Способ охлаждения рулонов горячекатаных полос

 

Изобретение относится к прокатному производству и может быть использовано при изготовлении стальных горячекатаных полос на широкополосных и штрипсовых станах. Цель изобретения - повышение качества обрабатываемых полос и производительности. Способ включает периодическое орошение водой торцевых поверхностей рулона. Орошение осуществляют дисперсным потоком с дисперсностью капель воды, равной 200 - 1700 мкм, и плотностью орошения 0,05-0,95 кг/м²·с . Способ позволяет использовать орошающую способность воды и повысить эффективность орошения. 3 табл.

Изобретение относится к прокатному производству и может быть использовано при изготовлении стальных горячекатаных полос на широкополосных и штрипсовых станах.

Известен способ охлаждения рулонов горячекатаных полос, включающий подачу охлаждающей воды к торцевым поверхностям рулона, имеющего температуру в интервале 750-450^оС [1].

Недостатки этого способа заключаются в низкой производительности, малой эффективности использования воды и тепла металла, отсутствии возможности целенаправленного воздействия на скорость охлаждения для формирования заданной микроструктуры и свойств металла.

Известен также способ охлаждения горячекатаных полос, имеющих температуру 650-750^оС, включающий подачу к торцевым поверхностям рулона водовоздушной смеси, т.е. ультрамелкодисперсного водяного тумана, причем подачу водовоздушной смеси устанавливают по приведенной математической зависимости [2].

Такой способ позволяет организовать мягкий режим охлаждения торцев рулона с уменьшением образования окалины по краям полосы, однако он характеризуется низкой производительностью, формированием неравномерности механических свойств полосы, недостаточной эффективностью использования воды и утилизации тепла металла.

Наиболее близким по своей технической сущности и достигаемому результату к изобретению является способ охлаждения рулонов горячекатаных полос, включающий периодическое орошение водой торцевых поверхностей рулона с отношением общего времени периода охлаждения ко времени подачи охладителя 1,49-5,88, причем время подачи охладителя устанавливают по предложенной зависимости [3].

Недостатки известного способа состоят в следующем. Охлаждающая способность охладителя помимо периодичности подачи существенно зависит от фазового состояния охладителя, т. е. размеров капель потока охлаждающей воды и плотности орошения, что не учитывает известный способ. Поэтому в известном способе не достигается полного использования охлаждающей способности воды, он имеет низкую производительность, не обеспечивает дальнейшего улучшения качества полос, требует повышенного расхода воды, не позволяет эффективно использовать тепло рулона.

Цель изобретения состоит в повышении производительности процесса, улучшении качества полос, увеличении эффективности использования воды и тепла рулона Это достигается тем, что в способе охлаждения рулонов горячекатаных полос, включающем периодическое орошение водой торцевых поверхностей рулона, согласно изобретению орошение осуществляют дисперсным потоком с дисперсностью капель воды, равной 200-1700 мкм и плотностью орошения 0,05-0,95 кг/м² ˙с.

Известное и предложенное технические решения имеют следующие общие признаки. Оба они являются способами охлаждения рулонов горячекатаных полос. Оба способа также включают периодическое орошение водой торцевых поверхностей рулона.

Отличия предложенного способа состоят в том, что орошение осуществляют дисперсным потоком с дисперсностью капель воды, равной 200-17000 мкм, тогда как в известном способе дисперсность капель воды, подаваемой на охлаждаемый рулон, не регламентирована. В предложенном способе плотность орошения дисперсным потоком установлена равной 0,05-0,95 кг/м²˙с, чего в известном способе также нет.

Указанные отличительные признаки проявляют во всей совокупности новые свойства, не присущие им в известных совокупностях признаков и заключающиеся в повышении производительности процесса, улучшении качества полос, увеличении эффективности использования воды и тепла рулона. Среди известных способов не найдено технических решений с признаками, сходными с признаками заявляемого способа. Это свидетельствует о соответствии предложенного технического решения критерию "существенность отличий".

Сущность предлагаемого изобретения заключается в следующем. Подача охлаждающей воды в виде дисперсного потока позволяет направить на торцевую поверхность одновременно 10⁶-10⁷ шт. мелких капель и обеспечить в месте их соударения с нагретой поверхностью практически одинаковые условия теплообмена. Отвод тепла при такой подаче воды осуществляется в основном благодаря ее испарению, что позволяет перевести тепло рулона в теплосодержание пара и его дополнительный нагрев. Поскольку между последовательными циклами подачи охладителя имеется промежуток времени, в течение которого в каждом цикле охлаждение завершается и происходит разогрев поверхности, это способствует более быстрому испарению воды, интенсивному охлаждению рулона при минимальном расходе охладителя.

Экспериментально установлено, что дисперсность капель воды 200-1700 мкм обеспечивает за счет роста интенсивности охлаждения повышение производительности процесса, улучшение качества полос, увеличение эффективности использования воды и тепла рулона. Подача капель дисперсностью 200-1700 мкм позволяет перенести все капли до поверхности торца рулона и обеспечить их быстрое испарение. При дисперсности капель менее 200 мкм невозможно обеспечить доставку всех капель к поверхности, т.к. перегретый пар препятствует их движению, что снижает эффективность охлаждения. При размере капель более 1700 мкм ухудшается испарение капель и снижается равномерность теплоотвода, т.к. на поверхности рулона капли сливаются, образуя пленку воды, изолированную от охлаждаемой поверхности паровой прослойкой. Падающие капли не пробивают этот барьер, что резко снижает коэффициент теплообмена. В табл. 1 приведены результаты экспериментальных исследований по влиянию дисперсности капель на условия охлаждения разогретой до 600^оС поверхности рулона.

Результаты исследования по влиянию плотности орошения на эффективность охлаждения рулона, имеющего температуру 600^оС, приведены в табл. 2.

При плотности орошения более 0,95 кг/м²˙с количество капель, приходящееся на единицу площади охлаждаемой поверхности в единицу времени, становится больше порогового, они сливаются в пленку воды, расположенную на паровой подушке. В результате интенсивность теплосъема снижается, что недопустимо. Если плотность орошения будет менее 0,05 кг/м²˙с, то возрастает неравномерность охлаждения, и снижается его эффективность.

Способ осуществляют следующим образом.

Рулон горячекатаной полосы массой 36 т из стали 08Ю, смотанный при температуре 600^оС, устанавливают на стенд для ускоренного охлаждения рулонов. На верхний торец рулона периодически подают из регулируемого разбрызгивающего устройства, содержащего вращающуюся крыльчатку, дисперсный поток воды с дисперсностью капель d = 950 мкм. Изменение дисперсности капель осуществляют изменением скорости вращения крыльчатки, разбивающей поток орошающей воды. При площади торца рулона F = 2,889 м² расход орошающей воды устанавливают равным а = 1,4445 кг/с, что соответствует плотности орошения q= = = 0,5 кг/м²· c Время орошения устанавливают равным 25 с, длительность паузы 35 с.

При указанном режиме периодического орошения водой торцевой поверхности рулона охлаждение ведут до температуры 25^оС. Общее время охлаждения Т составляет 3,4 ч, удельный расход охлаждающей воды Q = 0,026 м³/т, разброс механических свойств по длине полосы Δ = ± 3%. Пар, выделяющийся при охлаждении рулона, собирают при помощи вытяжного устройства и используют в качестве теплоносителя для технологических нужд производства с коэффициентом утилизации тепла рулона К_у = 26%.

Варианты реализации способа и показатели эффективности охлаждения рулонов приведены в табл. 3.

Из табл. 3 следует, что в случае использования предложенного способа (варианты 2-4) достигается повышение производительности процесса, улучшение качества полос, увеличение эффективности использования тепла. При этом расход воды на охлаждение минимален и равен Q = 0,022-0,028 м³/т. В случае запредельных значений всех (варианты 1 и 5) или хотя бы одного (варианты 6-9) из заявленных параметров имеют место уменьшение производительности процесса, ухудшение качества полос и уменьшение эффективности использования тепла рулона. Удельный расход воды на охлаждение возрастает до 0,031-0,040 м³/т. В случае непрерывного орошения торцов рулонов (вариант 10) эффективность охлаждения низка, хотя параметры дисперсного потока оптимальны. Способ-прототип (вариант 11) характеризуется более низкими производительностью процесса, качеством полосы, эффективностью использования воды и тепла рулонов при удельном расходе воды на охлаждение 0,031 м³/т.

Технико-экономические преимущества предложенного способа заключаются в том, что периодическое орошение водой торцов рулонов дисперсным потоком с дисперсностью капель 200-1700 мкм и плотностью орошения 0,05-0,95 кг/м²˙с позволяет наиболее полно использовать охлаждающую способность воды, повысить эффективность охлаждения рулонов и за счет этого повысить производительность процесса, улучшить качество полос, увеличить эффективность использования воды и тепла рулона.

За базовый объект принят способ-прототип.

Формула изобретения

СПОСОБ ОХЛАЖДЕНИЯ РУЛОНОВ ГОРЯЧЕКАТАНЫХ ПОЛОС, включающий периодическое орошение водой торцевых поверхностей рулонов, отличающийся тем, что, с целью повышения качества обрабатываемых полос и производительности, орошение осушествляют дисперсным потоком с дисперсностью капель воды 200 - 1700 мкм и плотностью орошения 0,05 - 0,95 кг/м² · с.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2