Устройство для газожидкостной обработки проката

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГАЗОЖИДКОСТНОЙ ОБРАБОТКИ ПРОКАТА, преимущественно для его ускоренного охлажд ,ения в потоке прокатного стана, содержащее камеру с форсунками, выполненную в виде закрытой трубчатой проводки, в которой форсунки расположены в виде спирали на равны.х расстояниях одна от другой , отличающееся тем, что, с целью улучшения качества обработки проката и повышения ее эффективности, форсунки установлены на сочлененных с камерой диффузорах на расстоянии от продольной оси камеры, равном 45-90 гидравлическим диаметрам выходного отверстия форсунки, при этом форсунки установлены подвижно относительно своей продольной оси. с S ue.f

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

3(Я3 21 В 4 02 фЩ(й,сутр

IP тг

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

БИМИ6:

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

llO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3567844/22-02 (22) 28.03.83 (46) 07.08.84. Бюл. № 29 (72) С. Л. Голосинский, B. В. Лисицкий, А. П. Лохматов, И. В. Мураш, В. И. Биба, В. И. Петренко, В. Г. Касьяненко, Л. А. Кузьменко и В. Г. Черниченко (71) Институт черной металлургии (53) 621.754.6 (088.8) (56) 1. Дрозд В. Т., Лялин Г. Н., Хорьков

В. Б. Оборудование и процессы ускоренного охлаждения проката. Металлургическое оборудование. НИИинформтяжмаш, 1977, 1 — 77 — 32.

2. Авторское свидетельство СССР № 737051, кл. В 21 В 45/02, 1979.

„„SU„, 1106562 А (54) (57) УСТРОИСТВО ДЛЯ ГАЗОЖИДКОСТНО)1 ОБРАБОТКИ I II OKAI А. ))реиму)цественно для его ускоренного охлаждения в потоке прокатного стана, содержащее камеру с форсунками, выполненную в виде закрытой трубчатой проводки, в которой форсунки расположены в виде спирали на равных расстояниях одна от другой, от.гичающееся тем, что, с целью улучшения качества обработки проката и повышения ее эффекти вности, форсу нки установлены на сочлененных с камерой диффузорах на расстоянии от продольной оси камеры, равном 45 — 90 гидравлическим диаметрам выходно).о отверстия форсунки, при этом форсунки установлены подвижно относительно своей продольной оси.

1106562

Изобретение относится к прокатному производству, конкретнее — к производству сортового проката и катанки на сортовых и проволочных станах, и может быть использовано как на существующих, так и на вновь сооружаемых станах для ускоренного охлаждения проката, выходящего из последней клети, а также для снижения температуры раската в межклетевых промежутках непосредственно в линии стана с целью измельчения аустенитного зерна, повышения дисперсности феррито-перлитной структуры и предотвращения образования видманштеттовой структуры.

В прокатном производстве применяется ряд систем и способов ускоренного охлаждения проката.

Известны способы ускорен ного охла ждения проката потоком воды, воздуха, водяными или аэрозольными струями путем погружения проката в резервуары с водой, а также различные комбинации этих способов. В последнее время все шире применяется ускоренное охлаждение движущегося горячего проката с помощью воды, распыленной в скоростном потоке воздуха, что позволяет значительно форсировать теплоотдачу и снизить расход охлаждающей воды (1).

Последнее обстоятельство является особенно важным в тех случаях, когда необходимо снизить температуру раската на

140-250 С в межклетевых промежутках прокатного стана и время проведения всей операции составляет 0,5 — 1,5 с.

Интенсивность охлаждения скоростным водяным туманом зависит от давления воздуха, воды, соотношения массы v воздуха в смеси, скорости последней, условий формирования смеси и других факторов.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту техническим решением является устройство для нанесения покрытий из порошков на длинномерные изделия, содержащее камеру с форсунками, выполненную в виде закрытой трубчатой проводки, в которой форсунки расположены по спирали на равных расстояниях друг от друга (2).

Недостатком известного устройства в случае применения его для газожидкостной обработки проката является расположение форсунок непосредственно в рабочем пространстве камеры и стационарная установка их относительно своей продольной оси, что приводит к непроизводительной потере кинетической энергии обрабатывающего потока, связанной с истечением во внезапнорасширенное пространство; к незначительным перепадом давления от периферии к центру струи обрабатывающей среды; к слабоинтенсивным фазовым массообменным; к отсутствию внутренней упорядоченной рециркуляции в истекающей струе; к от20

55 сутствию предварительного смещения газовой фазы в объеме, концентрированно насыщенного дисперсными каплями; к отсутствию пристенного эффекта дробления капель к проявлению неорганизованной пульсации.

Перечисленные факторы обуславливают снижение динамического воздействия обрабатывающей среды, степени диспергирования и однородности рабочего потока, а также ведут к односторонней зависимости дисперсности распыла от режима работы форсунки, в результате чего ухудшается качество обработки проката и снижается ее эффективность.

Целью изобретения является улучшение обработки проката и повышение ее эффективностии.

Указанная цель достигается тем, что в устройстве для газожидкостной обработки проката преимущественно для его ускоренного охлаждения в потоке прокатного стана, содержащем камеру с форсунками, выполненную в виде закрытой трубчатой проводки, в которой форсунки расположены в виде спирали на равных расстояниях одна от другой, форсунки установлены на сочлененных с камерой диффузорах на расстоянии от продольноч оси камеры, равном 45—

90 гидравлическим диаметром выходного отверстия форсунки, при этом форсунки установлены подвижно относительно своей продольной оси.

Такое конструктивное выполнение повышает активность взаимодействия обрабатывающего потока с поверхностью проката за счет увеличения его кинематической энергии, возрастания степени дробления капель, повышения стабильности и однородности, возможности формирования оптимального режима обработки при настройке устройства (путем регулирования положения форсунки в диффузоре).

Технические преимущества изобретения по сравнению с известным устройством заключаются в том, что оно обеспечивает активное взаимодействие обрабатывающих потоков с поверхностью проката за счет формирования высокой скорости обрабатывающей среды, достигающей 60-80 м/с.

Это примерно в 10 раз больше, чем в известном устройстве. Одновременно возрастает степень дробления капель жидкой фазы, размер частиц которой составляет 20-40 мкм, что ведет к повышению эффективности работы устройства и улучшению качества обрабатываемой поверхности проката за счет роста теплосъема и раномерности покрытия.

Кроме того, предложенное устройство обеспечивает возможность выбора оптимального в каждом конкретном случае режима обработки путем регулирования расстояния между форсунками и прокатом.

1106562

На фиг. 1 схематически показано устройство, общий вид; на фиг. 2 — разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 — разрез Б Б на фиг. 1.

Устройство для газожидкостной обработки движущегося проката состоит из камеры 1, выполненной в виде трубчатой проводки, снабженной вводной воронкой 2, установленной в виде съемной детали в обойме 3, закрепленной жестко по центру входной крышки 4; отводящего патрубка 5; выходной крышки 6; сочлененной с сужающейся выводной воронкой 7, на выходе из которой установлена распределительная камера 8 с наклонными соплами 9, направленными под углом 10-20 навстречу движению проката, и патрубком 10. С боковой поверхностью камеры 1 сочленены диффузоры 11 с углом раскрытия 18-20, расположенные на равных расстояниях друг от друга по спирали с шагом, обеспечивающим при заданном диаметре камеры и приведенных углах расширения диффузора перекрытие соударяемых истекающих потоков на расстоянии 1 — 3 диаметра обрабатываемого проката. В полости диффузора 11 коаксиально установлены газожидкостные форсунки 12 с расположением выходного торца 13 на расстоянии, равном 45 — 90 гидравлическим диаметрам выходного отверстия форсунки, независимо от его профиля (сужающегося, расширяющегося, щелевого, перфорированного и др.) . .Форсунки

12 установлены подвижно относительно продольной оси в направляющих крышек 14 диффузора. Крепление камеры осуществлено с помощью опоры 15.

Устройство работает следующим образом.

Движущийся горячий металл через ввод ную воронку 2 поступает в рабочее пространство камеры 1, в которой производят обработку проката посредством подачи на его поверхность равномерно распределенного скоростного рабочего потока обрабатывающей среды, поступающей в камеру 1 в виде сформированного распыленного и стабилизированного потока из диффузоров 11, вводимого туда в виде газожидкостной смеси через форсунки 12. Смесь может готовиться как в отдельном генераторе, так и непосредственно в форсунках, в последнем случае каждая форсунка снабжается трубопроводами для подвода воды и газа, в качестве которого может использоваться воздух, азот, пар и др.

В результате взаимодействия рабочего потока с поверхностью проката происходит эффективное ускоренное охла ждение за счет ее покрытия скоростным водяным туманом, срыва паровой пленки, интенсификации испарительного процесса. Обработанный прокат удаляется из рабочего пространства камеры 1 через выводную воронку 7, а отработанная среда удаляется через отводящий патрубок 16. При выводе проката из воронки 7 устройства производят его осушающий обдув встречным кольцевым потоком газа, подаваемым из распределительной камеры 8 через сопла 9.

Установка форсунок 12 на сочлененных с камерой 1 диффузорах 11 на расстоянии от проката, равном 45 — 90 гидравлическим диаметрам форсунки, обеспечивает повышение кинетической энерги.: истека ющей струи за счет устранения циркуляционной области по периметру форсунки в зоне ее выходного торца, усреднения профиля скоростей по сечению струи и снижения тормозящего действия по ее границам. При этом степень диспергирования обрабатывающего потока возрастает за счет увеличения перепада давления от периферии к центру струи, присущего канализированным и ограниченным струям, появлен ия внутренней упорядоченной рециркуляци, интенсификации фазового массообмена в объеме с высоким содержанием дисперсных капель и наличия пристенного эффекта дополнительного дробления. В этом случае в полости диффузора 11 непосредственный контакт диспергируемой среды (жидкости) и сплошной фазы (газа) между собой и с поверхностью стенки значительно повышается, причем возникает поверхность раздроблениных капель и свежая контактная поверхность взаимодействующих фаз.

Приведенное расстояние между выходным торцом форсунки и поверхностью проката способствует максимальному динамическому воздействию газожидкостного потока на обрабатываемый прокат, причем обрабатывающий поток в зоне соударения характеризуется равноплотным распределением диспергированных капель, что, в конечном итоге, повышает скорость и равномерность охлаждения (обработки) .

Уменьшение этого расстояния менее указанного нижнего предела снижает однородность рабочего потока за счет ослабления фазового массообмена, приводит к ухудшению предварительного смешения и умень шению времени дробления частиц жидкости.

Увеличение рассматриваемого расстояния более указанного верхнего предела снижает жесткость, а отсюда и активность обрабатывающего потока за счет уменьшения его кинетической энергии при равной степени диспергирования жидкости.

Установка форсунок на диффузорах подвижно относительно продольной оси позволяет осуществить оптимальную настройку работы устройства при запуске, изменении сортамента и марок обрабатываемого проката, изменении характеристики и энергопараметров жидкости и распыляющей

1106562

Составитель О. Ру мянцева

Техред И. Верес Корректор Л. Тяско

Тираж 795 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и от крытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Редактор П. Коссей

Заказ 5219/6 с p) с гп >I, i ) о с с и с ч и в а с Б о 3 м о ж н о с г ь р с г ь л иропки расстояния между форсупкой 0 прока.:ом в одинаковых устройствах, установленных в разных мсжклетевых промежутках.

При давлении газа перед форсункой

4-6 ати, давлении воды 1,5-3 ати и отношении массы воды к массе газа от 1:1 до

5:1 оптимальная расчетная скорость вылета смеси из диффузора составляет 6080 м/с.

Достоверность результатов подтверждается проведенными лабораторными исслсдованиями устройства для газожидкостной обработки проката, состоящего из двух последовательно установленных камер диаметром 200-400 мм с четырьмя расположенными по спирали форсунками на каждой.

Охлаждался прокат диаметром 25-40 мм, длиной 3---5 м с начальной температурой г170-1000 (: до 750-800 С. Скорость движения проката составляла 3 — 5 м/с.

Реализация предложенного устройства позволяет осуществить контролируемую прокатку сортовой стали, предназначенной для изготовления крепежных изделий методом холодного выдавливания и высадки.

Улучшение макроструктуры металла достигается за счет формированного и равномерного охлаждения раската перед последними клетями стана. При этом происходит активное измельчение аустенитного зерна, повышение дисперсности ферритно-перлитной структуры и предотвращение образования видманштеттовой структуры, благодаря чему повышаются пластические свойства металла, предназ начен ного для холодного выдавливания и высадки.

Повышение пластических свойств металла, особенно с повышенным содержанием углерода (0,3-0,45%) и легированных марок стали, дает возможность исключить дополнительную термическую обработку

20 его после прокатки (сфероидизирующий отжиг) .