величин скорости охлаждения, соответствующих различным величинам теоретического теплово-ЗО го потока между металлическим листом и охлаждающей жидкостью, введенным в запоминающее устройство блока 33, и различным величинам температуры 8 охлаждающей воды. Матрица А определяется из уравнения, котороесвязывает тепловой поток Ц со ско ростью Ч протекания охлаждающей во- ды минимальная температура промышленной воды, используемой в качестве охпаждаю.щей жидкостифкритическая величина температуры охлаждающей водм, 7 11314соответствующая давлениюпара р = р - И 1, где РОатмосферное давление, аИ 1- высота сифонов, образованных верхними отводными трубами (15-17) ох 5лажцающей машины.Я .и.Чопределяются по формуле (1) для соответствующих величин 60 ии для величин Ч, соответствующих скорости потока охлаждающей жидкости, причем заранее известно, что скорости потока охлаждающей жидкости долж,ны превышать критическую скорость Ч для того, чтобы охлаждающая жидкость заполнила камеру 9. Эта критическая скорость соответствует динамическому давлению, выраженному высотой воды, равной толщине туннеля.Сумматор 42 одним входом подключен к выходу множительного контура 38, а другим входом - к ползунку потен циометра 39. Сумматор 43 одним входом подключен к выходу сумматора 42, а вторым входом - к ползунку потен циометра 40. Вычитающий контур 44 одним входом подключен к выходу сумматора 42, а другим входом - к ползунку потенциометра 41.Компаратор 45 имеет два входа, один из которых подсоединен к входной клемме 36 устройства 3 управления для приема сигнала от измерителя 31 температуры, а второй - к выходу сумматора 43. Компаратор 46 также . имеет два входа, один из которых З 5 подсоединен к входной клемме З устройства 3 управления для приема сигнала от измерителя 31 температуры, а второй - к выходу вычитающего контура 44. Выходы компараторов 45 и 46 подключены к двум соотвегствующим входам блока 47 управления электроклапаном 27 подачи воды.Блок 37 регулирования давления в камере 9 включает в себя потенциометр 48, сумматор 49 и компаратор 50. Сумматор 49 имеет два входа, один из которых подключен к клемме 5 устройства 3 управления, а другой - к ползунку потенциометра 48.5 О Компаратор 50 также имеет два входа, один из которых подсоединен к выходу сумматора 49, а второй - к входной клемме 31 устройства 3. Выход компаратора подключен к выходным клеммам 38 и Д устройства 3 управления,Блок ввода данных параметров К и а содержит аналого-цифровые коди 61 8рующие устройства 51 и 52, параллельные выходы которых подключенысоответственно к входным клеммам 3и 3 устройства 3 управления.Установка охлаждения работаетследующим образом.Оператор располагает производственными данными, которыми являютсятолщина Р листа и скорость Кохлаждения, соответствующая искомойструктуре металла. Эти два параметразадают аналого-цифровыми кодирующимиустройствами 51.и 52 блока 29 вводаданных,На основании этих параметровблок 33 вычисления теоретическоготеплового потока между металлическим листом и охлаждающей жидкостьювыдает соответствующую информациювида Я = А(К,Р).Регулятор 35 расхода охлаждающейжидкости определяет расход охлаждающей жидкости Ч = А(Я, 6 ), циркулирующей по листу, в зависимости отвеличины теплового потока, рассчитанного ранее, и от температурыводы в резервуаре 2, и воздействуетна насосы 24.Таким образом, устройство 3 управления воздействует на насосы24 таким образом, чтобы обеспечитьжелаемую скорость охлаждения в зависимости от толщины листа, скорости охлаждения и температуры воды врезервуаре 2.Блок 36 регулирования температуры охлаждающей жидкости поддерживает температуру воды в резервуаре 2.Рабочая температура охлаждающейводы определяется сумматором 42и множительным контуром 38, который выдает выходную величину пропорциональную величине Я теплового потока между охлаждаемым листоми охлаждающей водой, Эта величина,равная (Ц, прибавляется к постоянной Р, проставляемой внутриблока 36 регулирования температуры охлаждающей жИдкости потенциометром 39. На выходе сумматора42 выдается сигнал амплитуды6 =+ Р. Допустимые пределыизмерения температуры 6 у устанавливаются на потенциометрах 40 и 41,причем потенциометр 40 выдает величину +69 а потенциометр 41 - величину -дЦ. Величина + ) прибавляется к рабочей температуре 6 Р в сумматоре 43, который на выходе1 О 1131461 щцяПИ Заказ 9632/45 Тираж 794 ПодписноеФилиал ППП фПатеаР, г, Ужгород, ул.Проектная,4 выдает величину 91. +Я которая затем сравнивается с величиной температуры воды, измеренной в резервуаре 2, при помощи компенсатора 45, с выхода которого сигнал управления 5 подается в блок 47 управления электроклапаном 27 подачи воды, когда температура воды в резервуаре 2 выше вычисленной величины О +л 8 Аналогичным образом работает вычитаю щйй контур 44 и компаратор 46.Блок 37 регулирования давления позволяет восполнять потерю давления в возвратном контуре в результате15 уменьшения количества охлаждающей воды, нагнетаемой насосами, Сумматор 49 суммирует величину атмосферного давления Ро, измеренную датчиком 30 давления, с величиной с задаваемой потенциометром 48, в компа О раторе выход сумматора 49 сравнивают с величиной давления Р в камере охлажцения, замеренной датчиком 32 давленияКогда компаратор 50 обнаруживает, что давление Р25 выше давления Ро + , подает сигнал на открытие возвратных электроклапанов 26. И, наоборот, если давление Р равно или ниже давления Р,+ с компаратор 50 выдает сигнал закрытия электроклапанов 26 с тем, чтобы поднять давление Р внутри камеры охлаждения.Устройство регулирования температуры поддерживает на постоянном уровне температуру воды в резервуаре 2, что позволяет поддерживать на постоянном уровне тепловой поток между листом и охлаждающей водой и поддерживать на постоянном уровне давление пара в сифоне, образованном отводными трубами 16 и 17 во избежание его падения и утечки воды. Наличие электроклапанов 26 в каждой из отводных сетей, открытие которых осуществляется в зависимости от расхода охлаждающей жидкости, позволяет избежать последствия падения давления охлаждающей машине. Действие их в возвратном контуре, выражающее в том, что внутри камеры поддерживается давление, несколько превышающее атмосферное, позволяет избежать проникновение воздуха в охлаждающую машину, что от" рицательно сказывается на качестве работы охлаждающей машины.