Прокатный стан

 

Изобретение относится к прокатному производству, а именно к конструкциям волновых прокатных станов с генерацией высоких температур и давлений в рабочей зоне, и может быть использовано на металлургических и машиностроительных заводах преимущественно для листовой прокатки труднодеформируемых заготовок. Цель изобретения - повышение экономической эффективности процесса прокатки за счет увеличения термического КПД осуществляемого термодинамического цикла. Теплота подводится к газовоздушной смеси в камере 21 сгорания и дополнительных камерах 41-43 сгорания. Газовоздушная смесь, имеющая высокую температуру и давление, в камерах 9-12 переменного объема разупрочняет и экструдирует прокатываемый металл через рабочие калибры и, расширяясь, вращает кулачковый генератор 7 бегущих волн деформации, осуществляя волновую прокатку. Атмосферный воздух сжимается в воздушном компрессоре 38 и дополнительных компрессорах 44 и 45 и охлаждается в теплообменниках 55 и 56, чем достигается многоступенчатый отвод теплоты. Водяной пар генерируется из воды, перегреваемой в водяном тракте 31 газовоздушной смесью, и перегревается в пароперегревателе 57. Расширяясь в паровой турбине 35, водяной пар обеспечивает вращение компрессоров 38,44 и 45, чем достигается утилизация теплоты отработавшей газовоздушной смеси. Многоступенчатый подвод и отвод теплоты увеличивает термический КПД осуществленного в стане термодинамического цикла за счет повышения максимальной и понижения минимальной температур. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н A BTGPCHGMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ r9 НФК

Tñð нию фиг.2

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4330434/23-02 (22) 18.11.87 (46) 30.08.89. Вюл. Р 32 (75) В.Л.Коротков (53) 621:771.2.06 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 1117096, кл. В 21 В 13/20, 1983.

Авторское свидетельство СССР

Ф 1174106, кл. В 21 В 13/20, 1984.

Авторское свидетельство СССР

9 1389087, кл. В 21 В 13/20, 1986. (54) ПРОКАТНЫЙ СТАН (57) Изобретение относится к прокатному производству, а именно к конструкциям волновых прокатных станов с генерацией высоких температур и дав.лений в рабочей зоне, и может быть использовано на металлургических и машиностроительных заводах преимущественно для листовой прокатки труднодеформируемых заготовок. Цель изобретения — повышение экономической эффективности процесса прокатки за счет увеличения термического КПД осуществляемого термодинамического цикла. Теплота подводится к газовоздушной смеси в камере 21 сгорания и

„„SU 150 10 A1 (51)4 В 21 В 13/20 дополнителвных камерах 41 — 43 сгорания. Газовоэдушная смесь, имеющая высокую температуру и давление, в камерах 9 — 12 переменного объема разупрочняет и экструдирует прокатываемый металл через рабочие калибры и, расширяясь, вращает кулачковый генератор 7 бегущих волн деформации,осуществляя волновую прокатку. Атмосферный воздух сжимается в воздушном компрессоре 38 и дополнительных комп— рессорах 44 и 45 и охлаждается в теплообменниках 55 и 56, чем достигается многоступенчатый отвод теплоты.Водяной пар генерируется из воды,перегреваемой в водяном тракте 31 газовоздушной смесью, и перегревается в пароперегревателе 5?. Расширяясь в паровой турбине 35, водяной пар обеспечивает вращение компрессоров 38,44 и 45, чем достигается утилизация теплоты отработавшей гаэовоздушной смеси. Многоступенчатый подвод и отвод теплоты увеличивает термический КПД осуществленного в стане термодинамического цикла за счет повышения максимальной и понижения минимальной температур. 2 ил.

20

30

3 1503910

Изобретение относится к прокатному производству„ а именно к конструциям волновых прокатных станов с генерацией высоких температур и давлений в рабочей зоне, и может быть использовано на металлургических и машиностроительных заводах преимущественно для листовой прокатки труднодеформируемых заготовок.

1О

Целью изобретения является повышение экономической эффективности процесса прокатки за счет увеличения термического КПД осуществляемого термодинамического цикла.

На фиг.1 изображен предлагаемый прокатный стан, общий вид, на фиг.2 осуществляемый в стане термодинамический цикл, в координатах энтропия— температура.

Прокатный стан содержит неподвиж ную станину 1 с размещенными в ней

С-образным профилированным вкладышем

2 и нажимными элементами 3 — 6, охватывающими кулачковый генератор 7 бегущих, волн деформации, несущий рабочие валки 8, и образующими вместе с боковыми крышками (не показаны) камеры 9 — 12 переменного объема с ходными 13 - 16 и выходными 17 — 20 патрубками.

Прокатный стан содержит также камеру 21 сгорания с входным воздухозаборником 22 и выходным соплом 23, камеру 24 расширения с водяной 25 и паровой 26 полостями и водяным 27 и паровым 28 патрубками, водоподогреватель 29 с газовым каналом 30 и водяным трактом 31 с входным 32 и выходным 33 отрубками, установленные 40 на одном валу 34 с возможностью вращения паровую турбину 35 с входным патрубком 36 и выходным диффузором

37 и воздушный компрессор 38 с входным .диффузором 39 и выходным патруб- 45 ком 40.

Выходное сопло 23 камеры 21 сгорания и газовый канал 30 водоподогревателя 29 подключены соответственно к входному 13 и выходному 20 патрубкам камер 9 и 12 переменного объема, а выходной патрубок 40 воздушного компрессора 38 соединен с входным воздухозаборником 22 камеры 21 сгорания.

Для повышения экономической эффективности процесса прокатки за счет увеличения термического КПД осуществляемого термодинамического цикла предлагаемый прокатный стан снабжен дополнительными камерами 41 — 43 сгорания и воздушными компрессорами

44 и 45, при этом входные воздухозаборники 46 — 48 дополнительных камер

41 — 43 сгорания подключены к выходным патрубкам 17 — 19 камер 9 — 11 переменного объема, выходные сопла

49 — 51 дополнительных камер 41. — 43 сгорания подключены к входным патрубкам 14 — 16 камер 9 — 11 переменного объема, выходные патрубки 52 и 53 дополнительных воздушных компрессоров 44 и 45 подключены последовательно к входному диффузору 54 дополнительного воздушного компрессора 45 и входному диффуз ору 39 основного воздушного компрессора 38 через охлаждаемые теплообменники 55 и 56, входной патрубок 36 паровой турбины

35 подключен к паровому патрубку 28 камеры 24 расширения через пароперегреватель 57, размещенный в газовом канале 30 водоподогревателя 29, выходной диффузор 37 паровой турбины

35 подключен к водяной полости 25 камеры 24 расширения через конденсатор

58 и конденсатный насос 59, выходной патрубок 33 водяного тракта 31 подключен к водяному патрубку 27 камеры

24 расширения, а выходной патрубок

32 водяного тракта 31 через циркуляционный насос 60 подключен к водяной полости 25,камеры 24 расширения, !

Рабочий калибр образован наружны;ми поверхностями рабочих валков 8 и внутренней рабочей поверхностью С- . образного профилированного вкладыша

2, Профиль С-образного профилированного вкладыша 2 соответствует требуемому закону деформации прокатываемого металла, например при листовой прокатке профиль может быть выполнен по архимедовой спирали.В С-образ-, ном профилированном вкладыше 2 могут быть выполнены требуемые ручьи. Нажимные элементы 3 — 6 выполнены в виде вытеснительных пластин, входящих с возможностью возвратно-поступательного перемещения в радиальные камеры 61, выполненные в станине 1 .и соединенные с источником давления (не показан) через каналы 62, В прокатном стане предусмотрены моталки 63 и 64 и отклоняющие ролики 65,обеспечивающие перемотку прокатываемого металла с требуемым натяжением.

15039)0

55

Входной диффузор 66 дополнительного воздушного компрессора снабжен воздушным фильтром (не показан), а выход газового канала 30 водоподогревателя 29 — фильтром-нейтрализатором (не показан) соответственно для очистки поступающего атмосферного воздуха от примесей и снижения токсичности отходящих газов, Предусмотрены ин дивидуальные приводы (не показаны) конденсатного 59 и циркуляционного

60 насосов.

В прокатном стане предусмотрены также: пусковая система, обеспечивающая предварительную раскрутку паровой турбины 35, топливная система, обеспечивающая регулируемую подачу топлива в форсунки камер 21, 41 — 43 сгорания, воздушная система, регулирующая подачу воздуха воздушными компрессорами 38,44,45 и производительность охлаждаемых теплообменников 55 и 56, система воспламенения, обеспечивающая функционирование запальных приспособлений камер 21, 41

43 сгорания, система смазки, система охлаждения теплонапряженных элементов стана, система автоматического регулирования с компьютером, обеспечивающая оптимизацию основных параметров прокатки (не показаны), Прокатный стан функционирует следующим образом.

После задачи заготовки одним иэ известных способов устанавливаются .требуемые параметры прокатки,включаются все вспомогательные системы стана, в том числе пусковая система, производящая предварительную раскрут ку паровой турбины 35 и кинематически связанных с ней валом 34 воздушного компрессора 38 и дополнительных воздушных компрессоров 44 и 45 до требуемого числа оборотов. Включаются также индивидуальные приводы конденсатного 59 и циркуляционного. 60 насосов.

Прокатываемый металл образует внутри станины 1 деформационную петлю пятиугольной формы, охватывающую кулачковый генератор 7 бегущих волн деформации, При этом прокатываемый металл оказывается пропущенным через рабочие калибры, образованные наружной поверхностью рабочих валков 8 и внутренней рабочей поверхностью Собразного профилированного вкладыша 2. Рабочими телами прокатного

0

45 стана являются топливо, атмосферный воздух, газоводушная смесь, водяной пар и вода. Топливо подается топливной системой в форсунки камеры 21 сгорания и дополнительных камер

41 — 43 сгорания под высоким давлением, распыляется до мелкодисперсного состояния и смешивается в камере

21 сгорания со сжатым воздухом, поступающим из выходного патрубка 40 воздушного компрессора 38 во входной воздухозаборник 22, а в дополнительных камерах 41 - 43 сгорания — с продуктами сгорания и горячим воздухом, поступающим иэ выходных патрубков 17 — 19 камер 9 — 11 переменного объема во входные воздухозаборники

46 — 48.

Атмосферный воздух поступает через воздушный фильтр во входной диффузор 66 дополнительного. воздушного компрессора 44, где сжимается, и через выходной патрубок 52 подается в охлаждаемый теплообменник 55, где охлаждается. Из охлаждаемого теплообменника 55 охлажденный воздух поступает во входной дифАузор 54 дополнительного воздушного компрессора

45, где сжимается, и через выходной патрубок 53 подается в охлаждаемый теплообменник 56, гце охлаждается.

Из охлаждаемого теплообменника 56 охлаждаемый воздух поступает во входной диффузор 39 воздушного компрессора 38, где сжимается, и через выходной патрубок 4О подается Во входной воздухозаборник 22 камеры 21 сгорания, где смешивается с распыленным до мелкодисперсного состояния топливом;

Газовоздушная смесь образуется в камере 21 сгорания в результате сгорания топлива в сжатом воздушном компрессором 38 воздухе представляет собой смесь га" îîáðàçíûõ продуктов сгорания и горячего воздуха (воздух подается в камеру 21 сгорания в избытке), имеющую высокие температуру и давление. Через выходное сопло

23 и входной патрубок 13 газовоздушная смесь поступает в камеру 9 переменного объема, где расширяется.Из камеры 9 переменного объема газовоздушная смесь через выходной патрубок 17 и входной воздухозаборник 46 поступает в дополнительную камеру 41 сгорания, где к ней подводится дополнительная теплота сгорания толли150391п ва. Через выходное сопла 49 и входной патрубок 14 газовоздушная смесь поступает,в камеру 10 переменного объема, где расширяется. Из камеры

10 переменного объема газовоэдушная смесь через выходной патрубок 18 и входной воздухозаборник 47 поступает в дополнительную камеру 42 сгора!

О рез выходное сопла 50 и входной патрубок 15 гаэовоздушная смесь поступает в камеру 11 переменного объема, где расширяется. Из камеры 11 переменного объема газовоздушная смесь через выходной патрубок 19 и входной воздухозаборник 48 поступает в дополнительную камеру 43 сгорания,где к ней подводится дополнительная теплота сгорания топлива. Через выход20

25 ное сопла 51 и входной патрубок 16 газовоздушная смесь поступает в камеру 12 переменного объема, где расширяется. Из камеры 12 переменного объема газовоздушная смесь через выходной патрубок 20 поступает в газо-вый канал 30 водоподогревателя 29, где перегревает воду в водяном трак31 и перегревает пар в пароперегревателе 47. С выхода газового канала 30 водоподогревателя 29 газовоэдушная смесь, отдавшая теплоту воде и пару, через фильтр-нейтрализатор выбрасывается в атмосферу, B камерах 9 — 12 переменного объема газовоздушная смесь, имеющая вы сокие температуру и давление, разупрочняет и экструдирует прокатываемый металл через рабочие калибры и, расширяясь, производит механическую работу, вращая кулачковый генератор

7 бегущих волн деформации, В результате осуществляется волновая прокатка металла в рабочих калибрах, При этом кулачковый генератор 7 бегущих волн деформации вращается против часавой стрелки (объемы камер 9 — 12 переменного объема увеличиваются, обеспечивая расширение газовоздушной смеси), рабочие валки 8 вращаются по часовой стрелке и прокатываемый металл перематывается с левой моталки 63 на правую моталку 64.

5О

Водяной пар генерируется в резуль- 55 тате перегрева воды в водяном тракте 31 водоподогревателя 29 газовоздушной смесью, проходящей через газовый канал 30. Перегретая вода из ния, где к ней подводится дополнительная теплота сгорания топлива, Чеводяного тракта 31 через водяной патрубок 27 поступает в паровую полость 26 камеры ?4 расширения и,расширяясь, превращается в насьпценный водяной пар. Иэ паровой полости 26 через паровой патрубок 28 насьпценный водяной пар поступает в пароперегреватель 57, где перегревается и превращается в сухой перегретый пар. Через входной патрубок 36 перегретый водяной пар поступает в паровую турбину 35, где, расширяясь, производит механическую работу,обеспечивая вращение через вал 34 воздушного компрессора 38 и дополнительных воздушных компрессоров 44 и 45.Отработавший в паровой турбине 35 водяной пар через выходной диффузор 37 поступает в конденсатор 58, где конденсируется и превращается в воду.

Вода генерируется, в конденсаторе

58 и подается конденсатным насосом

:59, в водяную полость 25 камеры 24 расширения. Из водяной полости 25 камеры 24 расширения циркуляционным насосом 60 через входной патрубок 32 вода поступает в водяной тракт 31, где перегревается.

Таким образом, эа счет высвобождения химической энергии топлива, B ITpoKBTHoM стане осуществляется комбинированный термодинамический цикл (фиг.2), состоящий иэ газового цикла 1г-2г-Çr-4r-.5r-бг-7г-8г-9г10г-11г-12г-13r-14г-15г-1г и парового цикла 1п-2п-Зп-4п-5п-бп-1п, Газовый цикл 1г-2г-Çr-4г-5r-бг-

7г-8г-9г-10г-11г-12г-13r-14г-15r-1г состоит из следующих термодинамических процессов, Процесс 1r-2ã является процессом сжатия воздуха воздушным компрессором 38. Процесс.2г-Зг является процессом подвода теплоты в камеру 21 сгорания. Процесс Зг-4г является процессом расширения в камере 9 переменного объема. Процесс 4г-5г является процессом подвода теплоты в дополнительную камеру 41 сгорания. Процесс

5r-бг является процессом расширения в камере 10 переменного объема. Процесс бг-7г является процессом подвода теплоты в дополнительную камеру

42 сгорания, Процесс 7г-8г.является процессом расширения в камере 11 переменного объема. Процесс 8г-9г является процессом подвода теплоты в до9 15039!0 10 полнительную камеру 43 сгорания.Процесс 9г-10г является процессом расширения в камере 12 переменного объема. Процесс !Or-llг является про5 цессом отвода теплоты в газовом канале 30 водоподогревателя 29. Процесс

l lr-12г является процессом отвода теплоты в атмосферу. Процесс 12г-13r является процессом сжатия в дополни- 10 тельном воздушном компрессоре 44.Процесс 13г-14г является процессом отвода теплоты в охлаждаемый теплообменник 55. Процесс 14г-15r является процессом сжатия в дополнительном воздуш- 5 ном компрессоре 45. Процесс 15г-Iг является процессом отвода теплоты в охлаждаемый теплообменник 56. Цикл замыкается.

Средняя максимальная температура цикла при многоступенчатом подводе теплоты в камере 21 сгорания и в дополнительных камерах 41 — 43 сгорания, по сравнению с одноступенчатым подводЬм теплоты, существенно повы- 25 шается, а средняя минимальная температура цикла при многоступенчатом сжатии в дополнительных воздушных. компрессорах 44 и 45 и в воздушном компрессоре 38, по сравнению с одноступенчатым сжатием, существенно понижается (фиг.2), Паровой цикл lп-2п-Зп-4п-5п-бп-lп состоит из следующих термодинамических процессов, 35 .Процесс lп-2п является процессом сжатия воды в конденсатном 59 и циркуляционном 60 насосах. Процесс.

2п-Зп является процессом нагрева воды в водяном тракте 31 водоподогре- 40 вателя 29. Процесс Зп-4п является процессом генерации насьпценного водяного пара в паровой полости 26 камеры 24 расширения. Процесс 4п-5п является пРоцессом перегРева пара в паро- 45 перегревателе 57. Процесс 5п-бп является процессом расширения пара в паровой турбине 35, Процесс бп-Iп является процессом отвода теплоты и конденсации в конденсаторе 58. Цикл замыкается.

Осуществление парового цикла l п2п-,Зп-4п-5п-бп-lп позволяет утилизировать теплоту отработавших газов га- 55 зового цикла lr-?г-Зг-4г-5г-бг-7г8r-9r-IОг-llг-12г-IÇr-14r-15r-lг и использовать получаемую механическую работу для привода воздушного компрессора З8 и дополнительных воздушных компрессоров 44 и 45.

Повьппение экономической эффективности процесса прокатки за счет увеличения термического КПД осуществ" вляемого в стане термодинамического цикла может быть оценено следующим образом.

Многоступенчатый подвод теплоты и отвод теплоты с промежуточным охлаждением карнотизирует осуществляемый термодинамический цикл и в первом приближении позволяет считать его циклом с изотермическим подводом и отводом теплоты. Тогда термический

КПД осуществляемого цикла может быть оценен в соответствии со следующим выражением

Тср- макс Тср. мин где Т,, „„- средняя максимальная температура цикла;

Т, „„— средняя минимальная температура цикла, Термический КПД цикла, осуществляемого в известном стане с одноступенчатым подводом и отводом теплоты равен

"2 где

6 = т !Т,„

m = (К вЂ” 1)/K

К вЂ” коэффициент Пуассона.

Повышение экономической эффективности процесса прокатки за счет увеличения термического КПД осуществляемого цикла равно

3 11 "2 12

Пример. При Т ср макс= ЯОО Yiq

Tt мын = 400 K b = 5; К = 1э4 получим q = 0,5 и 1„= 0,4. Тогда К э = 0,25 и повьппение экономической эффективности составляет 25 .

Таким образом, повышение средней максимальной температуры и понижение средней минимальной температуры осуществляемого термодинамического цикла с одновременным использованием теплоты отработавших газов в паровом цикле для привода воздушных компрессоров с промежуточным охлаждением воздушных потоков на их входе позволяет существенно повысить экономическую эффективность процесса прокатки за счет увеличения термического КПД осуществляемого цикла.

1503910

Формула изобретения

Составитель Г.Ростов

Техред N,Õîäàíè÷ Корректор Л.Бескид

Редактор Т.Парфенова

Заказ 5183/12

Тираж 459

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при,ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина„ 101

Прокатный стан, содержащий неподвижную станину с размещенными в ней

С-образным профилированным вкладышем 5 и нажимными элементами, охватывающими кулачковый генератор бегущих волн деформации, несущий рабочие валки, и образующими вместе с боковыми крышками камеры переменного объема с 1О входными и выходными патрубками,камеру сгорания с входным воздухозаборником и выходным соплом, камеру расширения с водяной и паровой полостями и водяным и паровым патрубками, водоподогреватель с газовым каналом и водяным трактом с входным и выходным патрубками, установленные с возможностью вращения паровую турбину с входным патрубком и выходным диффу- о зором и воздушный компрессор с вход„ным диффуэором и выходным патрубком, при этом выходное сопло камеры сгорания и газовый канал водоподогревателя подключены соответственно к входному и выходному патрубку камер переменного объема, а выходной патрубок воздушного компрессора соединен с

=-:ходным воздухозаборником камеры сгорания, отличающийся тем, что, с целью повышения экономической эффективности процесса прокатки за счет увеличения термического КПД осуществляемого термодинамического цикла, он снабжен дополнительными камерами сгорания и воздушными компрессорами, при этом входные воэдухозаборники дополнительных камер сгорания подключены к выходным патрубкам камер переменного объема, выходные сопла дополнительных камер сгорания подключены к входным патрубкам камер переменного объема, выходные патрубки дополнительных воздушных компрессоров подключены последовательно к их входным диффузорам и входному диффузору основного воздушного компрессора через охлаждаемые теплообменники, входной патрубок паровой турбины подключен к паровому патрубку камеры расширения через па-, роперегреватель, размещенный в газо4 вом канале водоподогревателя, выходной диффузор паровой турбины подключен к водяной полости камеры расширения через конденсатор и конденсатный насос, выходной патрубок водяного тракта подключен к водяному патрубку камеры расширения, а входной патрубок водяного тракта через циркуляционный насос подключен к водяной полости камеры расширения.

f047 g