Валок для валкової розливки-прокатки металу

Реферат: Винахід належить до металургійної та машинобудівної галузей промисловості. Валок для валкової розливки-прокатки металу включає бандаж, привідний циліндричний вал з кінцевими опорними шийками, розміщеними в підшипниках, який має канали з відведенням охолоджуючої води через центральну осьову порожнину вала з його непривідного боку, причому на валу валка з боків опорних шийок за допомогою різьбових елементів розташовані ступінчасті кільця для установки бандажа з утворенням між ним і зовнішньою циліндричною поверхнею вала кільцевої порожнини, а з боку вільних торців кілець встановлено по одному фланцю, в торцевих поверхнях яких, звернених до бандажа, виконані кільцеві концентричні поглиблення, в крайніх поглибленнях яких розміщені кільцеві торцеві ущільнення, що утворюють кільцеві порожнини, які поєднані щонайменше з одним патрубком з кожної сторони бандажа. Винахід підвищує точність штаб, що виготовляються, та показники пластичності та міцності штаб. UA 104950 C2 (12) UA 104950 C2 UA 104950 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід належить до процесів розливки та обробки металів тиском, зокрема до поєднаного процесу розливки-прокатки у двовалковому кристалізаторі з валками, що обертаються, і може бути застосований в металургійній та машинобудівній галузях промисловості. Відома конструкція валка для розливки плоских штаб, що складається з привідного циліндричного вала, який має отвори для підведення і відведення охолоджуючої води і як мінімум одного бандажа [Liu J.C., T.R. Creech. Caster roll. United States Patent US 6,892,793 B2, May 17, 2005]. Однак, зазначена конструкція характеризується наявністю великої кількості охолоджуючих каналів, розташованих в осьовому і радіальному напрямку, а також під кутом до осі вала, що вимагає високої точності виготовлення, причому наявність обмеженого числа подовжніх охолоджуючих каналів призводить до нерівномірного розподілу температури в тілі бандажа і, як наслідок, зниження якості штаб, що виробляються. Найбільш близьким аналогом пристрою, що заявляється, є валок для валкової розливки металу, що включає бандаж, привідний циліндричний вал з кінцевими опорними шийками, розміщеними в підшипниках, який має поздовжні і радіальні канали, з відводом охолоджуючої води через центральну осьову порожнину вала [Fukase Η., Kuwano H., Kato H. Feeding strip material. United States Patent US 6,533,023 B2, Mar 18, 2003]. Недоліком конструкції валка, вибраного за найближчий аналог, є те, що циркуляція води для охолодження внутрішньої поверхні бандажа здійснюється через окремі вузькі циліндричні канали, форма яких не сприяє інтенсивному перемішуванню рідини, а наближає характер її течії до ламінарного, що призводить до зменшення тепловідводу від бандажа. Крім того, підведення води організовано з одного боку валка через єдину порожнину, що не дає можливості регулювати інтенсивність охолодження в осьовому і тангенціальному напрямках і призводить до виникнення температурного градієнта по ширині штаби, що в кінцевому підсумку може викликати викривлення її геометричних розмірів (скривлення і поперечна різнотовщинність), анізотропію її механічних властивостей, а також термічні напруження і нерівномірний знос бандажа. В основу винаходу поставлена задача підвищення точності штаб, що виготовляються, по товщині та серпоподібності, а також підвищення показників пластичності і міцності штаб. Технічний результат полягає в удосконаленні конструкції валка, яке забезпечує рівномірність та інтенсифікацію тепловідбору на контакті бандажа з охолоджуючої водою та можливість його регулювання як в осьовому, так і в тангенціальному напрямках. Перемішування охолоджуючої рідини в кільцевій порожнині від дії різноспрямованих потоків дозволяє підвищити коефіцієнт тепловіддачі на контакті бандажа з водою, що призводить до збільшення тепловідбору від металу, що розливається, до валка і розширює технологічні можливості установки валкової розливки-прокатки металевих штаб. Поставлена задача вирішується тим що на валу з боків опорних шийок за допомогою різьбових елементів розташовані ступінчасті кільця для установки бандажа з утворенням між ним і зовнішньою циліндричною поверхнею вала кільцевої порожнини, а з боку вільних торців кілець встановлено по одному фланцю, в торцевих поверхнях яких, звернених до бандажа, виконані кільцеві концентричні поглиблення, в крайніх поглибленнях яких розміщені кільцеві торцеві ущільнення, що утворюють кільцеві порожнини, які поєднані щонайменше з одним патрубком з кожної сторони бандажа. На валу може бути розміщена втулка з радіальними отворами, що поєднана нерухомо з валом таким чином, що отвори втулки і радіальні отвори вала співпадають. Втулка може бути виконана ступінчастою із фланцем, який своїм внутрішнім торцем опертий на один з торців бандажа, а з боку другого торця бандажа встановлене ступінчасте кільце, з'єднане зі втулкою за допомогою різьбових елементів таким чином, що між відповідними циліндричними поверхнями втулки і бандажа є кільцева порожнина. У валу на поверхні, зверненої до втулки, у місцях виходу радіальних отворів на внутрішню поверхню втулки можуть бути виконані кільцеві поглиблення. Щонайменше один з фланців може бути виконаний з можливістю переміщення вздовж осі обертання валка, для чого в парі подушкафланець розташовані елементи поздовжнього регулювання фланця, наприклад, у вигляді гвинтових пар. В ступінчатих кільцях або в кільці і фланцевій ділянці втулки може бути виконано щонайменше по два наскрізних отвори, що поєднані з патрубками і розташовані на рівних відстанях відносно осі вала. Конструкція валка для розливки-прокатки металу, що пропонується, забезпечує більш рівномірне та інтенсивне охолодження внутрішньої поверхні бандажа валка за рахунок того, що контакт бандажа з охолоджуючою водою здійснюється по всій його внутрішній поверхні, а підведення охолоджуючої води в кільцеву порожнину з обох торців валка через одне або більше отворів на кожному з торців забезпечує інтенсивне перемішування її шарів. Вибір кількості та місця розташування торцевих отворів, а також варіювання витрати поданої через них 1 UA 104950 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 охолоджувальної води дає можливість регулювати інтенсивність тепловідводу як вздовж осі бандажованого валка, так і в тангенціальному напрямку. Загальною ознакою для заявленого пристрою та найближчого аналога є те, що валок включає бандаж, привідний циліндричний вал з кінцевими опорними шийками, розміщеними в підшипниках, який має радіальні канали, а відведення охолоджуючої води здійснюється через центральну осьову порожнину вала з його непривідного боку. Відмінною ознакою є те, що на валу з боків опорних шийок за допомогою різьбових елементів розташовані ступінчасті кільця для установки бандажа з утворенням між ним і зовнішньою циліндричною поверхнею вала кільцевої порожнини, а з боку вільних торців кілець встановлено по одному фланцю, в торцевих поверхнях яких, звернених до бандажа, виконані кільцеві концентричні поглиблення, в крайніх поглибленнях яких розміщені кільцеві торцеві ущільнення, що утворюють кільцеві порожнини, які поєднані щонайменше з одним патрубком з кожної сторони бандажа. Суть винаходу пояснюється кресленнями, що зображено на фіг. 1 - загальний вигляд валка для розливки-прокатки металу в розрізі; фіг. 2 - загальний вигляд валка для розливки-прокатки металу в розрізі; фіг. 3 - загальний вигляд валка для розливки-прокатки металу в розрізі. Валок для валкової розливки-прокатки металу складається з привідного вала 1, який має глухий центральний осьовий отвір, поєднаний із наскрізними радіальними отворами меншого діаметра. Центральний осьовий отвір виконано з боку, протилежного до привідного кінця вала. В середній (вздовж осі валу) частині вал має максимальний діаметр, до цієї частини вала прилягають опорні шийки. З боку торців бандажа 4 встановлені ступінчасті кільця 2, поєднані з валом 1 різьбовими елементами 3. Відповідні циліндричні поверхні вала 1 і бандажа 4 утворюють замкнену кільцеву порожнину А. На опорних шийках вала 1 розміщені підшипники 6, які розташовуються в подушках 5. З боку вільних торців кілець 2 встановлено по одному фланцю 7. У подушках є наскрізні отвори, в яких розміщуються патрубки 9 і елементи поздовжнього регулювання 10 фланця 7. Елементи 10 можуть бути виконані у вигляді гвинтових пар, наприклад гвинтів, один з яких вкручений в отвір фланця 7, а другий - в отвір подушки 5. У торцевій поверхні кожного фланця 7, зверненої до бандажа, виконані кільцеві концентричні поглиблення. В крайніх кільцевих поглибленнях фланця 7 розміщені кільцеві торцеві ущільнення 8. Горцеві ущільнення 8 прилягають до зовнішньої поверхні ступінчастого кільця 3 і утворюють таким чином замкнуті кільцеві порожнини. У проміжках між крайніми поглибленнями фланця 7 виконано один або більше наскрізних різьбових отворів, в кожен з яких встановлено патрубок 9. На валу 1 може бути розміщена втулка 11 з радіальними отворами, яка поєднана нерухомо з валом. Втулка 11 має наскрізні радіальні отвори, осі яких співпадають з осями наскрізних отворів вала. На поверхні вала 1, яка звернена до втулки 11, у місцях виходу радіальних отворів можуть бути виконані кільцеві заглиблення. Втулка 11 з'єднана нерухомо з валом 1, наприклад, шляхом гарячої посадки або за допомогою шпонки 12. Замість ступінчастого кільця 2 з приводного боку валка частина втулки 11 може бути виконана зі збільшеним діаметром, утворюючи ступінчастий фланець, який своїм внутрішнім торцем спирається на один з торців бандажа 4. З боку другого торця бандажа 4 встановлено ступінчасте кільце 2. Пристрій працює таким чином. Перед і під час розливки-прокатки вал 1 приводиться в обертання разом з закріпленими на ньому ступінчастими кільцями 2, різьбовими елементами 3, шпонкою 12 і бандажем 4. Подушки 5, фланці 7 з торцевими ущільненнями 8, елементи поздовжнього регулювання фланця 10 і патрубки 9 розташовані нерухомо. Вал 1 у зборі з елементами 2, 3, 4 і 11 обертається в підшипниках 7. В разі використання втулки 11, вона обертається разом із валом 1, на якому закріплена. Охолоджуюча вода надходить через патрубки 9 і наскрізні отвори фланців 7 в кільцеву порожнину А, утворену внутрішньою поверхнею бандажа 4 і зовнішньою поверхнею вала 1, або втулки 11. За час проходження через кільцеву порожнину А вода охолоджує внутрішню поверхню бандажа 4 і відводиться через радіальні отвори вала 1 та/або співвісні з ними радіальні втулки 11 в центральний осьовий отвір вала 1, звідки видаляється з вузла, що розглядається, – валка для валкової розливки-прокатки металу. Наявність кільцевої порожнини А між внутрішньою поверхнею бандажа і зовнішньою поверхнею вала 1 або втулки 11 дозволяє у декілька разів підвищити коефіцієнт тепловіддачі і тепловий поток від бандажа, який контактує з гарячим металом, у порівнянні з аналогами, в яких використовується серія каналів у бандажі або валу. 2 UA 104950 C2 5 10 15 20 Наявність незалежного підводу води через патрубки 9 з обох торців кільцевої порожнини А дозволяє встановлювати різну витрату води в тангенціальному або осьовому напрямах, регулюючи інтенсивність відводу тепла і, відповідно, температурне поле у бандажі 4. Оптимізація охолодження бандажа в тангенціальному напряму дозволяє збільшувати довжину зони пластичної деформації, що забезпечує отримання готових штаб з кращими механічними характеристиками, зокрема, підвищеними значеннями відносного подовження та границі текучості. Регулювання потоку охолоджуючої води в осьовому напряму дозволяє контролювати товщину штаби по ширині, зменшуючи серпоподібність. Переміщення гвинтових пар 10 вздовж осі валка дозволяє регулювати положення фланців 7 щодо вала 1, що дає можливість регулювання притиснення кільцевих ущільнень 8 до і ступінчастих кілець 2 і/або фланця ступінчастої втулки 11, а також регулювання положення втулки 11 щодо вала 1. Виконання в місцях виходу радіальних отворів на зовнішню поверхню ступінчастої втулки 11 кільцевих канавок дозволяє нівелювати можливу неспіввісність радіальних отворів втулки 11 і вала 1. Розміщення втулки 11 на валу 1 дозволяє змінювати об'єм кільцевої порожнини А шляхом використання втулок різного зовнішнього діаметра, а не шляхом заміни вала. Це забезпечує зменшення парку інструменту па виробництві. Винахід, що заявляється, ґрунтується па теоретичних розрахунках, підтверджених експериментальними даними, може бути багаторазово відтворено у виробництві. Отже, винахід відповідає критерію "промислова придатність". ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 25 30 35 40 45 50 1. Валок для валкової розливки-прокатки металу, що включає бандаж, привідний циліндричний вал з кінцевими опорними шийками, розміщеними в підшипниках, який має канали з відведенням охолоджуючої води через центральну осьову порожнину вала з його непривідного боку, який відрізняється тим, що на валу з боків опорних шийок за допомогою різьбових елементів розташовані ступінчасті кільця для установки бандажа з утворенням між ним і зовнішньою циліндричною поверхнею вала кільцевої порожнини, а з боку вільних торців кілець встановлено по одному фланцю, в торцевих поверхнях яких, звернених до бандажа, виконані кільцеві концентричні поглиблення, в крайніх поглибленнях яких розміщені кільцеві торцеві ущільнення, що утворюють кільцеві порожнини, які поєднані щонайменше з одним патрубком з кожної сторони бандажа. 2. Валок для валкової розливки-прокатки металу за п. 1, який відрізняється тим, що на валу розміщена втулка з радіальними отворами, що поєднана нерухомо з валом таким чином, що отвори втулки і радіальні отвори вала співпадають. 3. Валок для валкової розливки-прокатки металу за п. 2, який відрізняється тим, що втулка виконана ступінчастою із фланцем, який своїм внутрішнім торцем опертий на один з торців бандажа, а з боку другого торця бандажа встановлене ступінчасте кільце, з'єднане зі втулкою за допомогою різьбових елементів таким чином, що між відповідними циліндричними поверхнями втулки і бандажа є кільцева порожнина. 4. Валок для валкової розливки-прокатки металу за п. 2, який відрізняється тим, що у валу на поверхні, зверненої до втулки, у місцях виходу радіальних отворів на внутрішню поверхню втулки виконані кільцеві поглиблення. 5. Валок для валкової розливки-прокатки металу за п. 1, який відрізняється тим, що щонайменше один з фланців виконаний з можливістю переміщення вздовж осі обертання валка, для чого в парі подушка-фланець розташовані елементи поздовжнього регулювання фланця, наприклад, у вигляді гвинтових пар. 6. Валок для валкової розливки-прокатки металу за п. 1 або 3, який відрізняється тим, що в ступінчатих кільцях або в кільці і фланцевій ділянці втулки виконано щонайменше по два наскрізних отвори, що поєднані з патрубками і розташовані на рівних відстанях відносно осі вала. 3 UA 104950 C2 4 UA 104950 C2 Комп’ютерна верстка І. Мироненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5