Способ контролируемого охлаждения металлического листа и устройство для его осуществления

 

1. Способ контролируемого охлаждения металлического листа, включаюпщй охлаждение листа путем пропускания через камеру с циркулирующей охлаждающей жидкостью, расход которой регулируют, а температуру измеряют, о тличающий-с я тем, что, с целью более точного поддержания условий охлаждения металлического листа, вычисляют теоретическую температуру охлаждающей жидкости , сравнивают ее с измеренной и воздействуют на температуру охлаждающей жидкости. СО оо О)

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

3(51) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ

К llATEHTY

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3518768/22-02 (22), 25.11.82 (31) 81 22 142 (32) 26. 11. 81 (33) Франция (46) 23. 12.84. Бюл. ¹ 47 (72) Стефан Вианнэ и Жак Себба (Франция) (71) Юньон Сидерюржнк дю Нор э де л, Эст де ля Франс (Юзинор) (Франция) (53) 621. 771. 237-713. 1-52 (088. 8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР № 770586, кл. В 21 В 37/00, 15.10.80

„„SU„„1131461 А (54) СПОСОБ КОНТРОЛИРУЕМОГО ОХЛАЩЦЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКОГО ЛИСТА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ. (57) 1. Способ контролируемого охлаждения металлического листа, включающий охлаждение листа путем пропускания через камеру с циркулирующей охлаждающей жидкостью, расход которой регулируют, а температуру измеряют, отличающийся тем, что, с целью более точного поддержания условий охлаждения металлического листа, вычисляют теоретическую температуру охлаждающей жидкости, сравнивают ее с измеренной и воздействуют на температуру ох- g лаждающей жидкости.

1131461

2. Способ по п.1, о т л и ч а юшийся тем,что вычисляют теоретический тепловой поток между металлическим листом и охлаждающей жидкостью в зависимости от толщины листа и заданной скорости охлаждения, вычисляют теоретическую скорость потока охлаждающей жидкости по листу в зависимости от температуры охлаждающей жидкости и теоретического теплового потока между металлическим листом и охлаждающей жидкостью и регулируют расход охлаждающей жидкости в зависимости от ее теоретической скорости.

3. Способ по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что регулирование давления на концах камеры для компенсации изменения давления, вызванного изменением расхода охлаждающей жидкости.

4. Устройство для осуществления способа, содержащее охлажденную машину, имеющую камеру с каналами циркуляции охлаждающей жидкости, резервуар охлаждения„ питающие и от водящие трубы, регулятор расхода охлаждающей жидкости и измеритель температуры, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит блок регулирования расхода охлаждающей жидкости, блок ввода данных и блок регулирования температуры охлаждающей жидкости, входы которого соединены с выходом измерителя температуры и одним из входов блока регулирования расхода охпаждающей жидкости, а выход — с электроклапаном в линии питания холоцной водой резервуара охлаждения, входы блока регулирования расхода охлаждающей жидкости соединены с выходами блока ввода данных, а выходы — с насосами.

5. Устройство по п.4, о т л ич а ю щ е е с я тем, что блок регулирования расхода охлаждающей жидкости содержит блок вычисления теоретического теплового потока между металлическим листом и охлаждающей жидкостью и блок вычисления теоретичес— кой скорости потока охлаждающей жидкости, входы которого соединены с выходами блока вычисления теоретического теплового потока между металлическим листом и охлаждающей жидкостЬю и измерителя температуры, а ъыход — с входом регулятора рас— хода охлаждающей жидкости, выходы которого являются выходами блока регулирования расхода охлаждающей жидкости.

6. Устройство по п.4, о т л ич а ю щ е е с я тем, что блок регулирования температуры охлаждающей жидкости содержит три потенциомет— ра, множительный контур, два сумматора, вычитающий контур, два компаратора и блок управления электроклапаном, вхоцы которого соединены с выходами компараторов, первые входы которых являются одним из входов блока регулирования температуры охлаждающей жидкости, другой вход которого является входом множительного контура, выход которого соединен с первым входом первого сумматотора, другой вход которого соединен с выходом первого потенциометра, выход первого сумматора соединен с первыми входами второго сумматора и вычитающего контура, выход которого соединен с вторым входом второго компаратора, вход второго сумматора соединен с вторым входом первого компаратора, второй вход второго сумматора соединен с выходом второго потенциометра, выход третьегО потенциометра соединен с вторым входом вычитающего контура.

7. Устройство по п.4, о т л ич а ю щ е е с я тем, что оно дополнительно содержит датчики давления охлаждающей жидкости и атмосферного давления, блок регулирования давления в камере, содержащии потенциометр, сумматор и компаратор, первый вход которого соединен с выходом сумматора, входы которого соединены с выходами потенциометра и датчика атмосферного давления, второй вход компаратора соединен с выходом датчика давления охлаждающей жидкости.

1 113 146

Изобретение относится к прокатному производству и, в частности, касается контролируемого охлаждения металлического листа с целью получе. ния определенной кристаллической

I 5 структуры металла.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является устройство для автоматического управления ускоренным охлаждением:проката, содержащее установку ускоренного охлаждения, измеритель температуры и регулятор расхода охлаждающей жидкости.

В известном устройстве реализован способ управления ускоренным охлаждением проката, предусматривающий измерение температуры и воздействие на расход охлаждающей жидкости L1).

Однако известные способ и устройство, его реализующее, не позволяют получать желаемую конечную структуру какого-либо металла, например стали данного состава. Действительно, операция охлаждения выражается обыч= но в мартенситной закалке металла и операции отпуска, которая в случае стали состоит в выдержке в течение определенного времени йри тема пературе ниже 710 С. Эта операция

30 должна следовать за операцией охлаждения. Исследования превращений при охлаждении показывают; что скорость охлаждения определяет структуру стали данного состава. В случае подходящих марок стали, можно получить некоторые фазы, в частности, бейнит, или смесь фаз бейнит и мелкозернистый перлит, характеризующиеся хорошими механическими свойствами вязкос40

55 ти и пластичности.

Вместе с тем при регулировании скорости охлаждения ускоренное охлаждение с избранной скоростью способно заменить для металла четко определенного состава операцию закалки и позволить непосредственно получать желаемые структуры металла, не прибегая к дополнительной операции отпуска.

Цель изобретения — более точное поддержание условий охлаждения металлического листа.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу контролируемого, охлаждения металлического листа, по которому, подлежащий охлаждению лист пропускают через камеру с циркулирующей охлаждающей

1 2 жидкостью, расход которой регулируют, а температуру измеряют, вычисляют теоретическую температуру

С охлаждающей жидкости, сравнивают ее с измеренной и воздействуют на температуруохлаждающей жидкости.

При этом вычисляют теоретический тепловой поток между металлическим листом и охлаждающей жидкостью в зависимости от толщины листа и заданной скорости охлаждения, вычисляют теоретическую скорость потока охлаждающей жидкости по листу в зависимости от температуры охлаждающей жидкости и теоретического теплового потока между металлическим листом и охлаждающей жидкостью и регулируют расход охлаждающей ,жидкости в зависимости от ее теоретической скорости.

Кроме того, осуществляют регулирование давления на концах камеры для компенсации изменения давления, вызванного изменением расхода охлаждающей жидкости.

Устройство для осуществления способа, содержащее охлаждающую машину, имеющую камеру с каналами циркуляции охлаждающей жидкости, резервуар охлаждения, питающие и отводящие трубы, регулятор расхода охлаждающей жидкости и измеритель температуры, дополнительно содержит блок регулирования расхода охлаждающей жидкости, блок ввода данных и блок регулирования температуры охлаждающей жидкости, входы которого соединены с выходом измерителя температу-, ры и одним из входов блока регулирования расхода охлаждающей жидкости, а выход — с электроклапаном в линии питания холодной водой резервуара охлаждения, входы блока регулирования расхода охлаждающей жидкости соединены с выходами блока ввода данных, а выходы — с насосами.

Блок регулирования расхода охлаждающей жидкости содержит блок вычисления теоретического -теплового потока между металлическим листом и охлаждающей жидкостью и блок вычисления теоретической скорости потока охлаждающей жидкости, входы которого соединены с выходами блока вычисления теоретического теплового потока между металлическим листом и охлаждающей жидкостью и измерителя температуры, а выход - с входом регулектора расхода охлаждающей жидкости, 1131461 выходы которого являются вьгходами блока регулирования расхода охлаждающей жидкости.

Блок регулирования температуры охлаждающей жидкости содержит три 5 потенциометра, множительный контур, два сумматора, вычитающий контур, два. комнаратора и блок управления электроклапаном, входы которого соединены с выходами компараторов, пер- 1О вые входы которых являются одним из входов блока регулирования температуры охлаждающей жидкости, другой вход которого является входом множительного контура, выход которого <5 соединен с первым входом первого сумматора, другой вход которого соединен с выходом первого потенциометра, выход первого сумматора соединен с первыми входами второго сумматора и 20 вычитающего контура, выход которого соединен с вторым входом второго компаратора, вход второго сумматора соединен с вторым входом первого компаратора, второй вход второго сумматора25 соединен с выходом второго потенциометра, выход третьего потенциометра соединен с вторым входом вычитающего контура.

Причем устройство дополнительно :.g содержит датчики давления охлаждающей жидкости и атмосферного давления, блок регулирования давления в камере, содержащий потенциометр, сумматор и компаратор первый Вход которого сое 35 динен c выходом сумматора, входы которого соединены с выходами потенциометра и датчика атмосферчого давления, второй вход компаратора соединен с выходом датчика давления охлаждающей жидкости.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства контролируемого охлаждения металлического листа, на фиг.2— структурная схема устройства управJIFHHH .

Блок-схема устройства контролируемого охлаждения металлического листа (фиг.1) включает охлаждающую машину 1, резервуар 2 охлаждения и устройство 3 управления.

Охлаждающая машины 1 содержит ряд поддерживающе †направляющ роликов

4-8, камеру 9,которая содержит каналы 10 и 11 циркуляции охлаждающей жидкости. Плоские ее стенки камеры параллельны, а расстояние между ними несколько больше толщины листа, в результате чего между этими стенками и листом образуются два канала 1?, высотой с канал обеспечения циркуляции воды, включают в себя питающие трубы 13 и 14 и отводящие трубы

15-17.

В резервуаре 2 охлаждения имеются отверстия 18 и 19 для подачи воды в охлаждающую машину 1 и отверстия

20 и 21 для приема воды после ее прохождения через охлаждающую машину. В верхней части резервуара имеется также сливное отверстие 22.

Отверстия 18 и 19 для выпуска воды из резервуара 22 связаны с питающими трубами 13 и 14 машины посредством труб 23, на которых смонтированы питающие насосы 24. Водоприемные отверстия 20 и 21 резервуара 2 связаны с отводными трубами 15-17 посредством труб 25, на которых смонтирован электроклапан 26. Электроклапан 27, смонтированный на трубе

28, обеспечивает подачу холодной воды в резервуар.

Устройство 3 управления включает в себя в основном вычислительную машину цифрового, аналогового или смешанного типа.

Устройство 3 управления имеет вычислительную машину смешанного типа и обеспечивает управление насосами 24 и электроклапанами 26 и

27. Своими входами 3„ и Д„ устройство 3 управления подсоединено к блоку 29 ввода данных, которым вводятся заданные параметры скорости R охлаждения и толщины- 9 листа, поступающего в охлаждакпцую машину. Параметры R и 8 в дискретной форме Передаются на входы 3„ ii 32 устройства 3 управления, вход 3> которого соединен с выходом датчика

30 атмосферного давления Р@, выходы 3< и Д управляют насосами 24, а вход 3 соединен с измерителем

31 температуры, который измеряет температуру охлаждающей жидкости.

Выходы Э2 блока 3 управления обеспечивают управление электроклапанами 27 и 26.

На вход 3<0 блока 3 управления подаются данные о величине давления Р воды на входе камеры 9, измеренного датчиком 32 давления охлаждающей жидкости.

Структурная схема устройства 3 управления (фиг.2) соде,",жит блок 33

61 6.

Регулятор 33 расхода охлаждающей жидкости содержит также аналого-цифровой преобразователь (не показан), подключенный к выходу его устройства памяти. Укаэанный преобразователь выдает аналоговые сигналы управления насосами 24.

Устройство памяти блока 33 вычисления теоретического теплового потока между металлическим листом и охлаждающей жидкостью подсоединено двумя своими входами адресации к входам 31 и 3у. устройства 3 управления, а своим выходом — к входу адресации блока памяти блока 34 с одной стороны и к входу множительного контура 38, расположенного в блоке

36 регулирования температуры охлаждающей жидкости. Устройство памяти блока 34 своим вторым входом адресации соединен с входом 3 устройства

3 управления, на который подается сигнал с выхода измерителя 31 температуры.

Выход блока 34 вычисления теоретической скорости потока охлаждающей жидкости подключен к входу адресации устройства памяти регулятора

35 расхода охлаждающей жидкости, выход которого соединен с выходами Э4 и 35 устройства 3 управления °

Блок 36 регулирования температуры охлаждающей жидкости состоит из кон тура 38 умножения на постоянную Ч, потенциометров 39-41, используемых соответственно для ввода постоянной

Р. и пределов+49 и -а 9 регулирования температуры воды в резервуаре 2 охлаждения, сумматоры 42 и 43» вычитающий контур 44,, компараторы 45 и

46, блок 47 управления электроклапаном 27 подачи воды. Постоянные

P и 9 определяются на основе характеристик установки по следующим формулам:

40 где (— длина металлического листа, 45

o(. (8) — коэффициент, который зависит лишь от температуры охлаждающей воды.

Регулятор 35 расхода охлаждающей жидкости также содержит программируемое запоминающее устройство, которое держит в памяти матрицу А3, выдающую величины расхода охлаждающей жидкости в зависимости от величин скорости потока охлаждающей воды,55 считываемой в устройстве памяти блока 34 вычисления теоретической скорости потока охлаждающей жидкости.

„в в т д„

@М 07

S 11314 вычисления теоретического теплового потока Q между металлическим листом и охлаждающей жидкостью, блок 34 вычисления теоретической скорости потока охлаждающей жидкости,, необходимой для охлаждения листа в желаемых условиях, регулятор 35 расхода охлаждающей жидкости, блок 36 регулирования температуры охлаждающей жидкости и блок 37 регулирования дав- 1О ления в камере 9.

Блок 33 вычисления теоретического теплового потока между металлическим листом и охлаждающей жидкостью представляет собой программируемое запоминающее устройство, содержащее матрицу А4, выдающую величины теоретического теплового потока Q между металлическим листом и охлаждающей жидкостью, соответствующего различным величинам задаваемых параметров R и 9 ..

Блок 34 вычисления теоретической скорости потока охлаждающей жидкос-,25 ти также содержит программируемое за4 поминающее устройство, включающее в себя матрицу А величин скорости охлаждения, соответствующих различным величинам теоретического теплово-30 го потока между металлическим листом и охлаждающей жидкостью, введенным в запоминающее устройство блока 33, и различным величинам температуры 8 охлаждающей воды. Матрица А определяется из уравнения, которое связывает тепловой поток Q со скоростью V протекания охлаждающей воды

1 где 9 — минимальная температура промышленной воды, используемой в качестве охпаждающей жидкости, 6 — критическая величина температуры охлаждающей водм, 7 11314 соответствующая давлению пара р = р — И, где ро атмосферное давление, а

И1- высота сифонов, образованных верхними отводными трубами (15-17) ох5 лажцающей машины.

Q . и Q „определяются по формуле (1) для соответствующих величин 6О и (). и для величин V, соответствующих скорости потока охлаждающей жидкости, причем заранее известно, что скорости потока охлаждающей жидкости долж,ны превышать критическую скорость

V для того, чтобы охлаждающая жидкость заполнила камеру 9. Эта кри— тическая скорость соответствует динамическому давлению, выраженному высотой воды, равной толщине туннеля °

Сумматор 42 одним входом подключен к выходу множительного контура 38, а другим входом — к ползунку потен циометра 39. Сумматор 43 одним входом подключен к выходу сумматора 42, а вторым входом — к ползунку потен- 25 циометра 40. Вычитающий контур 44 одним входом подключен к выходу сумматора 42, а другим входом — к ползунку потенциометра 41.

Компаратор 45 имеет два входа, один из которых подсоединен к входной клемме 3g устройства 3 управления для приема сигнала от измерителя

31 температуры, а второй — к выходу сумматора 43. Компаратор 46 также . имеет два входя, один из которых подсоединен к входной клемме 3g устройства 3 управления для приема сигнала от измерителя 31 темпера— туры, а второй — к выходу вычитающего контура 44. Выходы компараторов

45 и 46 подключены к двум соотвегствующим входам блока 47 управления электроклапаном 27 подачи воды.

Блок 37 регулирования давления в камере 9 включает в себя потенциометр 48, сумматор 49 и компаратор

50. Сумматор 49 имеет два входа, один из которых подключен к клемме 5 устройства 3 управления, а другой — к ползунку потенциометра 48. 0

Компаратор 50 также имеет два входа, один из которых подсоединен к выходу сумматора 49, а второй — к входной клемме 31 - устройства 3. Выход компаратора подключен к выходным клеммам 38 и Д устройства 3 управления.

Блок ввода данных параметров R u . содержит аналого-цифровые коди61 8 рующие устройства 51 и 52, параллельные выходы которых подключены соответственно к входным клеммам j и 3z устройства 3 управления.

Установка охлаждения работает следующим образом.

Оператор располагает производственными данными, которыми являются толщина Р листа и скорость R охлаждения, соответствующая искомой структуре металла. Эти два параметра задают аналого-цифровыми кодирующими устройствами 51.и 52 блока 29 ввода данных.

На основании этих параметров блок 33 вычисления теоретического теплового потока между металлическим листом и охлаждающей жидкостью выдает соответствующую информацию вида Q = А„(К,e) .

Регулятор 35 расхода охлаждающей жидкости определяет расход охлаждающей жидкости V = A>(Q, 6 ), циркулирующей по листу, в зависимости от величины теплового потока, рассчитанного ранее, и от температуры воды в резервуаре 2, и воздействует на насосы 24.

Таким образом, устройство 3 управления воздействует на насосы

24 таким образом, чтобы обеспечить желаемую скорость охлаждения в зависимости от толщины листа, скорости охлаждения и температуры воды в резервуаре 2.

Блок 36 регулирования температуры охлаждающей жидкости поддерживает температуру воды в резервуаре 2.

Рабочая температура охлаждающей воды определяется сумматором 42 и множительным контуром 38, который выдает выходную величину пропорциональную величине Q теплового потока между охлаждаемым листом и охлаждающей водой. Эта величина, равная q «О, прибавляется к постоянной Р, проставляемой внутри блока 36 регулирования температуры охлаждающей жИдкости потенциометром 39. На выходе сумматора

42 выдается сигнал амплитуды

9 = + P. Допустимые пределы измерения температуры 6у устанавливаются на потенциометрах 40 и 41, причем потенциометр 40 выдает величину +49> а потенциометр 41 — величину -дД. Величина + () прибавляется к рабочей температуре 6Р в сумматоре 43, который на выходе

1О

1131461

ВНИИПИ Заказ 9632/45 Тираж 794 Подписное

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул.Проектная,4 выдает величину Qp + cq6 которая затем сравнивается с величиной температуры воды, измеренной в резервуаре 2, при помощи компенсатора 45, с выхода котороГо сигнал управления 5 подается в блок 47 управления электроклапаном 27 подачи воды, когда температура воды в резервуаре 2 выше вычисленной величины 9< +p g Аналогичным образом работает вычитаю- 10 щйй контур 44 и компаратор 46.

Блок 37 регулирования давления позволяет восполнять потерю давления в возвратном контуре в результате

15 уменьшения количества охлаждающей воды, нагнетаемой насосами. Сумматор 49 суммирует величину а"мосферного давления Р, измеренную датчиком 30 давления, с величиной с задаваемой потенциометром 48, в компараторе выход сумматора 49 сравнивают с величиной давления P в камере охлажцения, замеренной датчиком 32 давления ° Когда компаратор

50 обнаруживает, что давление P

25 выше давления Ро +, подает сигнал на открытие возвратных электроклапанов 26, И, наоборот, если давление Р равно или ниже давления Р,+ $ компаратор 50 выдает сигнал закрытия электроклапанов 26 с тем, чтобы поднять давление P внутри камеры охлаждения.

Устройство регулирования температуры поддерживает на постоянном уровне температуру воды в резервуаре 2, что позволяет поддерживать на постоянном уровне тепловой поток между листом и охлаждающей водой и поддерживать на постоянном уровне давление пара в сифоне, образованном отводными трубами 16 и 17 во избежание его падения и утечки воды.

Наличие электроклапанов 26 в каждой из отводных сетей, открытие которых осуществляется в зависимости от расхода охлаждающей жидкости, позволяет избежать последствия падения давления охлаждающей машине. Действие их в возвратном контуре, выражающее в том, что внутри камеры поддерживается давление, несколько превышающее атмосферное, позволяет избежать проникновение воздуха в охлаждающую машину, что отрицательно сказывается на качестве работы охлаждающей машины.