Спосіб і пристрій для охолодження при загартуванні плоских заготовок або листів водою в охолодному басейні

1. Спосіб охолодження при загартуванні плоских заготовок або листів (2) водою в охолодному басейні (1, 14), в який занурюють і де тимчасово утримують плоскі заготовки або листи (2), які заздалегідь вертикально орієнтовані перекидальним пристроєм (18) у положення на ребро, який відрізняється тим, що плоскі заготовки або листи (2) зрошують охолодною 2. Спосіб за п. 1, який водою з обох сторін. відрізняється тим, що плоскі заготовки або листи (2) повністю занурюють у наповнений водою охолодний басейн (1) і у водяній ванні охолодного басейну (1) зрошують охолодною водою. 3. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що рівень води в охолодному басейні (1) знижують так, щоб плоскі заготовки або листи (2) виступали над рівнем води (13а), після чого їх зрошують охолодною водою. 4. Спосіб за одним з пп. 1-3, який відрізняється тим, що систему охолодження базують на фізикоматематичній моделі охолодження, яка описує поведінку листа або плоскої заготовки в неусталеному часовому і температурному режимі за допомогою граничних умов, що залежать від температурних показників речовини і коефіцієнта теплопередачі, який залежить від локальної температури поверхні плоскої заготовки або листа, 2 (19) 1 3 84018 4 12. Пристрій за одним з пп. 9-11, який відрізнятю переміщення по напрямних (9) на роликах або ється тим, що полозки (3) встановлені з можливісколесах (8). Винахід відноситься до способу і охолодного пристрою для охолодження або загартування плоских заготовок і листів водою в охолодному басейні, в який занурюються і тимчасово утримуються плоскі заготовки і листи, заздалегідь вертикально орієнтовані перекидальним пристроєм у положенні на ребро. З публікації DE 2548154 А відомий пристрій для охолодження плоских заготовок, який складається з охолодного басейну для приймання охолодної води і карманоподібної встановлювальної рами в охолодному басейні для вертикального встановлення плоских заготовок за допомогою кранового механізму, який переміщується над охолодним басейном або вздовж нього. Він захоплює плоскі заготовки у положенні на ребро відповідними захоплювальними пристроями, вміщує плоскі заготовки у встановлювальну раму і знову виймає їх після охолодження. Для встановлення переміщуваних підвідним рольгангом плоских заготовок у положення на ребро на вузькій бічній поверхні, на передньому торцевому кінці охолодного басейну розташований перекидальний пристрій. Крім того, два незалежних один від одного перекидальних пристрої знаходяться у зоні підвідного і відвідного рольгангів для встановлення у положення на ребро і укладання плоских заготовок. Швидкість охолодження, яка досягається при цьому, веде разом з тим при різкому охолодженні (загартуванні і поліпшенні) листів і плоских заготовок до більш тривалого процесу різкого охолодження. Крім того, зважаючи на нерівномірність швидкостей охолодження на поверхні листів або плоских заготовок не вдається уникнути хвилястості і неплощинності матеріалу, який використовується. Тому слідом за охолодженням при загартуванні, як правило, потрібна додаткова операція правки. З документа ЕР 0960670 А відомо, що для усунення поверхневих де фектів, які з'являються після холодної прокатки, плоску заготовку, яка занурюється горизонтально у водяний басейн, рекомендується зрошува ти охолодним середовищем лише з нижньої сторони. Цю те хнологію передбачається, зокрема, застосовувати для сталей із вмістом від 5 до 30% Сr, щоб таким чином запобігти виникаючій, у противному разі, ліквації хрому, що можливо лише при підтриманні визначеного температурного діапазону. Після цього, перед гарячою і холодною обробкою тиском, плоска заготовка охолоджується (spezifisch) за рахунок залишкового тепла від процесу безперервного розливання, слідом за чим нагрівається до температури деформації і зазнає гарячої прокатки. Задачею винаходу є створення способу і пристрою вищеназваного типу, які дозволяють усунути вказані недоліки і досягнути більш якісного охолодження при загартуванні. Ця задача вирішується способом згідно з винаходом за рахунок того, що плоскі заготовки і листи зрошуються охолодною водою з обох сторін. Оскільки, тим самим, загартування здійснюється не у стоячій воді охолодного басейну, а в результаті цілеспрямованого двостороннього зрошення охолодною водою, у воді створюється постійна сильна течія і досягаються більш високі і рівномірні швидкості охолодження, ніж при звичайних процесах охолодження. Не тільки істотно мінімізуються хвилястості і неплощинності, але і підтримане течією охолодження забезпечує також поліпшені структурні і матеріальні властивості листів і плоских заготовок, які використовуються. Переважний варіант виконання винаходу передбачає, що плоскі заготовки і листи повністю занурюються у наповнений водою охолодний басейн і у водяній ванні охолодного басейну зрошуються додатково охолодною водою. Таким чином досягається свого роду вихрове загартування або відповідно охолодження. Альтернативний варіант виконання передбачає, що рівень води в охолодному басейні знижується, плоскі заготовки і листи виступають над рівнем води і зрошуються охолодною водою. Отже, одна і та ж установка залежно, наприклад, від якості матеріалу, дозволяє варіювати процес охолодження в одній і тій же охолодній установці без інших або додаткових пристроїв, здійснювати процес охолодження або у режимі зрошення, або у вихровому режимі, з урахуванням при цьому відмінностей у витраті свіжої води, яка подається, і температури охолоджуваного матеріалу, а також температури води, базуючись у кожному випадку на початковій і кінцевій температурі, які у рівній мірі можуть варіюватися. При цьому система охолодження з успіхом може базуватися на фізикоматематичній моделі охолодження, яка описує поведінку листа або плоскої заготовки у неусталеному часовому і температурному режимі за допомогою граничних умов, що залежать від температури параметрів речовини і коефіцієнта теплопередачі, який залежить від локальної температури поверхні плоскої заготовки або листа, при цьому розподіл температури по товщині матеріалу, який охолоджується, розраховується за допомогою методу кінцевих елементів і рівняння теплопровідності Фур'є, а також за допомогою розкладання плоскої заготовки або листа на окремі шари. Основоположною проблемою при прискореному охолодженні є точний опис часової характеристики температурних полів всередині прокатного матеріалу. Розрахунок за допомогою математичної моделі являє собою адекватний підручний засіб при плануванні, керуванні та оптимізації процесу. Модель охолодження дозволяє здійснити наступні розрахунки: - Розрахунок швидкості охолодження при заданій витраті води 5 84018 6 - Розрахунок необхідної витрати води при заза допомогою притискного пристрою з гідравлічданій швидкості охолодження ним приводом. - Тривалість охолодження. Переважний варіант виконання винаходу пеОсновні характеристики матеріалу визначаредбачає, що охолодний басейн виконаний з наються відповідно до компонентів сплаву або покапрямними для полозків, які піднімаються і опусказника речовини для кожного матеріалу, який охоються, на яких вміщується плоска заготовка або лоджується. На основі цих характеристик лист. Подача і відведення полозків здійснюються матеріалу, які залежать від температури, здійснюдуже швидко. Тривалість перебування плоских ються потім відповідні розрахунки. заготовок або листів при загартуванні в охолодноРозрахунки охолодження у режимі offline можму басейні перевищує 30 хвилин. на зробити з розташованого зовні робочого місця. Згідно з винаходом полозки з'єднані з канатРезультати можуть бути збережені у системі PLS ним приводом. Переважно він містить протягнуті (системі керування процесом). По запиту ці дані по закріплених на полозках канатних барабанах надходять на керувальну обчислювальну машину канати, при цьому канатні барабани механічно системи охолодження. В принципі всі розрахунки з'єднані з регульованим по частоті трифазним двиздійснюються на керувальній обчислювальній магуном. Вертикальне опускання і піднімання може шині моделі охолодження, при цьому наступні дані здійснюватися за допомогою канатного приводу у передаються в автоматизовану систему: найкоротший проміжок часу; необхідний для пов- Характеристики матеріалу і компоненти ного занурення плоскої заготовки або листа просплаву міжок часу складає менше 10 секунд. - Товщина листа При цьому хороші ходові якості полозків по- Початкова температура охолодження ліпшуються, якщо вони переміщуються по напря- Кінцева температура охолодження мних на роликах або колесах. - Швидкість охолодження або максимальний Інші ознаки і деталі витікають з формули винапотік води. ходу і нижченаведеного опису дуже схематично Таким чином розраховуються необхідна випредставлених на кресленнях прикладів виконантрата води або швидкість охолодження і відповідні ня винаходу. Показані: діаграми охолодження для плоскої заготовки або Фіг.1 - охолодна установка, яка містить два листа. Модель охолодження також дозволяє морозташованих поруч один з одним охолодних баделювати розрахунки offline. При цьому для оптисейни, у перерізі по охолодному басейну з надамізації процесу охолодження можуть порівнюватиним йому перекидальним пристроєм, а також підся, наприклад, між собою різні швидкості йомно-опускним пристроєм для встановлення охолодження при різній витраті води. Цим розраплоских заготовок або листів; хункам offline може сприяти вищеописаний діалог. Фіг.2 - обидва охолодних басейни за Фіг.1 із Отже, у систему PLS може бути переданий протозображенням водяного контур у охолодження для кол з найважливішими параметрами і результатаплоских заготовок або листів; ми роботи. Можуть бути залучені також параметри Фіг.3 - у схематичному зображенні як деталь і коефіцієнти для матеріалів, а також граничні Фіг.1 розріз по представленому там праворуч баумови, наприклад, у моделі температури. сейну, який приймає встановлений матеріал, який Інші варіанти виконання винаходу передбачаохолоджується; ють регулювання напору води і/або об'ємного поФіг.4 - у дуже спрощеному принциповому зотоку зрошення охолодною водою, а також відстань браженні процес охолодження, який здійснюється між зрошувачами і поверхнею плоских заготовок і в охолодній установці за Фіг.1; і листів. Фіг.5 - у дуже спрощеному принциповому зоУ пристрої згідно з родовим уявленням для браженні інший процес охолодження, який здійсохолодження або загартування плоских заготовок і нюється в охолодній установці за Фіг.2. листів в охолодному басейні відповідно до винаПоказана на Фіг.1 охолодна установка 20 ходу з обох сторін плоских заготовок або листів, складається з охолодного басейну 1 і сусіднього з які опускаються, є встановлені з орієнтацією на ним підживлювального басейну 14. Обидва басейповерхню їх широкої сторони форсункові зрошувани 1 і 14 з'єднані між собою за рахунок гідравліччі, підключені до контуру водяного охолодження, них з'єднань у формі нижнього і верхнього переякий включає засоби, які дозволяють знизити ріливних пристроїв 15а і, відповідно, 15b. Гарячі вень наповнення водою з максимального, верхплоскі заготовки або листи 2, наприклад, після нього рівня до мінімального, нижнього рівня. Так, аустенітизації подаються до охолодної установки наприклад, сопла на які централізовано подається 20 з нагрівальної печі укладеними на пічному візку охолодна вода, форсункових зрошувачів після 16, який знаходиться на перевалочній рамі 17. За встановлення плоскої заготовки або листа можуть допомогою перекидального пристрою 18 з гідраввикинути на них додатковий об'єм охолодної води лічним приводом гаряча заготовка або лист 2 знібезпосередньо на місці дії. При цьому по всій помається з пічного візка 16 і у положенні на ребро верхні підтримується однакова відстань між соппередається на полозки 3, які піднімаються і опуслами; залежно від призначення вона може складакаються, в охолодному басейні 1. ти від 10 до 500 мм. Для підтримання однакової Встановлений на передньому, розташованому відстані між балками зі зрошувальними соплами і з правого боку охолодному або гартівному басейні вертикально встановленим листом або плоскою 1 перекидальний пристрій 18 містить обертовий заготовкою після опускання останніх, лист або вал 19, на якому змонтовані підйомні маніпулятори плоска заготовка може вирівнюватися відповідно 21, які знаходяться у горизонтальному положенні 7 84018 8 для приймання плоскої заготовки або листа 2 і на У режимі соплового зрошення плоска заготовякі наїжджає пічний візок 16 з плоскою заготовкою ка або лист 2 зрошується за допомогою соплових або листом 2. Підйомні маніпулятори 21 повертабалок 11а, 11b охолодною водою. При цьому макються або переводяться гідравлічним циліндром симально низький рівень води 13а в охолодному 22 з горизонтального положення на 90° у полобасейні 1, а також і у сусідньому підживлювальноження передачі, в якому плоска заготовка або лист му басейні 14 знаходиться під час процесу охоло2 ставляться на ребро. Під час процесу вирівнюдження нижче нижньої кромки плоскої заготовки вання плоска заготовка або лист 2 опираються на або листа 2. нижню кромку защіпок 2-3, які керуються гідравліВода охолодження засмоктується помпами чним циліндром 24. Фіксація положення здійсню25а, 25b з підживлювального басейну і через ється не показаним датчиком положення, причому фільтр 26 подається на соплові балки 11а, 11b. вертикальне встановлення плоских заготовок або Регулювання числа обертів для помп 25а, 25b долистів 2, які подаються, після ручного приводу зволяє залежно від розміру і товщини листа заздійснюється автоматично. Для приймання плоскої безпечити визначену витрату о холодної води. заготовки або листа 2 полозки 3 трохи піднімаютьФільтр 26 має функцію затримувати частинки ся, внаслідок чого плоска заготовка або лист 2 окалини, які перевищують отвори у соплах, і тим звільняється від защіпок 23, які, таким чином, мосамим запобігати закупорці останніх. Після кожножуть відхилятися з вертикального положення. го процесу охолодження він промивається власПотім для охолодження плоскої заготовки або ним середовищем. Промивальна вода відводиться листа 2 полозки 3 дуже швидко опускаються. Після у жолоб 27 під окалину і сприяє тим самим зниповного охолодження витягання плоскої заготовки женню рівня води після процесу охолодження. або листа 2 здійснюється в автоматичному режимі Основна частина окалини осідає на дні охолодноу зворотному порядку тому, як це було описано го басейну 1, так що час від часу дно басейну раніше при їх встановленні. Тепер охолоджена очищають. плоска заготовка або лист 2 або укладається на Вода, яка стікає з плоскої заготовки або листа пічний візок 16, або може транспортуватися цехо2, попадає у басейн 1 і звідти через переливний вим краном, причому у випадку транспортування пристрій 15а відводиться у підживлювальний бацеховим краном перевалочна рама 17 повинна сейн 14. переміщуватися збоку. У цьому дуже схематично представленому на На Фіг.3 показана встановлена вищеописаним Фіг.5 процесі охолодження шляхом загартування чином на ребро і вміщена у полозки 3 плоска загоплоскої заготовки або листа 2 у режимі соплового товка 2. Для піднімання і опускання полозків 3 з зрошення шляхом розпилення через сопла 10 соплоскою заготовкою 2 в охолодний басейн 1, поплових балок 11a, 11b канал 28 підживлення і відлозки 3 з'єднані з канатним приводом 4, причому ведення (див. Фіг.2) під час охолодження залишаканати 7 протягнуті по закріплених на полозках 3 ється закритим. У зв'язку з низьким у режимі канатних барабанах і перед цим проходять через зрошення об'ємом, який акумулюється, вже у пронапрямні колеса 5. Роботою канатних барабанів 5 цесі охолодження може бути досягнута верхня керує не показаний, механічно з'єднаний через межа допустимої температури води. Тому після карданні вали, регульований по частоті трифазний процесу частина нагрітої води відкачується помдвигун з редуктором. Полозки 3 переміщуються на пою 29 у жолоб 27 під окалину. Після чого подароликах або колесах 8 по передбачених в охолодється свіжа вода з каналу 30 прямого охолодженному басейні 1 напрямних 9. Положення з повнісня, поки не буде відновлена початкова тю зануреними в охолодний басейн 1 полозками 3 температура. і плоскою заготовкою 2 позначене на Фіг.3 пунктиОб'єм відведення і подачі свіжої води залерними лініями. жать від кінцевої температури останнього процесу Плоским заготовкам або листам 2, встановлеі від початкової температури наступної програми ним як описано вище, відповідають розміщені між охолодження. Об'єм відведення і подачі свіжої напрямними 9 в охолодному басейні 1 соплові води включається через рівень наповнення у підбалки 11а і 11b (див. Фіг.4 і 5) з соплами 10, орієнживлювальному басейні 14. При високій потребі у тованими відповідно на поверхню широкої сторони холоді рівень басейну 1 може бути додатково зниплоскої заготовки або листа 2. Ці соплові балки жений через байпас 31 (див. Фіг.2). приєднані до водяного контур у 12 охолодження, як Знову ж дуже схематично на Фіг.4 показаний це показано більш детально на Фіг.2. інший процес охолодження. У тій же охолодній Водяний контур 12 охолодження дозволяє ваустановці або охолодному басейні 1, що і при реріювати режими або способи охолодження і забезжимі соплового зрошення, може здійснюватися печує прилаштування соплових балок 11а, 11b в процес загартування у вихровому режимі, тобто з охолодному басейні 1 для охолодження плоских постійною сильною течією, як показано також на заготовок або листів 2 як у режимі зрошення, так і Фіг.3 хвилястими лініями в охолодному басейні 1. у свого роду ви хровому режимі. При цьому розрізУ вихровому режимі плоска заготовка або лист нюються, наприклад, три типи: 2 занурюється у басейн 1, наповнений водою до - Режим соплового зрошення для HV-сталей високого рівня 13b, і одночасно навантажується до 15 тонн водою з охолодних соплових балок 11а, 11b. Вода - Вихровий режим (whirlpool) для HV-сталей до соплами 10 приводиться у циркуляцію, з вільної 15 тонн та інструментальних сталей до 10 тонн конвекції створюється примусова конвекція, яка - Охолодний басейн для HV-сталей та інструзабезпечує кращу теплопередачу від плоскої загоментальних сталей до 10 тонн. 9 84018 10 товки або листа 2 до води, ніж при простому занувих агрегатів, в одній і тій же охолодній установці ренні. 20 можна варіювати процеси охолодження згідно Функція фільтра 26 і помп 25а, 25b або помпи із закладеною моделлю охолодження. Процес 29 ідентична, що у режимі зрошення, так і у керуохолодження як єдине ціле здійснюється згідно з ванні припливною водою. Однак, у зв'язку з велифізико-математичною моделлю охолодження чеким об'ємом, який акумулюється, у ви хровому ререз підключену обчислювальну машину, яка зажимі можлива більш висока початкова безпечує також регулювання температури води, температура охолодження або при більш низькій напору води, об'ємного потоку і відстані між соппочатковій температурі охолодження можливе лами соплових балок і поверхнею плоскої заготовздійснення декількох процесів охолодження до ки або листа. Крім вихрового режиму і режиму досягнення допустимої верхньої межі температури зрошення, у тій же охолодній установці 20 за розводи. судом може також здійснюватися охолодження Таким чином, залежно від якості матеріалу і шляхом занурення без соплового зрошення. необхідних властивостей (структури), без додатко 11 84018 12 13 Комп’ютерна в ерстка В. Мацело 84018 Підписне 14 Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601