Секция теплоизоляционного экрана рольганга полосового стана горячей прокатки

 

Изобретение относится к производству горячекатаных полос на широкополосовых станах в черной металлургии. Использование изобретения позволяет существенно снизить охлаждение металла в линии полосового стана горячей прокатки, исключить инерционность системы теплоизоляции металла, иметь работоспособную конструкцию, выполненную с применением дешевых теплоотражательных элементов. Секция теплоизоляционного экрана рольганга содержит несущую раму с закрепленными на ней сменными кассетами, состоящими из корпуса и сменного теплоотражательного элемента, который установлен в корпусе с зазором по всему контуру, к этому зазору подведены трубы с теплоносителем, выходные отверстия которых ориентированы вдоль рамы секции. 2 ил.

Предлагаемое изобретение относится к производству горячекатаных полос на широкополосовых станах в черной металлургии.

Теплоизоляционные экранирующие установки рольганга полосового стана горячей прокатки могут базироваться на теплоотражательном и теплоакуумулирующем эффектах. В обоих случаях теплоизоляционная установка состоит из ряда идентичных секций, установленных на рольганге.

Известна секция теплоизоляционного экрана рольганга полосового стана горячей прокатки, базирующаяся на теплоаккумулирующем эффекте (см., например, патент РФ N 1519799, B 21 B 1/26, 1989, Б.И. N 41).

Недостатками известной секции теплоизоляционного экрана являются: - во-первых, инерционность в работе (необходимо прохождение под секцией нескольких штук горячих полос, чтобы секция вышла на стационарный тепловой режим и стала высокоэффективно экранировать металл); - во-вторых, продолжительность теплового взаимодействия горячего металла с секцией экрана на различных участках рольганга полосового стана горячей прокатки существенно различна и колеблется от десятков до сотен секунд. В результате там, где продолжительность этого взаимодействия незначительна, эффект применения этих секций экранов весьма низок; - в-третьих, в этих теплоизоляционных экранах используют дорогостоящие жаростойкие материалы.

Известны секции теплоизоляционного экрана рольганга полосового стана горячей прокатки, базирующиеся на теплоотражательном эффекте. Основными их достоинствами являются безынерционность в работе и относительно низкая стоимость.

Известна секция теплоизоляционного экрана рольганга полосового стана горячей прокатки, содержащая несущую раму с закрепленными на ней теплоотражательными листами, выполненными из алюминия или его сплавов (см., например, Хлопонин В.Н. и др. "Горячая прокатка широких полос". М.: Металлургия, 1991 , с. 18).

Недостатком известной секции теплоизоляционного экрана является низкая его работоспособность, особенно проявляющаяся на участках длительного теплового взаимодействия секции и горячего металла (например, в районе рольганга перед летучими ножницами). Последнее предопределяет необходимость установки теплоотражателей на значительном расстоянии от экранируемого металла (800 - 850 мм от рольганга), что существенно снижает эффект экранирования.

Известна секция теплоизоляционного экрана рольганга полосового стана горячей прокатки, содержащая несущую раму с закрепленными на ней сменными кассетами, состоящими из корпуса и сменного теплоотражательного элемента, закрепленного на корпусе с образованием между ними зазора, и трубой для подвода теплоносителя к этому зазору (см., например, а.с. СССР 1585044, B 21 B 39/14, 1990, Б.И. N 30).

По существенным признакам эта известная секция теплоизоляционного экрана наиболее близка предлагаемой секции, поэтому принята за прототип.

Существенным недостатком известной секции теплоизоляционного экрана является то, что зазор между корпусом кассеты и теплоотражательным элементом выполнен не по всему контуру этого элемента; в конструкции предусмотрен плотный контакт между корпусом и теплоотражательным элементом по всему его периметру. Соответственно указанный зазор трансформируется в полость между корпусом и теплоотражательным элементом. При работе секции в качестве теплоизоляционного экрана имеет место интенсивной теплообмен между теплоотражательным элементом и корпусом кассеты, что требует использования в качестве теплоносителя воды. В реальных условиях работы полосового стана горячей прокатки для теплоотвода используют техническую воду. Имеющаяся в этой воде окалина накапливается в указанной полости и засоряет ее выходные отверстия. Прекращается охлаждение корпуса кассеты, вода в полости закипает, резко снижается теплоотражательные показатели теплоизоляционного экрана. Конструкция секции разогревается и секция теплоизоляционного экрана выходит из строя.

В совокупности указанный недостаток исключает высокоэффективное применение этих секций теплоизоляционного экрана на рольганге полосового стана горячей прокатки для снижения охлаждения металла.

Предлагаемая секция теплоизоляционного экрана рольганга полосового стана горячей прокатки свободна от указанного недостатка. В ней отсутствует по существу контакт корпуса кассеты и теплоотражательного элемента и практически исключено тепловое взаимодействие с горячим металлом элементов конструкции корпуса кассеты и несущей рамы секции экрана, тем самым максимально предотвращается разогрев корпуса кассеты и через него всей секции экрана. Кроме того, развита теплоотдающая поверхность теплоотражательного элемента, что позволяет интенсифицировать отвод от этого элемента тепла, аккумулирующегося в нем при работе секции, и осуществлять этот теплоотвод подачей сжатого воздуха. Отмеченное позволяет длительное время сохранять высокие теплоотражающие свойства экрана, тем самым иметь установку с высоким эффектом сохранения тепла горячим полосовым металлом в процессе его нахождения на рольгангах стана. Предохранение конструкции секции экрана от нагрева исключает деформацию несущей рамы секции, повышает работоспособность секции теплоизоляционного экрана в целом.

Перечисленные технические результаты достигаются за счет того, что в секции теплоизоляционного экрана рольганга полосового стана горячей прокатки, содержащей несущую раму с закрепленными на ней сменными кассетами, состоящими из корпуса и сменного теплоотражательного элемента, закрепленного на корпусе с образованием между ними зазора, и трубкой для отвода теплоносителя к этому зазору, согласно предложению зазор выполнен по всему контуру теплоотражательного элемента, боковые кромки теплоотражательного элемента и корпуса кассеты закрыты дополнительными теплоотражателями, установленными с зазором относительно этих кромок, корпуса кассеты и несущей рамы секции, при этом на поверхности теплоотражательного элемента, обращенной к корпусу кассеты, выполнены ребра, расположенные вдоль рамы секции, а выходные отверстия трубы для подвода теплоносителя ориентированы вдоль рамы секции.

Секция теплоизоляционного экрана рольганга полосового стана горячей прокатки пояснена чертежами на фиг. 1 и 2. На фиг. 1 показан участок рольганга с установленными секциями теплоизоляционного экрана; на фиг. 2 - поперечное сечение секции.

Над рольгангом 1 (фиг. 1) полосового стана горячей прокатки, по которому транспортируют горячий полосовой металл 2, установлен ряд секций 2 теплоизоляционного экрана идентичной конструкции, снабженных приводом их перемещения 4 к (от) рольгангу 1; в каждой секции 3 установлена серия сменных кассет 5 идентичной конструкции. Каждая секция (фиг. 2) содержит несущую раму 6, на которой на направляющих 7 закреплены кассеты 5 с возможностью их замены. Число кассет в секции обычно четное (две, четыре и т.д.), но может быть и одна кассета. Это зависит от параметров полосового стана горячей прокатки (максимальной ширины прокатываемой на стане полосы). Каждая кассета содержит корпус 8, к которому через планки 9 болтами 10 прикреплены металлические листы 11, изогнутые в виде арки. Форма арки может быть симметричной и асимметричной; последнее зависит от места установки секции и параметров полосового стана горячей прокатки. Листы 11 на вогнутой стороне покрыты тонким слоем теплоотражающего материала 12 (на фиг. 2 показано точками). Предпочтительно на лист 11 газотермическим способом нанесен алюминий толщиной 0,15. ..0,25 мм; возможна комбинация алюминия, никеля, хрома и других металлов, но в пределах отмеченных толщин. Лист 11 с нанесенным теплоотражающим материалом 12 образует теплоотражающий элемент кассеты 5. Лист 11 боковыми кромками свободно лежит на ребрах 13 и 14, приваренных к корпусу кассеты 8, не входя в соприкосновение с этим корпусом. По наружной поверхности листа 11 (сторона, обращенная к корпусу кассеты) могут быть расположены ребра 15, которые ориентированы вдоль рамы секции (по направлению движения металла 2). Таким образом, по всему периметру теплоотражательного элемента (листа 11) предусмотрен воздушный зазор, исключающий контакт этого элемента с корпусом кассеты 8. Боковые кромки листа 11 вместе с ребрами 13 и 14 закрыты дополнительными корытообразными балками 16 и 17, наружная сторона которых покрыта тонким слоем теплоотражающего материала 18 и 19 соответственно (на фиг. 2 показано точками). В конечном итоге балки 16 и 17 образуют в конструкции секции дополнительные теплоотражающие элементы, предохраняющие конструкцию от прямого лучистого взаимодействия с горячим металлом. При этом балка 16, закрывающая кромки листа 11 с наружной стороны секции экрана, установлена с воздушным зазором относительно листа 11 (размер K на фиг. 2) и корпуса кассеты 8 и закреплена на корпусе 8 болтами 20 через ребра 21. Балка 17, закрывающая кромки листа 11 и корпуса 8 двух оппозитно установленных по ширине секции кассет 5, установлена с воздушными зазорами a и m относительно корпуса кассеты 8 и листа 11 соответственно. К балке 17 с внутренней ее стороны приварена траверса 22, которая с помощью болтов 23 подвешена к несущей раме 6. Кроме того, между траверсой 22 и корпусом кассеты 8 предусмотрено наличие ребер 24. Между болтами 23 и рамой 6 установлены пружины 25. Крепление балки 17 выполнено таким образом, что размер n<a и n<m. С наружной стороны секций 3 кассеты 5 крепятся с помощью пластин 26, прикрепленных болтами 27 к несущей раме 6. Составной частью конструкции секций теплоизоляционного экрана может быть труба 28, закрепленная на раме 6, с возможностью подвода по ней сжатого воздуха (на фиг. 1 и 2 указано стрелками). Выходные отверстия трубы 28 расположены на уровне воздушного зазора между листом 11 и корпусом кассеты 8 и ориентированы вдоль рамы секции. На рольганге полосового стана горячей прокатки, где установлены секции экранов, могут быть установлены направляющие линейки 30. Секции выполнены и расположены симметрично относительно продольной оси рольганга.

Секция теплоизоляционного экрана рольганга полосового стана горячей прокатки работает следующим образом.

Горячий полосовой металл 2 по рольгангу 1 транспортируют под рядом идентичных секций 3 так (фиг. 1), что продольна ось полосы примерно совпадает с центральной осью установленных над рольгангом секций теплоизоляционного экрана. Происходит лучистый теплообмен между горячим металлом 2 и теплоотражтельным слоем 12 на листах 11 и теплоотражательным слоем 18 и 19 на балках 16 и 17 соответственно (фиг. 2). Благодаря низкой степени черноты указанных теплоотражательных слоев (для алюминия, нанесенного газотермическим способом на черный металл, степень черноты находится на уровне 0,2...0,25) основная часть лучистой энергии горячего металла отражается и тем самым экран выполняет теплоизоляционные свойства: снижает охлаждение металла при нахождении на рольганге.

При этом эффект сохранения тепла горячим металлом 2 зависит не только от степени черноты теплоотражательных слоев 12, 18 и 19, но и от высоты их расположения относительно рольганга 1. Чем эта высота меньше, тем эффект экранирования выше.

В свою очередь высота расположения секций теплоизоляционного экрана зависит от условий прохождения горячего полосового металла 2 по рольгангу 1.

После выхода из черновой группы клетей возможно передвижение полосового металла по рольгангу с излишне поднятой над рольгангом передней частью полосы, что не исключает удара переднего конца полосы по секции экрана. Последнее нежелательно, так как может разрушить секцию экрана.

На выходе в чистовую группу клетей, точнее перед летучими ножницами, для более точного ориентирования полосового металла 2 относительно продольной оси рольганга 1 применяют направляющие линейки 30. Так как ширина прокатываемого на стане полосового металла 2 может быть различной, то и положение, занимаемое линейками 30 на рольганге 1, является разным, в том числе таким, которое показано на фиг. 2 (где представлен случай максимальной ширины прокатываемого полосового металла).

Отмеченное предопределяет расположение нижней части секции экранов относительно рольганга на уровне 270 - 300 мм в районе перед летучими ножницами и 300 - 350 мм - в районе выхода полосового металла 2 на рольганг 1 после черновой группы клетей.

Дополнительно к отмеченному при определении условий работы секций теплоизоляционного экрана необходимо учитывать, что время их теплового взаимодействия с горячей полосой 2 в районе выхода полосы из черновой группы клетей примерно в 2 - 7 раз меньше в сравнении с участком рольганга 1 перед чистовой группой клетей (перед летучими ножницами).

Перечисленные разные условия эксплуатации секций теплоизоляционного экрана, установленных на разных участках одного и того же рольганга полосового стана горячей прокатки, диктуют несколько разные требования к элементам его конструкции. При этом естественно общее конструктивное исполнение секций теплоизоляционного экрана должно быть одинаково.

Общее конструктивное исполнение секций теплоизоляционного экрана включает: одинаковость механизма привода секций к(от) рольгангу через элемент 4; одинаковость конструкции несущей рамы 6 и, соответственно, крепления к ней на направляющих 7 кассет 5; сменность кассет 5 и сменность в кассетах 5 листов 11 по мере потемнения теплоотражательного слоя 12; возможность замены балок 16 и 17 по мере их износа (повреждения из-за удара полосы или потемнения теплоотражательных слоев 18 и 19); максимальное исключение контакта листов 11 и балок 16 и 17 с корпусом кассеты 8 и рамой 6 секций (наличие отмеченных зазоров, составляющих существенный отличительный признак предлагаемой конструкции секции).

В районе выхода полосового металла 2 на рольганг 1 после черновой группы предпочтительна симметричная форма арки листа 11, так как другое исполнение приводит к увеличению высоты расположения основной теплоотражательной поверхности 12 относительно горячей полосы 2, тем самым снижается эффективность ее теплоизоляции. В случае удара переднего конца полосы по балке 17 прежде всего замыкается зазор n и удар через траверсу 22 передается на раму 6. Так как n < a и n < m, в этом случае не повреждаются ребра 14 и 24 и исключается контакт балки 17 с листом 11, не повреждается теплоизоляционный слой 12. Пружина 25 аммортизирует усилия, возникающие при возвращении балки 17 после удара в исходное положение.

В районе нахождения горячего полосового металла 2 перед летучими ножницами предпочтительна асимметричная форма арки листа 11 (см. фиг. 2), асимметричным соответственно принято исполнение по высоте боковых участков корпуса кассет 8. Такое исполнение, во-первых, частично уменьшает высоту расположения теплоотражательной поверхности 12 относительно горячей полосы 2, во-вторых, уменьшает рассеивание лучистой энергии, исходящей от горячей полосы, за пределы секций экранов. В целом усиливается эффект теплоизоляции горячего полосового металла 2 на рольганге 1.

При любом исполнении теплоотражательных поверхностей 12, 18 и 19 часть тепла, исходящего от поверхности горячей полосы 2, аккумулируется в листах 11 и балках 16 и 17. Чем ниже степень черноты этих поверхностей и чем длительнее взаимодействие полосы 2 и секции экранов, тем выше разогрев листов 11 и балок 16 и 17. Реально при рассмотренных условиях взаимодействия температура этих частей секций может достигать 300 - 500^oC. При этом более высокие значения температуры присущи секциям, расположенным на участке рольганга перед летучими ножницами.

Наличие в конструкции кассет 5 воздушного зазора между листом 11 и корпусом кассеты 8 по всему контуру этого листа (контакт с корпусом кассет 8 выполнен только через ребра 13 и 14, число которых не превышает 3 - 4-х штук на одну сторону контакта) позволяет максимально избежать передачи тепла от листов 11 на корпус кассет 8. Аналогично благодаря ребрам 21 и 24 предотвращается передача тепла от балок 16 и 17 на корпус кассет 8. В конечном итоге несущая рама 6 секции теплоизоляционного экрана изолирована от тепла проходящего под ней горячего металла, тем самым предотвращают коробление конструкции секции из-за ее разогрева.

В результате лучистого теплообмена с горячим металлом в листах 11 и балке 17 аккумулируется тепло, происходит их разогрев. Наиболее существенен разогрев этих частей кассет на участках длительного взаимодействия секций с горячим металлом (например, в районе установки летучих ножниц). Этот разогрев нежелателен для теплоотражателей, так как интенсивно снижает теплоотражательные свойства слоев 12, 18 и 19 и тем самым способствует еще большему разогреву листов 11 и балки 17. В конечном итоге эффективность работы теплоизоляционного экрана резко снижается, конструкция по существу становится неработоспособной.

На участках рольганга с кратковременным взаимодействием секций с горячим металлом в листах 11 и балке 17 аккумулируется относительно меньшее количество тепла и могут не требоваться какие-либо дополнительные мероприятия по отводу этого тепла (например, в случае применения секции экрана в черновой группе клетей).

Но в основном в конструкции кассет 5 применяют листы 11 с ребрами 15, выполненными на поверхности листа 11, обращенной к корпусу кассет 8. Тем самым увеличивают теплоотвод от листов 11. При этом указанные ребра 15 располагают вдоль рамы секции, чем способствуют, во-первых, лучшему обтеканию теплоносителя (воздуха) относительно листов 11, во-вторых, улучшают удаление воздушной окалины с поверхности листов 11.

В местах рольганга с длительным взаимодействием секций с горячим металлом для отвода тепла от листов 11 и балки 17 обязательно используют сжатый воздух, который подают по трубе 28, выходные отверстия 29 которой расположены на уровне воздушного зазора между листом 11 и балкой 17 и корпусом кассеты 8. Сжатый воздух омывает ребра 15, лист 11 и траверсу 22, тем самым отводится тепло, аккумулирующееся в указанных элементах конструкции секции. При этом воздух омывает также корпус кассеты 8, чем дополнительно уменьшает вероятность разогрева конструкции секции в целом.

Отмеченное применение воздуха в конструкции секции, как уже отмечено, позволяет также удалять окалину, оседающую в виде пыли на поверхности листа 11 с наружной от горячего металла стороне. Тем самым устраняют утепляющее действие осевшей окалины на лист 1, т.е. дополнительно предотвращают разогрев этих листов.

Таким образом, применение предложенных секций теплоизоляционного экрана полосового стана горячей прокатки позволяет иметь установку с высоким эффектом снижения потерь тепла металла, надежно работающую на разных участках рольганга стана. При этом высокой надежности в работе достигают благодаря наличию воздушных зазоров между теплоотражательными элементами, корпусом кассеты и рамой секции. Высокого эффекта экранирования в конструкции дополнительно достигают благодаря сохранению экранами теплоотражательных свойств, которое обеспечивают исполнением на наружной от горячего металла поверхности теплоотражательных элементов ребер и возможностью подвода в воздушный зазор между теплоотражательными элементами и корпусом кассеты сжатого воздуха. При этом в полной мере используется важнейшее достоинство теплоотражательных экранирующих установок - эффект безынерционности в сохранении тепла горячим полосовым металлом.

Формула изобретения

Секция теплоизоляционного экрана рольганга полосового стана горячей прокатки, содержащая несущую раму с закрепленными на ней сменными кассетами, состоящими из корпуса и сменного теплоотражательного элемента, закрепленного на корпусе с образованием между ними зазора, и трубой для подвода теплоносителя к этому зазору, отличающаяся тем, что зазор выполнен по всему контуру теплоотражательного элемента, боковые кромки теплоотражательного элемента и корпуса кассеты закрыты дополнительными теплоотражателями, установленными с зазором относительно этих кромок, корпуса кассеты и несущей рамы секции, и при этом на поверхности теплоотражательного элемента, обращенной к корпусу кассеты, выполнены ребра, расположенные вдоль рамы секции, а выходные отверстия трубы для подвода теплоносителя ориентированы вдоль рамы секции.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2