Способ охлаждения рабочих валков станов горячей прокатки
Владельцы патента RU 2457913:
Открытое Акционерное Общество "Магнитогорский металлургический комбинат" (RU)
Изобретение предназначено для повышения стойкости рабочих валков, используемых при горячей прокатке листов и полос. Способ включает подачу водовоздушной смеси на участок поверхности бочки в зоне выхода из очага деформации. Снижение перегрева рабочих валков, уменьшение образования сетки трещин разгара, снижение их термического изнашивания обеспечивается за счет того, что удельный расход воды Q и давление воздуха Р регламентируется заданными соотношениями, учитывающими температуру поверхности прокатываемого металла, радиус валка, скорость прокатки, обжатие в клети. Изобретение обеспечивает формирование однородной водовоздушной смеси на участках поверхности бочки в зоне выхода из очага деформации, улучшающей условия тепловой работы валка. 2 табл., 1 пр.
Изобретение относится к прокатному производству, конкретно к охлаждению рабочих валков, и может быть использовано при горячей прокатке листов и полос.
Охлаждение валков является неотъемлемой частью технологии горячей прокатки. Известно, что одна из основных проблем преждевременного выхода валков из строя - термическое изнашивание в результате резкого перепада температуры от момента контакта валка с горячей полосой и до выхода ее из очага деформации.
Известен способ охлаждения прокатных валков и проката, включающий предварительное смешивание охлаждающей жидкости с воздухом и подачу водовоздушной смеси на охлаждаемую поверхность при давлении воздуха 0,1…1,5 атм, а исходящее давление жидкости 0,05-0,6 атм (см. авт.св. СССР 651862, МПК В21В 27/06, 1979).
Недостатком известного способа является недостаточное количество подаваемой водовоздушной смеси на поверхность валков, что приводит к их перегреву и термическому разрушению. Помимо этого, использование заявляемого соотношения давления воды и воздуха является неприемлемым при прокатке металла в черновых и чистовых клетях стана, где температура и скорость прокатки имеют существенные различия.
Наиболее близким аналогом является способ охлаждения рабочего валка стана горячей прокатки, включающий подачу водовоздушной смеси на участок поверхности бочки в зоне выхода из очага деформации, отличающийся тем, что водовоздушную смесь создают распылением струи воды сжатым воздухом под давлением 1-4 МПа, при этом удельный расход воды устанавливают равным 10-90 м3/(м2·ч), (см. патент РФ №2183143, кл. В21В 27/10).
Использование известного способа не позволяет определить рациональное количество водовоздушной смеси, необходимой для подачи на каждую клеть стана в зависимости от технологических параметров процесса прокатки: Т - температура поверхности прокатываемого металла, °С; R - радиус валка, мм; V - скорость прокатки, м/с; обжатия в клети, %. Данные параметры влияют на режимы нагрева и охлаждения прокатных валков. Таким образом, отсутствие зависимостей между количеством водовоздушной смеси и технологическими параметрами процесса прокатки приводит к перегреву рабочих валков, образованию сетки трещин разгара и термическому изнашиванию поверхности валка.
Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является снижение перегрева рабочих валков, уменьшение образования сетки трещин разгара, снижение термического изнашивания.
Поставленная техническая задача решается тем, что в известном способе охлаждения рабочего валка стана горячей прокатки, включающем подачу водовоздушной смеси на участок поверхности бочки в зоне выхода из очага деформации, согласно изменению, удельный расход воды определяется из соотношения
где Т - температура поверхности прокатываемого металла, °С;
R - радиус валка, мм;
V - скорость прокатки, м/с;
K - эмпирический коэффициент, зависящий от обжатия в клети: при обжатии ≤30% коэффициент k=(7…5], а при обжатии >30% коэффициент k=(1,5…5],
при этом давление воздуха, необходимое для образования водовоздушной смеси, определяется соотношением P=Qm,
где Q - удельный расход воды, м3/ч;
m - эмпирический коэффициент, зависящий от обжатия в клети: при обжатии ≤30% коэффициент m=(0,2…0,3], а при обжатии >30% коэффициент m=(0,1…0,2].
Все вышеперечисленные зависимости получены в результате обработки опытных данных и являются эмпирическими. Коэффициенты k и m являются безразмерными.
Сущность технического решения заключается в том, что для стабильного равномерного охлаждения валков водовоздушной смесью необходимо подавать определенное количество охладителя и воздуха на каждую прокатную клеть станов горячей прокатки, при этом необходимо учитывать технологические параметры процесса прокатки: Т - температура поверхности прокатываемого металла, °С; R - радиус валка, мм; V - скорость прокатки, м/с; обжатия в клети, %.
Помимо этого, подаваемая к валку водовоздушная смесь эффективно подавляет пылевидную окалину, которую валки отрывают от полосы и выбрасывают в атмосферу в зоне выхода из очага деформации. Окалина, осажденная водовоздушной смесью, оседает на полосе и в дальнейшем смывается с нее струями охлаждающей воды.
Промышленные испытания проводились на широкополосном стане горячей прокатки при различных режимах прокатки. Некоторые параметры опытной прокатки, при которых были достигнуты наилучшие результаты, приведены в таблице 1.
Экспериментально установлено, что эмпирический коэффициент k зависит от обжатия в клети: при этом при обжатии ≤30% коэффициент k=(5…7], а при обжатии >30% коэффициент k=(1,5…5]; а эмпирический коэффициент m, также зависящий от обжатия в клети, при этом при обжатии ≤30% коэффициент m=(0,2…0,3], а при обжатии >30% коэффициент m=(0,1…0,2].
Сравнительный анализ результатов прокатки, проведенной по опытной технологии и взятой в качестве ближайшего аналога, приведен в таблице 2. В качестве оценки показателей качества полученных результатов использовался параметр эффективности «Э», учитывающий стойкость прокатных валков, которая оценивалась по величине съема валков при шлифовании до и после проведения эксперимента. Полученные результаты показали, что стойкость валков при использовании предлагаемого способа охлаждения в среднем на 12…19% выше, чем при использовании известного способа, за счет улучшения теплового режима прокатных валков и исключения их локального перегрева.
Таким образом, опыты подтвердили приемлемость заявляемого способа для решения поставленной задачи и его преимущества перед известной технологией.
При реализации данного способа необходимо установить ряд технологический параметров прокатки в каждой клети: Т - температура поверхности прокатываемого металла, °С; R - радиус валка, мм; V - скорость прокатки, м/с; обжатия в клети, %.
Пример конкретного выполнения
На выходной стороне последней 6-й клети черновой группы непрерывного широкополосного стана 2000 горячей прокатки устанавливают форсунки для создания водовоздушной смеси. Рабочие валки клети имеют радиус R=640 мм; прокатываемый металл: сталь 3сп, ширина проката 1600 мм, температура поверхности прокатываемого металла Т=1050°С; скорость прокатки М=3 м/с; обжатия при прокатке 35%.
К форсункам подают воду и сжатый воздух под давлением. Образующуюся на выходе форсунок водовоздушную смесь подают на участки поверхности бочек валков в зоне выхода из очага деформации. Удельный расход воды устанавливают равным заявляемому соотношению давление воздуха, необходимое для образования водовоздушной смеси, также устанавливают равным заявляемому соотношению Р=Qm.
Результаты вычислений дают следующие значения.
При заданных технологических параметрах прокатки выбираем эмпирические коэффициенты k=4,6, m=0,7.
Удельный расход воды 
давление воздуха P=1600,25=3,5 атм.
Остальные зоны рабочих валков охлаждают из спрееров сплошными струями воды.
Способ охлаждения рабочих валков стана горячей прокатки, включающий подачу водовоздушной смеси форсунками на участок поверхности бочки в зоне выхода из очага деформации, отличающийся тем, что удельный расход воды Q определяют из соотношения:
где Т - температура поверхности прокатываемого металла, °С;
R - радиус валка, мм;
V - скорость прокатки, м/с;
k - эмпирический коэффициент, зависящий от обжатия в клети: при обжатии ≤30% k=7…5, а при обжатии >30% k=1,5…5,
при этом давление воздуха Р, необходимое для образования водовоздушной смеси на выходе из форсунок, определяют соотношением:
P=Qm,
где Q - удельный расход воды, м3/ч;
m - эмпирический коэффициент, зависящий от обжатия в клети: при обжатии ≤30% m=0,2…0,3, а при обжатии >30% m=0,1…0,2.
