Пристрій для охолодження прокату

Пристрій для охолодження прокату, що містить послідовно сполучені між собою вздовж осі подачі прокату порожнистий циліндричний корпус, обладнаний основним патрубком підводу охолоджуючого середовища й кінцевим насадком з конфузором і прохідним отвором, установлену співвісно з корпусом, з можливістю осьового переміщення та її фіксації, циліндричну проводку, що має увідн у частин у з конічною внутрішньою поверхнею й вивідну частин у з конічною зовнішньою поверхнею, що створює спільно з поверхнею конфузора кільцевого насадка кільцеве сопло Лаваля із заданим критичним перерізом, а також циліндричну камеру змішування та охолодження, проміжний перехідник, циліндричну камеру охолодження з перфорованою кінцевою частиною, кінцевий перехідник з конічною внутрішньою поверхнею та випускний мундштук з циліндричною внутрішньою поверхнею, який відрізняється тим, що конфузор кінцевого насадка виконаний знімним у вигляді A (54) ПРИСТРІЙ ДЛЯ ОХОЛОДЖЕННЯ ПРОКАТУ 37802 робочої камери (камери змішування та охолодження), та зовнішньою конічною поверхнею виводної частини проводки пристрою. Найбільш близьким до винаходу за технічною суттю та результату, що досягається, є пристрій для охолодження прокату (див.: А.с. СРСР № 1005366 А/ДСВ, МКВ3 В21В45/02, C21D1/2, заявл. 14.01.81), що містить послідовно сполучені між собою вздовж осі подачі прокату порожнистий циліндричний корпус з тангенційно встановленим патрубком для підводу обробляючого середовища, розміщену у корпусі порожнисту циліндричну вставку, зовнішня поверхня якої створює з внутрішньою поверхнею .корпусу кільцеву щілину, при цьому корпус обладнаний конічним насадком, виконаним у вигляді сопла Лаваля, а контактуюча з насадком поверхня циліндричної порожнистої вставки виконана таким чином, що щілина між зазначеними поверхнями виконана у вигляді сопла Лаваля, вісь якої нахилена під кутом 20-40° до поздовжньої осі пристрою. Крім цього, пристрій обладнаний встановленим у камері змішування додатковим соплом Лаваля, що має критичний діаметр на відстані 4-8 діаметрів камери від її вхідного торця. Недоліками відомого пристрою для охолодження прокату, що рухається, є: низька ефективність спільної подачі компонентів охолоджуючого середовища - повітря та води, так як розгін двофазового потоку водоповітряної суміші супроводжується зниженням температури потоку, конденсацією води у вигляді дрібних крапель, їх коагуляцією зі створенням пристінової плівки води на поверхні конфузора, що вимагає додаткових витрат до 30-50% кінетичної енергії потоку для її поздовжнього транспортування. Крім того, створення пристінової плівки води на поверхні конфузора звужує критичний переріз кільцевого сопла Лаваля, за рахунок чого погіршується режим витікання потоку та зменшується охолодження прокату. Цей негативний процес ще більш збільшується у ви хровому потоці під дією відцентрових сил, внаслідок чого у пристіновій області кільцевого сопла Лаваля й камері змішування та охолодження створюється рідка плівка та парокрапельний шар. У ядрі потоку охолоджуючого середовища розміри та концентрація крапель неоднакові, що свідчить про неоднорідність потоку охолоджуючого середовища у поперечному перерізі. Це пояснюється тим, що під дією відцентрових сил у вихровому потоці охолоджуючого середовища краплі води конденсату, внаслідок охолодження, в основному концентруються у пристіновій області у вигляді рідкої плівки та парокрапельного шару, а в ядрі потоку, куди подається гарячий прокат, що рухається з високою швидкістю (50...100 м/с), залишається незначний вміст конденсату води, що значно зменшує ефективність охолодження; неможливість змінення геометрії сопла Лаваля у закритичній області на момент завантаження камери змішування та охолодження прокатом не дозволяє досягти повного розширення охолоджуючого середовища та розігнати потік до надзвукової швидкості, крім того, на момент завантаження відбувається "дрейф" прямого стрибка, що звужує зону інтенсивного теплообміну між прокатом та охолоджуючим середовищем. Під час заванта ження секції охолодження переднім кінцем прокату виникають перехідні процеси, що супроводжуються виникненням стрибків різного типу, що може спричинити рискання переднього кінця по перерізу каналу, виникнення його коливань під час проходження секції та підвищення ймовірності зупинення прокатки внаслідок буріння; виконання камери змішування та охолодження з довжиною 4-8 її діаметрів та проміжного перехідника у вигляді додаткового сопла Лавалястворює значне гальмування потоку, котре у період завантаження та розвантаження камери прокатом може викликати явище помпажу чи зворотного викиду охолоджуючого середовища; складність змінення та підбирання оптимальних геометричних параметрів сопла Лаваля під час переходу на прокат різних діаметрів прокочуваних профілів. Задачею винаходу є підвищення інтенсивності охолодження прокату, що р ухається вздовж осі пристрою, високошвидкісним потоком охолоджуючого середовища. Поставлена задача досягається тим, що у пристрої для охолодження прокату, що містить послідовно сполучені між собою вздовж осі прокату порожнистий циліндричний корпус, обладнаний основним патрубком підводу охолоджуючого середовища й кінцевим насадком з конфузором та прохідним отвором, установлену співвісно з корпусом, з можливістю осьового переміщення та її фіксації, циліндричну проводку, що має увідну частину з конічною внутрішньою поверхнею та вивідну частину з конічною зовнішньої поверхнею, що створює спільно з поверхнею конфузора кільцевого насадка кільцеве сопло Лаваля із заданим критичним перерізом, а також циліндричну камеру змішування та охолодження, проміжний перехідник, циліндричну камеру охолодження з перфорованою кінцевою частиною, кінцевий перехідник з конічною внутрішньою поверхнею та випускний мундштук із циліндричною внутрішньою поверхнею. Згідно з винаходом, конфузор кінцевого насадка виконаний знімним у вигляді двох примикаючих одне до одного торцями переднього та заднього кілець, закріплених усередині кінцевого насадка й виконаних з конічними внутрішніми поверхнями різної конусності, при цьому в передньому кільці конфузора передній край внутрішньої поверхні виконаний закругленим по радіусу, а задній край конічної внутрішньої поверхні спільно з конічною зовнішньою поверхнею вивідної частини проводки створює критичний переріз кільцевого сопла Лаваля, на вході у конфузор, але за критичним перерізом сопла Лаваля виконана кільцева канавка, в яку входять отвори, що сполучають камеру конфузора з додатковим патрубком підводу охолоджуючого середовища (води), а основний патрубок підводу охолоджуючого середовища (повітря) встановлений в корпусі перпендикулярно осі подачі прокату. При цьому передня частина камери змішування та охолодження й проміжний перехідник виконані перфорованими, а осі отворів перфорацій розташовані проти напряму потоку охолоджуючого середовища під кутом 40...90° до його напрямку, при цьому коефіцієнт перфорації дорівнює 0,20-0,30 та плавно збільшується у напряму потоку охолоджуючого середовища від початку до 2 37802 кінця перфорації, а також пристрій обладнаний засувкою, виконаною у вигляді обичайки, охоплюючої перфоровану частину камери змішування та охолодження та встановленої з можливістю осьового переміщення, наприклад, від пневмоприводу та фіксації її у визначених положеннях, крім того, внутрішній діаметр камери змішування та охолодження дорівнює 1,4-1,6 внутрішнього діаметру камери змішування та охолодження. Наведена сукупність ознак пристрою за винаходом є достатньою у всіх випадках, на які розповсюджується обсяг правового захисту, так як розв'язує поставлену задачу. На фіг.1 схематично зображено пристрій для прискореного охолодження прокату, що рухається. На фіг.2 - виносний елемент А фіг. 1. Пристрій для прискореного охолодження прокату, що рухається, високошвидкісним потоком охолоджуючого середовища призначений для охолодження катанки і дрібносортового прокату діаметром 5,5...12,0 мм, що подаються у пристрій після виходу з останньої кліті стана зі швидкістю 50...100 м/с. Пристрій (фіг.1 і 2) містить послідовно сполучені між собою вздовж осі О-О подавачі прокату (фіг. 1) порожнистий циліндричний корпус 1, обладнаний основним патрубком 2 підводу охолоджуючого середовища й кінцевим насадком 3 з конфузором 4 (фіг. 2), і прохідним отвором 5, циліндричну камеру 6 (фіг. 1) змішування та охолодження, проміжний перехідник 7 з перфорованою поверхнею, циліндричну камеру охолодження 8 з перфорованою кінцевою частиною, кінцевий перехідник 9 з конічною перфорованою поверхнею та випускний мундштук 10 із циліндричною внутрішньою поверхнею, а також порожнисту циліндричну проводку 11 для подачі прокату з конічною зовнішньою поверхнею, встановлену по осі О-О подачі прокату в корпусі 1 з можливістю осьового переміщення та фіксації її положення, при якому між конфузором 4 (фіг. 2) кінцевого насадка 3 та конічною зовнішньою поверхнею вивідної частини проводки 11 створюється кільцеве сопло Лаваля із заданим критичним перерізом. Конфузор 4 кінцевого насадка 3 виконаний знімним та збірним у вигляді двох примикаючих одне до одного торцями змінних переднього 12 (конусність кілець змінюється в межах 120...80°) та заднього 13 кілець зі зміною конусності в межах 10...200, закріплених усередині кінцевого насадка 3 і виконаних з конічними внутрішніми поверхнями різної конусності, створюючих конфузор 4, що послідовно звужується, з ламаною твірною Б-В-Г. У передньому кільці 12 конфузора 4 передній край внутрішньої поверхні виконаний закругленим по радіусу, а в задньому кільці 13 конфузора 4 виконані кільцева канавка, розташована на вході безпосередньо за критичним перерізом кільцевого сопла Лаваля, та радіальні отвори, що сполучають камеру конфузора з додатковим патрубком 14 підводу о холоджуючого середовища, встановленим в кінцевому насадку 3. Основний патрубок 2 (фіг. 1) підводу охолоджуючого середовища встановлений в корпусі 1 перпендикулярно осі О-О подачі прокату та пов'язаний із системою подачі повітря. Додатковий патрубок 14 підводу охолоджуючого середовища пов'язаний із системою подачі води. Довжина L1 (фіг.1) камери змішування та охолодження дорівнює 30-35 її вн утрішніх діаметрів dl. Довжина L2 камери 8 охолодження дорівнює 25-40 внутрішніх діаметрів d1 камери 6 змішування та охолодження. Довжина L3 випускного мундштука 10 дорівнює 1,8-2,2 внутрішнього діаметра d1 камери змішування та охолодження. Внутрішній діаметр d2 камери 8 охолодження дорівнює 1,4-1,6 внутрішнього діаметра d1 камери 6 змішування та охолодження. Проміжний перехідник 7 (перший варіант виконання) виконаний із циліндричними внутрішніми поверхнями різного діаметра d1, d2, спряженими між собою уступом. Проміжний перехідник 7 (другий варіант виконання) може бути виконаний із циліндричними внутрішніми поверхнями різного діаметра d1, d2, спряженими між собою конічною внутрішньою поверхнею з кутом a 4 розкриття конуса, рівним 6...10°. Діаметр внутрішньої поверхні випускного мундштука 10 дорівнює внутрішньому діаметру d1 камери 6 змішування та охолодження. У кінцевому перехіднику 9 (фіг.1) кут a 5 внутрішньої поверхні дорівнює 6...10°. Кінцевий перехідник 9 виконаний перфорованим. Перфорація камери 6 змішування та охолодження (фіг. 2), проміжного перехідника 7 (перший і другий варіанти виконання), камери охолодження 8 та кінцевого перехідника 9 виконана у вигляді наскрізних круглих отворів, осі перфорації камери 6 змішування та охолодження проміжного перехідника 7 (перший і другий варіанти положення) розташовані під кутом a 6 до напрямку потоку, значення котрого у залежності від умов охолодження 8 і кінцевого перехідника 9 розташовані під кутом a 6, рівним 40...45° проти напрямку потоку охолоджуючого середовища. Коефіцієнт К перфорації у всі х варіантах дорівнює 0,20-0,30 і плавно збільшується в напрямку потоку охолоджуючого середовища від початку до кінця ділянки перфорації. Пристрій додатково містить засувку 15 (фіг.1), виконану у вигляді обичайки, котра охоплює перфоровану частину камери 6 змішування та охолодження й встановлена з можливістю осьового переміщення за допомогою, наприклад, пневмоприводу та фіксації її положень. Перед роботою пристрій заздалегідь настроюється на стенді та встановлюється в лінії охолодження прокатного стана. Настроювання полягає в такому: встановлюються необхідні змінні переднє 12 та заднє 13 кільця та закріплюються; встановлюється проміжний перехідник 7 з урахуванням варіанта виконання; встановлюється необхідна ширина критичного перерізу 8; регулюється положення обичайки 15. 3 37802 Секція охолодження включається у роботу під час подачі заготовки до стана й працює відповідно до режиму роботи стана, тобто безперервно. Гарячий прокат після виходу з останньої кліті стана надходить до приймальної частини проводки 11. Одночасно у порожнину корпусу 1 крізь патрубок 2 подається стиснене повітря. Повітря надходить у кільцеве сопло Лаваля, що звужується, створене конічними поверхнями проводки 12 і переднього кільця конфузора 13. У кільцевому соплі, що звужується, повітря розганяється й у критичному перерізі його швидкість досягає значення швидкості звуку (М=1, де М - число Ма ха), при цьому, виходячи з кільцевого сопла та потрапляючи в зону кільцевої канавки конфузора 13, повітряний потік (за рахунок місцевого розширення перерізу каналу) розганяється до надзвукової швидкості, яка може досягати величини не більш 2М, так як при великій швидкості відбувається відрив охолоджуючого потоку від поверхні прокату, що призводить до зниження ефекту о холодження. На цій ділянці у камеру змішування 6 крізь додатковий патрубок 14 і радіальні отвори у розігнаний до надзвукової швидкості потік повітря подається вода під тиском 0,25...0,30 МПа. Потоком повітря вода диспергується з високим ступенем, що збільшує реакційну поверхню. На цій ділянці відбувається найбільш інтенсивне охолодження за рахунок того, що температурний рівень падає внаслідок адіабатичного розширення та пов'язаного з ним падіння температури потоку (у середньому до мінус 60...80°С), а ступінь диспергування збільшується, крім того, великий градієнт температур між поверхнею прокату та охолоджуючим двофазним потоком. Тому діаметр каналу на початковій ділянці вибирається мінімально допустимим, а його довжина максимально можливою. Ступінь диспергування води тим вище, чим вище швидкість потоку повітря. У цьому разі (порівняно з процесом ежектування води потоком повітря) вдається зберегти приблизно 40-50% кінетичної енергії потоку. Під час переходу потоку з конфузора у центральну трубу на відстані 90...100 мм від критичного перерізу, за відсутності прокату в секції охолодження, відбувається прямий стрибок, за яким швидкість знижується до величини, меншої швидкості звука, під час завантаження секції катанкою стрибок розташовується на відстані приблизно 50...60 мм від критичного перерізу. "Дрейф" стрибка звужує зону інтенсивного теплообміну між катанкою та охолоджуючим потоком, але під час завантаження секції прокат, що рухається, підводить тепло, внаслідок чого потік розганяється й під час переходу крізь проміжний перехідник його швидкість досягає швидкості звуку й на вході в камеру охолодження, внаслідок створення конденсаційного стрибка після розширення потоку і підвищення тиску в потоці, його швидкість знижується до швидкості звуку, а потім, через підвод, що продовжується, тепла з боку охолоджуючого прокату, швидкість потоку монотонно зростає й до кінця секції з діаметром 30мм його швидкість становить приблизно (0,70,9)М. При цьому за рахунок наявності перфорації у кінці камери охолодження здійснюється відведення розігрітого потоку за межі секції, а застосу вання перфорації на конічній ділянці вихлопу (перехід Æ30 до Æ20) приводить до відведення суміші ще приблизно в кількості 5%. Наявність перфорації в камері змішування та охолодження зразу за конфузором дає можливість відведення охолоджуючої суміші та подальшого розгону потоку до надзвукової швидкості. Зміненням витрати у тр убі постійного перерізу шляхом застосування перфорації створюються умови, еквівалентні розширенню геометричного сопла. Застосування у пристрої комбінованого сопла, в якому дозвукова частина являє собою геометричне сопло, що звужується, а надзвукова частина являє собою трубу постійного перерізу з частковим відведенням потоку крізь перфорацію (витратне сопло), створює умови для збільшення швидкості потоку за критичним перерізом сопла вище швидкості звук у. Довжина ділянки перфорації дорівнює довжині "дрейфу" прямого стрибка, виникаючого під час процесу "завантаження-розвантаження" секції охолодження, причому ця довжина регулюється положенням рухомої обичайки 15. Завдяки застосуванню регульованої перфорації створюється можливість для настроювання стартового режиму продувки без ежекції навколишнього повітря охолоджуючим потоком, а також вилучити зворотний викид потоку охолодження крізь вхідну проводку 11 назустріч катанці. Таким чином, по всій довжині пристрою існує три ділянки розгону потоку, що дозволяє інтенсифікувати процес теплообміну, наявність перфорації на визначених ділянках дозволяє стабілізувати розподіл тисків і швидкостей потоку, рух прокату крізь пристрій охолодження. Як охолоджуюче середовище можуть бути використані повітря або суміш повітря з водою в різних пропорціях залежно від необхідного режиму охолодження або від марки сталі. Крім того, як рідке середовище можуть бути використані різні розчини, що дозволяє робити захисне покриття металопродукції. На Криворізькому металургійному комбінаті "Криворіжсталь" були проведені випробовування дослідної секції охолодження. Дослідна секція була встановлена замість секції № 8 на дротовому стані 150. Температура катанки після блока прокатних клітей коливалась в інтервалі 1050...1070°С, тиск повітря в магістралі становив 0,36 МПа. Проміжок у соплі становив 0,82 мм. Внаслідок проведених випробувань установлено таке: зниження температури катанки під час подачі повітря становило 95°С; при додаванні у потік повітря води з витратою 35 г/с - @120°С. Таким чином, пристрій за винаходом за рахунок інтенсифікації процесу охолодження прокату дозволяє значно економити витрату води, ви трату електроенергії, підвищити якість прокату за рахунок підвищення рівня механічних властивостей, зменшення окалини й внаслідок цього одержати економічний ефект 0,18...0,24 млн дол. США/рік, тільки при впровадженні на "Криворіжсталі". 4 37802 Фіг. 1 Фіг. 2 5 37802 __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2001 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 50 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 6