Прокатный стан

 

Изобретение относится к прокатному производству, а именно к конструкциям волновых прокатных станов, обеспечивающих самодвижение прокатываемого металла при одновременном воздействии на него высоких темпера- .тур и давлений за счет осуществляемо- .го термодинамического цикла,и может 10 9 (Л со i ю СП 4; со 20

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (111 (511 4 В 21 В 13/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

20 юг. 1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4069652/22-02 (22) 22;05.86 (46) 07.10.87. Бюл. Ф 37 (75) В.П. Коротков (53) 621.771.2.06(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

9 1135503, кл. В 2! В I/42, 1983.

Авторское свидетельство СССР

Ф 1274785, кл. В 21 В 13/00, 1985. (54) ПРОКАТНЫЙ СТАН (57) Изобретение относится к прока т— ному производству, и именно к конструкциям волновых прокатных станов, обеспечивающих самодвижение прокатываемого металла при одновременном воздействии на него высоких температур и давлений за счет осуществляемого термодинамического цикла,и может

1342543

Г)

20

ЭО быть применено на предприятиях с ис— пользованием возобновляемых энергетических ресурсов, например солнечных или геотермальных, Цель изобретения — повышение термодинамической эффективности процесса прокатки. После задачи в стан металла в полость 4 к рабочему телу подводится теплота от теплового источника 9, и по завершении цикла тепло отводится в тепловой сток 11. На стане осуществляется комбинированный термодинамический цикл, состоящий из регенеративного цикла и термомагнитного. Благодаря

Изобретение относится к прокатному производству, а именно к конструкциям волновых прокатных станов, обеспечивающих самодвижение прокатываемого металла при одновременном воздействии на него высоких температур и давлений за счет осуществления замкнутого термодинамического цикла, и может быть применено на предприятиях с использованием возобновляемых энергетических ресурсов, например солнечных или геотермальных.

Цель изобретения — повышение термодинамической эффективности процесса прокатки.

На фиг. 1 изображен предлагаемый прокатный стан, продольный .разрез; на фиг. 2 — то же, поперечный разрез; на фиг.3 — график изменения объема камеры расширения в процессе работы; на фиг. 4 — график изменения объема камеры сжатия в процессе работы; на фиг. 5 — регенеративный цикл, в координатах давление — объем: на фиг.6— то же, в координатах температура энтропия; на фиг. 7 — зависимости

КПД регенеративного цикла от изменений объема и совершенства регенератора; на фиг. 8 — термомагнитный цикл в координатах температура — энтропия.

Прокатный стан содержит неподвижную станину 1 с герметичными крышками 2 и 3, образующими внутреннюю по-. лость 4, и плитой 5, охватывающей колебанию температуры в камерах сжатия и расширения, образующихся при вращении ротора-поршня 6, ферромагнетики в металле превращаются в парамагнетики, не взаимодействующие с магнитным полем. В зоне генераторов

12 и 13 происходит быстрое адиабатное намагничивание металла с возрастанием температуры. Такая конструкция. стана позволяет совершать большую механическую работу по деформации металла при длительном воздействии высоких температур и давлений внутри полости. 8 ил. треугольный ротор- поршень 6, несущий рабочие валки 7 и установленный на эксцентриковом валу 8, механизм синхронизации движения ротора-поршня

6 и последовательно включенные тепловой источник 9, регенератор 10 и тепловой сток 11, сообщающиеся с внутренней полостью 4.

Для повышения термодинамической эффективности процесса прокатки прокатный стан снабжен генераторами 12 и 13 магнитного поля, размещенными в плите 5, а последовательно включенные тепловой источник 9, регенератор

10 и тепловой сток 11 присоединены к внутренней полости 4 параллельно.

Профиль плиты 5, охватывающей треугольный ротор-поршень 6, выполнен в виде квадрата. Ротор-поршень 6 образован большими и малыми дугами, описываемыми из вершин равностороннего треугольника и расположенными с противоположных сторон относитель25 но вершин, причем радиус малой дуги произволен, а радиус большой дуги равен сумме радиуса малой дуги и длины стороны треугольника. Рабочие валки 7 установлены в гибком сепараторе 14 и охвачены гибкой бесконечной лентой 15. Механизм синхронизации движения ротора-поршня 6 выполнен в виде сцепленных между собой большой шестрени !6 с внутренними зубьяЗ5 ми, установленной на роторе-поршне

6, и малой шестерни 17 с наружными

1342543 зубьями, установленной иа эксцеитриковом валу 8.

Генераторы 12 и 13 магнитного поля содержат постоянные магниты 18, установленные в пазах плиты 5, и полюсный наконечник 19, выполненный в виде прямой пластины. Постоянные магниты 18 можно выполнить из магнитотвердого материала, например, типа

ЮНД и ЮНДК, имеющих магнитную индук- !О цию 0,5-1,3 Тл и напряженность магнитного поля (4-6).10! А/м. Полюсный наконечник 19 можно выполнить из магнитомягкой стали. При недостаточном теплоотводе на массу стана можно !5 использовать систему циркуляционного охлаждения генераторов 12 и 13 магнитного поля.

Плиту 5 можно выполнить сменной и установить в станине 1 неподвижно. 2р

В плите 5 предусмотрен ручной (не показан), образующий вместе с наружной поверхностью гибкой бесконечной ленты 15 клинообразный рабочий калибр. 25

Тепловой источник 9 выполнен в виде теплообменника, подключенного к высокотемпературному нагревателю (фиг. 1, извилистые стрелки, направленные внутрь). При использовании 3р солнечной энергии нагревателем служит фокальная область гелиоустановки, охватывающая теплообменник или соединенная с ним посредством высокотемпературных тепловых труб. 35

Регенератор 10 выполнен в виде полости, заноленнной пористым материалом, имеющим большую теплоемкость и теплоотдачу. Полость можно заполнить металлический губкой, состоящей 40 из отдельных полос или проволочек.

Тепловой сток Il выполнен в виде теплообменника, подключенного к холодильнику (фиг. 1, извилистые стрелки, 45 направленные наружу). Наружная поверхность гибкой бесконечной ленты

15, внутренняя поверхность герметичных крышек 2 и 3 и ломаной плиты 5 .образуют четыре камеры переменного в процессе работы объема. Две из них, постоянно соединенные с тепловым источником 9, являются камерами расширения, а две других, постоянно соединенные с тепловым стоком 11 — каме-55 рами сжатия. Камеры переменного объема заполнены рабочим телом. В качестве рабочего тела можно использовать такие газы, как, напримре, воз— дух, гелий, водород, перечислеииьи. в порядке возрастания термодииамической эффективности при увеличении частоты вращения стана. Рабочее тело заполняет также теплообменники теплового источника 9, теплового стока

11, а также полость регенератора 10.

Температура рабочего тела в камерах расширения должна превышать тачку

Кюри прокатываемого металла, например, 700 С.

Прокатный стан снабжен моталками

20 и 21 и отклоняющими роликами 22, служащими для перемотки прокатываемого металла и создания переднего и заднего натяжений. Эксцентриковый вал 8 снабжен хвостовиком 23 для соединения через выключаемую муфту с пусковым устройством (не показаны), служащим для предварительной раскрутки прокатного стана.

В прокатном стане можно использовать также служащие для обеспечения оптимальных режимов прокатки и связанные с электронной вычислительной машиной средства для малоинерционного измерения и регулирования в процессе прокатки переднего и заднего натяжений, скорости прокатки, темпе-ратур и давлений в камерах переменного объема, режимов работы теплового источника 9 и теплового стока II, режимов работы циркуляционных систем охлаждения и смазки движущихся частей и других параметров.

Стан функционирует следующим образом.

После задачи заготовки одним из известных способов устанавливаются требуемые параметры прокатки и включается система оптимизации режима прокатки.

Прокатываемый металл образует внутри станины треугольную петлю, охватывающую треугольный ротор-поршень 6 по наружной поверхности гибкой бесконечной ленты 15. Посредством пускового устройства эксцентриковый вал 8 приводится во вращение.

При подводе к рабочему телу теплоты от теплового источника 9 и отводе от рабочего тела теплоты в тепловой стой ll в прокатном стане осуществляется комбинированный термодинамический цикл, состоящий из регенеративного цикла а-Ъ-с-d-e-f-а и термомагнитного цикла k-1-m-n-k.

Регенеративный цикп а-Ъ-с-d — e-f-a осуществляется следующим образом.

1342543

Объем рабочего тела в камерах расширения JJ--.Jõîäèòñÿ при высокой температуре Т, а объем рабочего тела

AinJ C в камерах сжатия находится при низкой температуре Т„„ . Температурный градиент между торцовыми поверхностями регенератора 10 равен Т,«,-Т „, . В процессе работы объемы рабочего тела в камерах переменного объема изменяются по косинусоидальному закону, что обусловлено геометрией камер.

При этом процессы в камерах сжатия отстают по фазе от процессов в камерах расширения на 90

Первый процесс регенеративного цикла а-b является изоэнтропным сжатием, второй процесс Ь-с †является изохорно-изобарным процессом теплоотдачи от регенератора 10, третий процесс d-e является изоэнтропным расширением, четвертый процесс е-f-a является изохорно-изобарным процессом теплоотдачи к регенератору 10.

Одновременно в прокатном стане осуществляется термомагнитный цикл

k-1-т-n-k. Прокатываемый металл благодаря волновым свойствам стана находится в камерах переменного объема в течение многих оборотов зксцентрикового вала 8. Поэтому его температура в камерах расширения близка к

T „ и превьппает точку Кюри, а в камерах сжатия близка к Т „„ и ниже точки Кюри. При переходе точки Кюри ферромагнетики превращаются в парамагнетики, не взаимодействующие с .магнитным полем. В процессе движения прокатываемый металл попадает в зону действия генераторов 12 и 13 магнитного поля и происходит быстрое адиабатное намагничивание прокатываемого металла — осуществляется процесс k 1 и температура возрастает от Т> до

Т . Внутри зоны действия генераторов магнитного поля осуществляется процесс 1-тп подвода теплоты при постоянной напряженнности Н магнитного поля.

По выходе из зоны действия генераторов 12 и 13 магнитного поля происходит быстрое адиабатное размагничивание прокатываемого металла — осуществляется процесс m-n и температура падает от Т,„ до Т„. Далее идет процесс n-k отвода теплоты при Н=О и цикл замыкается. Работа термомагнитного цикла k-1-m-n-1 суммируется с работой регенеративного цикла а-Ь-с-d-e-f-а и обеспечивает самодвижение прокатываемого металла JJv тем его вытягивания из камер сжатия в камеры расширения.

Выражение для работы термомагнитного цикла k-1-тп-и-k имеет вид

d W= 1М (С„ /К) (с1 Т/Т), где I — намагниченность;

М вЂ” масса металла;

Сн — теплоемкость;

10 К вЂ” постоянный коэффициент, больший единицы;

Т вЂ” абсолютная температура.

КПД регенеративного цикла даже при идеальной работе регенератора 10

15 не првышает бОЕ (фиг. 7). Осуществление в предлагаемом прокатном стане термомагнитного цикла k-1-ш-n-k существенно повышает общий КПД процесса прокатки.

20 КПД термомагнитного цикла k-1-т-п-k можно найти из выражения

1,-(k(CJJ)H

Как показывает анализ, КПД термо25 магнитного цикла при максимальной и минимальной температуре цикла соответственно 700 и 500 С, общая термодинамическая эффективность процесса прокатки псвышается на 157.

30 Механическая работа комбинированного регенеративного и термомагнитного цикла обеспечивает самодвижение прокатываемого металла и воздействие на него высоких температур и давлений рабочего тела. Во внутренней полости 4 места касания гибкой бесконечной ленты 15 плиты 5 образуют три рабочих, калибра, обеспечивающих требуемое обжатие прокатываемого

40 металла. За счет сил трения в рабочих .калибрах при вращении ротора-поршня

6, например, по часовой стрелке, рабочие валки 7 и охватывающая их гибкая бесконечная лента 15 вращаются 5 против часовой стрелки, прокатываемый металл подвергается формообразованию в рабочих калибрах и переметывается с правой моталки 20 на левую моталку 21. При этом подаваемая по50 лоса не испытывает трения о рабочую поверхность плиты 5 вне рабочих калибров за счет организации волнового движения: в процессе прокатки вдоль прокатываемого металла распространя55 ются бегущие волны деформации, характеризующиеся плавным изгибанием прокатываемого металла в радиальном направлении. Частота бегущих волн деформации определяется частотой вра1342543

Puz.2 щения ротора-поршня 6, а амплитуда определяется разностью радиусов описанной вокруг гибкой бесконечной ленты 15 окружности и вписанной в нее окружности.За один оборот ротора-поршня 6 прокатываемый металл проходит расстояние, равное разности длин рабочего участка плиты 5 и периметра гибкой бесконечной ленты 15.

Так как. эта разность относительно 10 длины рабочего участка плиты 5 мала, скорость вращения ротора-поршня 6 в десятки раз превосходит скорость движения прокатываемого металла и стан обладает свойством волнового 15 редуктора с большим передаточным отношением, что позволяет при большой скорости вращения ротора-поршня

6, определяющей развиваемую станом мощность, совершать большую механи- 20 ческую работу формообразования прокатываемого металла и обеспечивает относительно длительное воздействие на него высоких температур и давлений рабочего тела. При этом потери мощности на волновое деформирование црокатываемого металла оказываются незначительными и составляют при умеренных передаточных отношениях 1015Х. 30

Повышение термодинамической эффективности прокатного стана за счет осуществления комбинированного per eнеративного и термомагнитного термодинамического цикла в сочетании с возможностью использования возобновляемых энергетических ресурсов позволяет существенно поднять экономические показатели прокатного производства. формула изобретениями

Прокатный стан, содержащий неподвижную станину, установленную на ней плиту, выполненную в виде замкнутого контура с торцовыми герметичными крышками, установленный внутри плиты на эксцентриковом валу треугольный ротор-поршень, несущий рабочие валки, механизм синхронизации движения ротора-поршня и последовательно включенные тепловой источник, регенератор и тепловой сток, сообщающиеся с внутренней полостью, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения термодинамической эффективности процесса прокатки, он снабжен генераторами магнитного поля, размещенными в плите, а последовательно включенные тепловой источник, регенератор и тепловой сток присоединены к внутренней полости параллельно.

1342543

1 2 Э 5 E Унес/унии

Составитель Г. Ростов

Редактор Н. Рогулич Техред Л.Сердюкова

Корректор А. Тяско

Заказ 4545/6 Тираж 480 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открь1тий!

I3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4