Устройство для охлаждения рулонов горячекатаных полос

 

Изобретение относится к прокатному производству и может быть использовано для интенсивного и качественного охлаждения рулонов горячекатаных полос. Цель изобретения - повышение качества горяче- и холоднокатаных полос за счет обеспечения равномерности их охлаждения в рулонах и улучшения механических свойств полосы, а также уменьшение производственных площадей, стоимости сооружаемых цехов и повышение производительности станов горячей прокатки за счет повышения интенсивности охлаждения рулонов горячекатаных полос. В устройстве для охлаждения рулонов горячекатаных полос, включающем вентилятор и стеллаж, на котором в стопах в вертикальном положении установлены рулоны, стеллаж и выполнен в виде прямоугольного короба, внутри которого с наклоном к его продольной оси установлены две вертикальные перегородки, образующие с верхней и нижней горизонтальными стенками короба конфузор прямоугольного поперечного сечения, соединенный своим большим основанием через промежуточный патрубок с диффузором центробежного вентилятора, на которым установлены стопы рулонов, центры отверстий расположены на продольной оси конфузора, диаметры отверстий и расстояния между ними уменьшаются в направлении сужения конфузора, вертикальные перегородки на узком конце конфузора соединены полукруглой перемычкой, вертикальная ось которой совпадает с центром последнего отверстия минимального диаметра в верхней стенке короба, а внутренний радиус перемычки равен радиусу этого отверстия. На верхней горизонтальной стенке короба стеллажа вокруг отверстий в радиальном направлении закреплены ребра, на которых концентрично отверстиям установлены стопы охлаждаемых рулонов, между рулонами в стопах установлены проставки, выполненные в виде круглого листа, диаметр которого равен наружному диаметру рулона, в листе выполнено центральное отверстие, вокруг которого с обеих сторон листа закреплены радиальные ребра, которыми проставка с одной стороны установлена на нижнем рулоне и на которых с одной стороны установлен верхний рулон, причем со стороны установки на нижний рулон на ребрах проставки концентрично круглому листу закреплено центрирующее кольцо с зазором между его наружной торцовой поверхностью и поверхностью внутренней полосы нижнего рулона, а последний верхний рулон в стопе закрыт крышкой, выполненной в виде листа с ребрами, закрепленными на одной его стороне, которыми крышка опирается на наружный торец рулона. 1 с. и 1 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к прокатному производству, и может быть использовано для интенсивного и качественного охлаждения рулонов горячекатанных полос.

Известно устройство для охлаждения рулонов горячекатаных полос, включающее стеллаж для установки рулонов в стопах (аналог). В качестве стеллажа используются слябы, уложенные на свободных площадях в прокатном цехе или за его пределами. Охлаждение осуществляется естественным путем окружающим воздухом [1].

Недостатками аналога являются длительные сроки и неравномерность охлаждения рулонов по их сечениям и объему, что требует наличия больших свободных производственных площадей, сдерживает производство, снижает производительность стана горячей прокатки, вызывает ухудшение механических свойств и качества стали или других материалов, из которых получены рулоны.

Наиболее близким техническим решением (прототипом) является устройство для охлаждения рулонов горячекатаных полос, включающее стеллаж, на котором в стопах в вертикальном положении установлены рулоны, и осевой вентилятор для наружного обдува и охлаждения рулонов [2]. При использовании такого устройства интенсивность охлаждения рулонов улучшается и его можно осуществлять на меньших, хотя и достаточно больших производственных площадях. Однако в этом случае в еще большей степени возникает неравномерность охлаждения рулонов по сечениям и объему и соответственно ухудшается качество металла в рулонах. Особенно отрицательно неравномерность охлаждения рулонов влияет на качество холоднокатаных полос, получаемых при последующей холодной прокатке горячекатаных полос из охлаждаемых рулонов. Холодная прокатка должна осуществляться после охлаждения горячекатаных полос с температурой не более, чем 100^oC. Из-за неравномерности охлаждения внутренние витки полосы в рулоне имеют более высокую температуру, что после разматывания рулона при последующей холодной прокатке вызывает ломкость полосы, образование поверхностных трещин, снижение качества, увеличение брака и уменьшение выхода годного металла.

Целью настоящего изобретения является повышение качества горяче- и холоднокатаных полос за счет обеспечения равномерности их охлаждения в рулонах и улучшения механических свойств полосы, а также уменьшение производственных площадей, стоимости сооружаемых цехов и повышение производительности станов горячей прокатки за счет повышения интенсивности охлаждения рулонов горячекатаных полос.

Поставленная цель достигается тем, что стеллаж для установки рулонов в стопах в вертикальном положении выполнен в виде прямоугольного короба, внутри которого с наклоном к его продольной оси установлены две вертикальные перегородки, образующие с верхней и нижней горизонтальными стенками короба конфузор прямоугольного поперечного сечения, соединенный своим большим основанием через промежуточный патрубок с диффузором центробежного вентилятора, в верхней стенке короба выполнены отверстия, над которыми установлены стопы рулонов, центры отверстий расположены на продольной оси конфузора, диаметры отверстий и расстояния между ними уменьшаются в направлении сужения конфузора, вертикальные перегородки на узком конце конфузора соединены полукруглой перемычкой, вертикальная ось которой совпадает с центром последнего отверстия минимального диаметра в верхней стенке короба, а внутренний радиус перемычки равен радиусу этого отверстия.

Устройство отличается также тем, что на верхней горизонтальной стенке короба стеллажа вокруг отверстий в радиальном направлении закреплены ребра, на которых концентрично отверстиям установлены стопы охлаждаемых рулонов, между рулонами в стопах установлены проставки, выполненные в виде круглого листа, диаметр которого равен наружному диаметру рулона, в листе выполнено центральное отверстие, вокруг которого с обеих сторон листа закреплены радиальные ребра, которыми проставка с одной стороны установлена на нижнем рулоне и на которых с другой стороны установлен верхний рулон, причем со стороны установки на нижней рулон на ребрах проставки концентрично круглому листу закреплено центрирующее кольцо с зазором между его наружной поверхностью внутренней полости нижнего рулона, а последний верхний рулон в стопе закрыт крышкой, выполненной в виде листа с ребрами, закрепленными на одной его стороне, которыми крышка опирается на наружный торец рулона.

На фиг. 1 изображено устройство для охлаждения рулонов горячекатанных полос - общий вид; на фиг. 2 - разрез по линии I-I на фиг. 1 (масштаб уменьшен); на фиг. 3 - разрез по линии II-II на фиг. 1 (масштаб уменьшен); на фиг. 4 - проставка; на фиг. 5 - разрез по линии III-III на фиг. 4; на фиг. 6 - крышка; на фиг. 7 - разрез по линии IV-IV на фиг. 6.

Устройство для охлаждения рулонов горячекатаных полос включает центробежный вентилятор 1 и стеллаж 2 для установки рулонов 3 в стопах в вертикальном положении. Стеллаж выполнен в виде прямоугольного короба с боковыми продольными стенками 4, 5, поперечными стенками 6, 7 и горизонтальными верхней и нижней стенками 8 и 9. Внутри короба с наклоном к его продольной оси 10 под углом α установлены две вертикальные перегородки 11, образующие с верхней 8 и нижней 9 стенками короба конфузор 12 прямоугольного поперечного сечения. Конфузор своим большим основанием, расположенным в поперечной стенке 6 короба, через промежуточный патрубок 13 соединен с диффузором 14 центробежного вентилятора 1.

В верхней горизонтальной стенке 8 короба стеллажа 2 выполнены отверстия 15, 16, 17. На фиг. 1 и 3 показаны 3 отверстия, хотя их может быть больше. Диаметры отверстий d₁, d₂, d₃ и расстояния между ними l₁, l₂ уменьшаются в направлении сужения конфузора, т.е. d₁ > d₂ > d₃ и l₁ > l₂. Например, в проекте устройства для охлаждения рулонов горячекатаных полос в цехе горячей прокатки полосы с непрерывным широкополосным станом "2000" горячей прокатки АО "Северсталь" приняты значения d₁=870 мм; d₂=700 мм; d₃=670 мм и l₁=3370 мм; l₂=2900 мм. Максимальный диаметр принимается равным внутреннему диаметру рулона d_в. Ширина поперечных сечений конфузора b₁, b₂, b₃, лежащих в плоскости поперечных осей отверстий, равна диаметрам отверстий, т.е. b₁=d₁, b₂=d₂, b₃=d₃. Перегородки 11 на узком конце конфузора соединены полукруглой перемычкой 18, вертикальная ось которой совпадает с центром O₃ последнего отверстия минимального диаметра в верхней стенке 8 короба. Внутренний радиус R перемычки равен радиусу этого отверстия, т.е. На верхней горизонтальной стенке 8 короба стеллажа вокруг отверстий диаметром d₁, d₂, d₃ в радиальном направлении закреплены ребра 19, на которых концентрично отверстиям установлены стопы охлаждаемых рулонов 3. Толщина ребер равна требуемому технологическому зазору δ_c между стеллажом и примыкающим к нему торцом нижнего рулона.

На фиг. 1 в качестве примера показаны стопы из двух рулонов, однако число рулонов в стопе может быть больше. Например, в цехе горячей прокатки полосы со станом "2000" на АО "Северсталь" в стопы на стеллажах устанавливают по 3 рулона. Между рулонами в стопах установлены проставки 20, выполненные в виде круглого листа 21 (см. фиг. 4 и 5), диаметр которого равен наружному диаметру d_н рулона. В листе выполнено центральное отверстие диаметром d_п, вокруг которого с обеих сторон листа 21 закреплены радиальные ребра 22 толщиной h, равной зазору δ между листом и торцами сопряженных рулонов (см. фиг. 1). Проставка 20 ребрами 22, расположенными с одной стороны, установлена на нижнем рулоне 3. На ребрах 22, расположенных с другой стороны, установлен верхний рулон 3. При этом между торцами рулонов образуются зазоры δ, равные толщине h ребер 22.

Со стороны установки на нижней рулон на ребрах 22 проставки 20 концентрично круглому листу 21 закреплено центрирующее кольцо 23 с наружным диаметром d_нм меньше диаметра d_в внутренней полости рулона так, что между наружной торцевой поверхностью кольца и поверхностью внутренней полости нижнего рулона образуется установочный зазор Δ . Центрирующее кольцо 23 предназначено для фиксации проставки 20 на нижнем рулоне в радиальном направлении.

Верхний в стопе рулон 3 закрыт крышкой 24, выполненной в виде листа 25, с ребрами 26, закрепленными на одной его стороне (см. фиг. 6, 7), которыми крышка опирается на наружный торец рулона. Толщина ребер h_в равна необходимому технологическому зазору δ_в между крышкой и торцом рулона (см. фиг. 1).

Устройство работает следующим образом. Охлаждающий воздух от вентилятора 1 через диффузор 14 и промежуточный патрубок 13 нагнетается в конфузор 12. Из конфузора через отверстия 15, 16, 17 в верхней стенке 8 стеллажа воздух поступает во внутренние полости стоп рулонов 3. Из внутренних полостей воздух проходит через щели, образуемые благодаря наличию ребер 19, 22 и 26, между торцом нижнего рулона и наружной поверхностью стенки 8 стеллажа 2, между промежуточными торцами рулонов и поверхностями круглых листов 21 проставок 20 и между наружным торцом верхнего рулона в стопе и листом 25 крышки 24. Из щелей воздух выходит в окружающее пространство. Проходя через внутренние полости рулонов и щели между их торцами, воздух охлаждает рулоны изнутри и их торцы. После выхода из щелей воздух поднимается кверху и за счет более интенсивной конвенции повышает интенсивность охлаждения наружных поверхностей рулонов. В результате омывания отходящим воздухом всех поверхностей рулонов и внутренних и наружных существенно повышается равномерность охлаждения рулонов по сечениям и объему, что способствует улучшению механических свойств и повышению качества охлаждаемого металла. Снижается отбраковка по сортности и увеличивается выход годного металла при последующей после охлаждения холодной прокатке. Повышается интенсивность и сокращаются сроки охлаждения рулонов, что позволяет уменьшить производственные площади и сократить стоимость сооружения прокатных цехов. Устраняется узкое место в технологической цепи, сдерживающее производство горячекатаных полос, обусловленное низкой эффективностью охлаждения рулонов, и повышается производительность станов горячей прокатки полосы.

Эффективность использования изобретения достигается соответствующими газодинамическими расчетами, обеспечивающими правильный выбор типа и характеристик центробежного вентилятора 1 с диффузором 14, промежуточного патрубка 13, конфузора 12, диаметров d₁, d₂, d₃, d_к, d_п отверстий в верхней стенке 8 стеллажа 2, центрирующих кольцах 23 и круглых листах 21, а также живых сечений щелей между торцами рулонов и поверхностями верхней стенки 8 стеллажа 2 и листа 25 крышки 24. Необходимые живые сечения щелей получают путем соответствующего выбора сечения и количество ребер 19, 22 и 26 на стеллаже 2, проставках 20 и крышке 24. При этом толщина ребер определяет зазоры δ_c,δ и δ_в между указанными элементами.

При выборе параметров конфузора 12 из конструктивных соображений его перегородки 11 принимают прямолинейными, а максимальный диаметр d₁ отверстия в верхней стенке 8 стеллажа принимают равным диаметру d_в внутренней полости рулона 3. Угол α наклона перегородок к продольной оси 10 конфузора определяет, исходя из условия постоянства давления воздуха по всей длине конфузора. Минимальный диаметр d₃ наиболее удаленного от вентилятора отверстия принимают равным ширине сечения конфузора в плоскости оси отверстия. Диаметр промежуточного отверстия d₂ (или промежуточных отверстий, если их больше трех) определяется геометрически из условия прямолинейности перегородок 11. При этом ширину поперечных сечений конфузора b₁, b₂, b₃, лежащих в плоскости поперечных осей отверстий, принимают равной их диаметрам, т.е. b₁=d₁, b₂=d₂, b₃= d₃; диаметры отверстий и расстояния между ними уменьшаются в направлении сужения конфузора 12.

Размеры живых сечений щелей между стеллажом 2, торцами и крышкой 24 стоп рулонов определяют из условия равных потерь давления воздуха во всех стопах и одинаковых его расходов при разных скоростях потоков воздуха через отверстия в верхней стенке 8 стеллажа. Это условие выполняют путем выбора диаметров d_к и d_п отверстий центрирующих колец 23 и круглых листов 21 проставок 20 с учетом потерь давления воздуха в местных сопротивлениях. Выполнение указанного условия обеспечивает одинаковый съем тепла с рулонов во всех стопах и одинаковую интенсивность их охлаждения, что позволяет одновременно снимать все рулоны со стеллажа и устанавливать новые стопы рулонов для охлаждения. Это условие также предопределяет уменьшение диаметров d₁, d₂, d₃ и расстояний между ними l₁ и l₂ в направлении сужения конфузора 12 и выполнение отверстий в кольцах 23 меньшего диаметра d_к, чем диаметр d_п отверстия в листе 21.

Таким образом, применение описанного изобретения обеспечивает достижение поставленной цели и является эффективным направлением повышения качества тонколистового проката и производительности широкополосных станов.

Формула изобретения

1. Устройство для охлаждения рулонов горячекатаных полос, включающее вентилятор и стеллаж, на котором в стопах в вертикальном положении установлены рулоны, отличающееся тем, что стеллаж выполнен в виде прямоугольного короба, внутри которого с наклоном к его продольной оси установлены две вертикальные перегородки, образующие с верхней и нижней горизонтальными стенками короба конфузор прямоугольного поперечного сечения, соединенный своим большим основанием через промежуточный патрубок с диффузором центробежного вентилятора, в верхней стенке короба выполнены отверстия, над которыми установлены стопы рулонов, центры отверстий расположены на продольной оси конфузора, диаметры отверстий и расстояния между ними уменьшаются в направлении сужения конфузора, вертикальные перегородки на узком конце конфузора соединены полукруглой перемычкой, вертикальная ось которой совпадает с центром последнего отверстия минимального диаметра в верхней стенке короба, а внутренний радиус перемычки равен радиусу этого отверстия.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что на верхней горизонтальной стенке короба стеллажа вокруг отверстий в радиальном направлении закреплены ребра, на которых концентрично отверстиям установлены стопы охлаждаемых рулонов, между рулонами в стопах установлены проставки, выполнены в виде круглого листа, диаметр которого равен наружному диаметру рулона, в листе выполнено центральное отверстие, вокруг которого с обеих сторон листа закреплены радиальные ребра, которыми проставка с одной стороны установлена на нижнем рулоне и на которых с другой стороны установлен верхний рулон, причем со стороны установки на нижний рулон на ребрах проставки концентрично круглому листу закреплено центрирующее кольцо с зазором между его наружной торцевой поверхностью и поверхностью внутренней полосы нижнего рулона, а последний верхний рулон в стопе закрыт крышкой, выполненной в виде листа с ребрами, закрепленными на одной его стороне, которыми крышка опирается на наружный торец рулона.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7