Устройство "грязного" оборотного цикла

 

Изобретение относится к прокатному производству и может быть использовано в системах водоснабжения непрерывных широкополосных станов горячей прокатки. Технический результат -повышение качества прокатываемых полос, снижение расхода валков, улучшение экологической обстановки в прокатном цехе и повышение надежности и устойчивости работы "грязного" оборотного цикла системы водоснабжения. Устройство "грязного" оборотного цикла системы водоснабжения непрерывного широкополосного стана горячей прокатки включает насосную станцию подачи охлажденной очищенной воды, коллектор и связанные с ним отводы для подачи воды на охлаждение печных рольгангов, повысительную насосную станцию на отводе подачи воды на чистовые клети, подстановый лоток, насосную станцию перекачки грязной воды, горизонтальные и радиальные отстойники, градирни, фильтровальную станцию. После повысительной насосной станции отвод подачи воды на охлаждение оборудования чистовых клетей разветвляется на два параллельных отвода, на которых установлены двухпозиционные распределители, соединенные между собой двумя трубопроводами, один из которых предназначен для подачи охлаждающей воды на чистовые клети, другой, минуя их, - в подстановый лоток, причем на параллельных отводах перед распределителями и после них на трубопроводах, соединяющих распределители, установлены отсечные клапаны. 1 з.п.ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к прокатному производству и может быть использовано в системах водоснабжения непрерывных широкополосных станов горячей прокатки (НШСГП).

Известно устройство "грязного" оборотного цикла системы водоснабжения НШСГП (аналог), включающее насосную станцию подачи охлажденной очищенной воды, коллектор и связанные с ним отводы для подачи воды на охлаждение печных рольгангов, черновых и чистовых клетей, подстановый лоток, горизонтальные и радикальные отстойники, градирни, фильтровальную станцию и соединяющие их трубопроводы (см. Н.Ф. Сериков, Г.Н. Красавцев, Ю.И. Ильичев, А. В. Рылов. Водное хозяйство заводов черной металлургии. - М.: Металлургия, 1973, с. 85 - 104). Недостатком аналога является отсутствие повысительной насосной станции на отводе подачи охлаждающей воды к чистовым клетям стана. В результате этого из-за недостаточного напора воды, подаваемой на охлаждение прокатных валков, снижается их стойкость, происходит интенсивное образование трещин на рабочей поверхности валков, увеличивается их расход и снижается качество поверхности прокатываемых полос.

Наиболее близким техническим решением (прототипом) является устройство "грязного" оборотного цикла системы водоснабжения НШСГП (прототип), включающее насосную станцию подачи охлажденной очищенной воды, коллектор и связанные с ним отводы для подачи воды на охлаждение печных рольгангов, оборудования черновых и чистовых клетей, установку гидросбива скалины, повысительную станцию на отводе подачи воды на чистовые клети, подстановый лоток, насосную станцию перекачки грязной воды, горизонтальные и радикальные отстойники, градирни, фильтровальную станцию и соединяющие их трубопроводы (см. Г.Н. Красавцев, Ю. И. Ильичев, А.И. Кашуба. Рациональное использование и защита водных ресурсов в черной металлургии.- М.: "Металлургия", 1989 г., с. 74 - 79, рис. 24).

Прототип обеспечивает лучшие условия охлаждения валков и другого оборудования чистовых клетей стана, чем аналог, благодаря применению повысительной насосной станции на отводе подачи воды и общего коллектора к чистовым клетям. Вместе с тем и прототипу присущ ряд недостатков.

При перевалках рабочих валков чистовых клетей в соответствии с принципом работы прототипа подача охлаждающей воды на чистовые клети прекращается путем перекрытия отвода подачи воды от общего коллектора с помощью задвижки, установленной на отводе за повысительной насосной станцией. При этом насосы повысительной станции отключаются. Вследствие уменьшения расхода воды на охлаждение объектов "грязного" цикла при перевалках рабочих валков уменьшается количество воды, подаваемой после очистки и охлаждения от насосной станции на коллектор, и общее количество воды, циркулирующее в "грязном" цикле. Это достигается за счет отключения части насосов станции подачи очищенной воды или снижения их производительности. Периодическое изменение режима работы насосов большой производительности станции отрицательно сказывается на их работоспособности и устойчивости работы "грязного" цикла в целом. Из-за отключения или снижения производительности насосов станции уменьшается забор воды из горизонтальных отстойников. Расход воды на охлаждение оборудования чистовых клетей - валков, проводок, петлерегуляторов, подшипников и другого оборудования по сравнению с расходом на другие объекты "грязного" цикла - печные рольганги, оборудование черновых клетей, установку гидросбива окалины и другие является наибольшим. Так, на НШСГП " 2000" металлургического комбината ОАО "Северсталь" общий расход очищенной воды, подаваемой на объекты "грязного" цикла, составляет 14200 м³/ч, а на чистовые клети из этого количества приходится 7500 м³/ч, т.е. 52,8%. Вместе с тем подача грязной воды от насосной станции перекачки при перевалках рабочих валков чистовых клетей на горизонтальные отстойники не прекращается, так как работа "грязного" цикла остановлена быть не может. Это связано с тем, что от насосной станции очищенная вода на другие объекты "грязного" цикла во время перевалки рабочих валков подается, а отключение станции перекачки может привести к переполнению ее водоприемных колодцев и затоплению станции. Вследствие постоянной работы станции перекачки при перевалках рабочих валков возникает переполнение горизонтальных отстойников, и грязная вода, содержащая масло, окалину и другие вредные примеси и включения, переливается через стенки отстойников, разливается по полу здания отстойников и по территории прокатного цеха, загрязняя территорию и ухудшая экологическую обстановку в цехе.

Уменьшение объема циркулирующей воды в "грязном" цикле при перевалках рабочих валков и ее накопление в горизонтальных отстойниках ухудшает охлаждение очищенной воды, что ведет к перегреву рабочих валков чистовых клетей после перевалок, появлению трещин на рабочей поверхности валков, снижению их долговечности и качества прокатываемых полос.

Целью настоящего изобретения является повышение качества прокатываемых полос, снижение расхода валков, улучшение экологической обстановки в прокатном цехе и повышение надежности и устойчивости работы "грязного" оборотного цикла системы водоснабжения НШСГП.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве "грязного" оборотного цикла после повысительной станции отвод подачи воды на охлаждение оборудования чистовых клетей разветвляется на два параллельных отвода, на которых установлены двухпозиционные распределители, соединенные между собой двумя трубопроводами, один из которых предназначен для подачи охлаждающей воды на чистовые клети, другой, минуя их, - в подстановый лоток, причем на параллельных отводах перед распределителями и после них на трубопроводах, соединяющих распределители, установлены отсечные клапаны.

Поставленная цель достигается также тем, что двухпозиционный распределитель выполнен в виде цилиндрического корпуса, закрытого торцевыми крышками, в центральной части корпуса перпендикулярно его оси установлен входной патрубок, соединенный с параллельным отводом от повысительной насосной станции, по обе стороны от входного патрубка со смещением осей на 90^o на корпусе установлены выходные патрубки разного диаметра, выходной патрубок большего диаметра соединен с трубопроводом подачи воды на чистовые клети, патрубок меньшего диаметра - с трубопроводом подачи воды в подстановый поток, внутри корпуса между входным и выходными патрубками установлены две перегородки с центральными отверстиями, на внутренних торцах втулок, смонтированных в торцевых крышках корпуса в подшипниках скольжения с возможностью осевого перемещения, закреплены дисковые клапаны, жестко связанные между собой общим штоком, диаметр выходного патрубка, соединенного с трубопроводом подачи воды на чистовые клети, равен диаметру входного патрубка, а разница диаметров выходных патрубков определяется из условия поддержания одинакового расхода через них охлаждающей воды при ее подаче на чистовые клети или, минуя их, - непосредственно в подстановый лоток.

Изобретение поясняется чертежами, где: на фиг. 1 изображена схема "грязного" оборотного цикла системы водоснабжения НШСГП; на фиг. 2 - двухпозиционный распределитель, общий вид; на фиг. 3 - разрез по линии Б-Б на фиг. 2; на фиг. 4 - вид по стрелке А на фиг. 2.

"Грязный" оборотный цикл системы водоснабжения включает насосную станцию 1 подачи охлажденной очищенной воды, коллектор 2, связанные с ним отвод 3 для подачи воды на охлаждение печных рольгангов, оборудования черновых клетей, установку гидросбива окалины и на гидрообеспечение других объектов (все эти объекты на фиг. 1 обозначены поз. 4) и отвод 5 подачи охлаждающей воды на оборудование чистовых клетей 6. На отводе 5 подачи воды к чистовым клетям установлена повысительная насосная станция 7 для увеличения давления воды и повышения эффективности охлаждения рабочих валков и другого оборудования чистовых клетей - проводок, петлерегуляторов, подшипников шпинделей и другого оборудования.

После повысительной насосной станции отвод 5 разветвляется на два параллельных отвода 8 и 9, на которых установлены двухпозиционные распределители (двухходовые распределительные клапаны) 10 и 11. Распределители соединены между собой двумя трубопроводами 12 и 13. Трубопровод 12 предназначен для подачи охлаждающей воды на чистовые клети 6, трубопровод 13 - для подачи воды, минуя клети, в подстановый лоток 14, в который выпадает окалина, образующаяся в нагревательных печах, при транспортировке по рольгангам и прокатке, а также снятая с металла на установке гидросбива окалины. Окалина вместе с водой по лотку 14 транспортируется самотеком к водоприемным колодцам насосной станции перекачки 15. Для обеспечения необходимой скорости самотечной транспортировки воды с окалиной по лотку 14 он выполняется с уклоном. При подаче воды на чистовые клети по трубопроводу 12 отвод от клетей, а также после охлаждения печных рольгангов, черновых клетей и гидросбива окалины производится в подстановый лоток 14.

Двухпозиционные распределители 10, 11 выполнены в виде корпуса 16 (см. фиг. 2 - 4), герметично закрытого торцевыми крышками 17 и 18. В центральной части корпуса распределителя перпендикулярно его оси установлен входной патрубок 19, соединенный с параллельным отводом 8 или 9, подающим очищенную охлажденную воду от повысительной насосной станции 7.

По обе стороны от входного патрубка 19 со смещением осей на 90^o на корпусе 16 установлены выходные патрубки 20 и 21 разного диаметра. Выходной патрубок 20 большего диаметра D₁ соединен с трубопроводом 12 подачи воды на чистовые клети. Выходной патрубок 21 меньшего диаметра D₂ соединен с трубопроводом 13 подачи воды, минуя чистовые клети, в подстановый лоток 14.

Внутри корпуса 16 распределителя между входными патрубками 19 и выходными патрубками 20 и 21 установлены две перегородки 22 и 23 с центральными отверстиями. В торцевых крышках 17 и 18 корпуса в подшипниках скольжения 24 смонтированы цилиндрические втулки 25. Подшипники установлены в корпусах 26, закрепленных в торцевых крышках 17 и 18 болтами 27. На внутренних торцах втулок 25 закреплены дисковые клапаны 28, жестко связанные между собой общим штоком 29. Дисковые клапаны 28 закреплены на штоке от осевого смещения с помощью полуколец 30, накидного кольца 31, гайки 32 и контргайки 33.

Втулки 25 установлены с возможностью осевого перемещения вместе с клапанами 28 и штоком 29. Расстояние между клапанами 28 больше, чем между перегородками 22 и 23, поэтому в крайних положениях (левом или правом) один из клапанов 28 перекрывает отверстие в одной из перегородок 22 или 23 и сообщает входной патрубок 19 соответственно с одним из выходных патрубков 21 или 20. Для герметичности распределителя внутри корпуса 17 между перегородками 22 и 23 установлена цилиндрическая вставка 34. Для соединения с приводом осевого перемещения штока на нем закреплена проушина 35.

На параллельных отводах 8 и 9, перед распределителями 10 и 11 и после них на трубопроводах 12 и 13 установлены отсечные клапаны 36.

Насосная станция перекачки 15 предназначена для подачи загрязненной воды "грязного" цикла после охлаждения объектов 4 и 6 к горизонтальным отстойникам 37 по трубопроводу 38. При этом часть загрязненной воды по трубопроводу 39 ответвляется на подстановый лоток 14 для смыва окалины из-под промежуточного рольганга, который специально не охлаждается водой. Для этих же целей на подстановый лоток по трубопроводу 40 подается вода от моечной машины и стенда сборки опорных валков, а также по трубопроводу 41 - от насосной станции перекачки "чистого" оборотного цикла.

После первичной очистки в горизонтальных отстойниках вода подается на вторичную очистку в радиальные отстойники 42, охлаждается в градирнях 43 и подается на насосную станцию 1, с которой начинается "грязный" оборотный цикл системы водоснабжения НШСГП. Часть воды после охлаждения на градирнях 43 по трубопроводам 44 и 45 поступает на фильтровальную станцию 46. С фильтровальной станции одна часть воды по трубопроводу 47 возвращается в радиальные отстойники, другая часть по трубопроводу 48 направляется в "чистый" оборотный цикл системы водоснабжения НШСГП. Для подпитки "грязного" оборотного цикла по трубопроводу 49 к насосной станции 1 подводится очищенная вода из цеха холодной прокатки. В свою очередь, небольшая часть очищенной воды "грязного" цикла по трубопроводу 50 подается на охлаждение первого участка отводящего рольганга, моталок и к приемным колодцам насосной станции перекачки "чистого" оборотного цикла.

Разветвление отвода 5 после повысительной станции 7 на два параллельных отвода 8 и 9 и соединение двухпозиционных распределителей 10 и 11 трубопроводами 12 и 13 образует два одинаковых контура подачи воды к чистовым клетям и, минуя их, - в лоток 14: рабочий и резервный. В состав каждого контура (на фиг. 1 - левого и правого) входит параллельный трубопровод 8 или 9 с отсечным клапаном 36, двухпозиционный распределитель 10 или 11 и левый или правый участки соединительных трубопроводов 12 и 13 с отсечными клапанами 36, установленными на этих трубопроводах после распределителей 10 и 11. В работе находится один из этих контуров. Другой контур является резервным. В случае аварийных, непредвиденных ситуаций или ремонта распределителей с помощью отсечных клапанов 36 рабочий контур отключается и в эксплуатацию вводится резервный контур. На рабочем контуре клапаны 36 открыты, на резервном закрыты. При вводе в работу резервного контура и выводе из работы рабочего контура клапаны 36 на резервном контуре открывается, на рабочем закрываются, и контуры функционально меняются местами. Наличие клапанов 36 позволяет отсечь подачу воды через распределители 10 или 11 в случае их ремонта, что обеспечивает бесперебойную работу "грязного" цикла. Таким образом, благодаря применению клапанов 36, повышаются надежность и устойчивость работы системы "грязного" оборотного цикла производственного водоснабжения НШСГП.

При работе стана очищенная вода от насосной станции 1 по коллектору 2 и далее по отводу 3 подается на охлаждение печных рельгангов, черновых клетей и установку гидросбива окалины (все эти объекты на фиг. 1 обозначены позицией 4). По отводу 5 через повысительную насосную станцию 7 и далее по одному из контуров, например по левому рабочему контуру на фиг. 1, вода через двухпозиционный распределитель 10 подается на охлаждение оборудования чистовых клетей 6. В этом случае клапаны 36 на правом параллельном отводе 9 и после распределителя 11 закрыты, на левом параллельном отводе 8 и после распределителя 10 - открыты. В распределителе 10 шток 29 с дисковыми клапанами 28 (см. фиг. 3) занимает крайнее левое положение. Отверстие в правой перегородке 23 распределителя 10 перекрыто правым дисковым клапаном 28, и вода подается через входной патрубок 19, открытое отверстие в левой перегородке 22 и выходной патрубок 20 в трубопровод 12 и далее поступает на охлаждение оборудования чистовых клетей 6. Диаметры D₁ входного патрубка 19 и выходного патрубка 20 одинаковы и соответствуют сопротивлению движения и требуемому расходу воды при ее подаче на коллекторы охлаждения рабочих валков, сопла подвода воды к проводкам, петледержателям и другому оборудованию чистовых клетей.

При перевалках валков чистовых клетей шток 29 в распределителе 10 перемещают в крайнее правое положение, которое показано на фиг. 3. При этом отверстие в левой перегородке 22 распределителя закрывается левым дисковым клапаном 28, а отверстие в правой перегородке 23 открывается, и вода подается через выходной патрубок 21 (см. фиг. 2, 3) в соединительный трубопровод 13 и далее, минуя чистовые клети - непосредственно в подстановый лоток 14.

Диаметр D₂ выходного патрубка 21 принимается меньше диаметра D₁ входного патрубка 19 и выходного 20. Разница диаметров D₁ и D₂ определяется необходимостью поддержания одинакового расхода охлаждающей воды при ее подаче на чистовые клети 6 через выходной патрубок 20 или, минуя их, через выходной патрубок 21 меньшего диаметра непосредственно в подстановый лоток.

Расчет диаметра D₂ выполняется из условия создания сопротивления проходу воды через выходной патрубок 21, равного сопротивлению прохода воды через коллекторы и сопла подвода воды к охлаждаемому оборудованию при ее подаче на чистовые клети. Диаметры отверстий в перегородках 22 и 23 принимаются одинаковыми, поэтому как при подаче воды на чистовые клети, так и при их обходе по трубопроводу 13 и подаче воды на подстановый лоток, расход воды сохраняется прежним.

Благодаря этому при перевалках и прекращении подачи воды на чистовые клети в "грязном" оборотном цикле обеспечиваются такой же расход и объем циркулирующей воды на всех участках цикла, как и при прокатке и подаче охлаждающей воды к оборудованию чистовых клетей.

Поэтому отпадает необходимость в отключении части насосов насосной станции 1 подачи очищенной воды или снижении их производительности, а также в отключении насосов повысительной станции 7 при перевалках и повышается устойчивость работы и надежность насосов и всего "грязного" цикла в целом.

Из подстанового лотка 14 загрязненная окалиной, маслом и другими включениями вода самотеком поступает в приемные колодцы насосной станции перекачки 15, из которых насосами станции по трубопроводу 38 подается в горизонтальные отстойники 37. Часть воды по трубопроводу 39 ответвляется на подстановый лоток для смыва окалины из-под промежуточного рольганга стана. После горизонтальных отстойников вода поступает на вторичную очистку в радиальные отстойники 42, далее на градирни 43 и после них - на насосную станцию 1 подачи очищенной воды в "грязный" оборотный цикл. По трубопроводам 44 и 45 вода поступает на фильтровальную станцию 46, с которой часть воды по трубопроводу 47 возвращается в горизонтальные отстойники 42 для уменьшения концентрации загрязнения воды маслом, а часть по трубопроводу 48 направляется в "чистый" оборотный цикл.

Благодаря отсутствию необходимости отключения насосов станции очищенной воды 1 и повысительной станции 7 количество воды, откачиваемой из отстойников 37 и 42, не уменьшается, что исключает переполнение горизонтальных отстойников 37, переливы загрязненной воды через стенки отстойников, попадание ее на пол здания отстойников и разлив воды по территории прокатного цеха. Это исключает загрязнение территории, окружающей среды и улучшает экологическую обстановку в цехе.

Циркуляция постоянного объема воды в "грязном" цикле независимо от ее подачи на чистовые клети 6 или, при их остановке на перевалку, - непосредственно в подстановый лоток 14 улучшает охлаждение воды. Это, в свою очередь, улучшает охлаждение рабочих валков чистовых клетей, уменьшает их перегрев и трещинообразование на рабочей поверхности и способствует повышению долговечности валков, сокращению их расхода и повышению качества прокатываемых полос.

Наличие двух одинаковых параллельных контуров подачи очищенной охлажденной воды на чистовые клети или, минуя их, - непосредственно в подстановый лоток обеспечивает высокую надежность "грязного" цикла. В случае отказа распределителя 10 или 11 система "грязного" цикла просто переводится на работу с другим контуром путем переключения отсечных клапанов 36. При этом устранение отказа или замена отказавшего распределителя или отсечного клапана 36 выполняется без остановки работы "грязного" цикла. Это обеспечивает высокую ремонтопригодность оборудования "грязного" цикла и соответственно существенное повышение его надежности по сравнению с надежностью "грязных" циклов существующих систем водоснабжения непрерывных широкополосных станов горячей прокатки.

Формула изобретения

1. Устройство "грязного" оборотного цикла системы водоснабжения непрерывного широкополосного стана горячей прокатки, включающее насосную станцию для подачи охлажденной очищенной воды через коллектор с отводами на охлаждение чистовых клетей и другого оборудования стана, повысительную насосную станцию, установленную на отводе подачи воды к чистовым клетям, подстановый лоток, на который после охлаждения оборудования стана поступает загрязненная вода, насосную станцию перекачки с колодцами для приема загрязненной воды с подстанового лотка, горизонтальные и радиальные отстойники, через которые последовательно проходит загрязненная вода от насосной станции перекачки, и градирни, через которые после радиальных отстойников очищенная вода насосной станции подается на охлаждение оборудования стана, отличающееся тем, что после повысительной насосной станции отвод подачи воды на охлаждение оборудования чистовых клетей разветвляется на два параллельных отвода, на которых установлены двухпозиционные распределители, соединенные между собой двумя трубопроводами, один из которых предназначен для подачи охлаждающей воды на чистовые клети, другой, минуя их, - в подстановый лоток, причем на параллельных отводах перед распределителями и после них на трубопроводах, соединяющих распределители, установлены отсечные клапаны.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что двухпозиционный распределитель выполнен в виде цилиндрического корпуса, закрытого торцевыми крышками, в центральной части корпуса перпендикулярно его оси установлен входной патрубок, соединенный с параллельным отводом от повысительной насосной станции, по обе стороны от входного патрубка со смещением осей на 90^o на корпусе установлены выходные патрубки разного диаметра, выходной патрубок большего диаметра соединен с трубопроводом подачи воды на чистовые клети, патрубок меньшего диаметра - с трубопроводом подачи воды в подстановый лоток, внутри корпуса между входным и выходным патрубками установлены две перегородки с центральными отверстиями, на внутренних торцах втулок, смонтированных в торцевых крышках корпуса в подшипниках скольжения с возможностью осевого перемещения, закреплены дисковые клапаны, жестко связанные между собой общим штоком, диаметр выходного патрубка, соединенного с трубопроводом подачи воды на чистовые клети, равен диаметру входного патрубка, а разница диаметров выходных патрубков определяется из условия поддержания одинакового расхода через них охлаждающей воды при ее подаче на чистовые клети или, минуя их, непосредственно в подстановый лоток.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4