Конвекторное кольцо для отжига в колпаковых печах стальных холоднокатаных полос в рулонах

Изобретение относится к области металлургии и предназначено для отжига стопы рулонов холоднокатаной полосовой стали. Для обеспечения однородности нагрева и охлаждения по толщине рулона конвекторное кольцо содержит диск с центральным отверстием, выполненный из нескольких элементов с образованием температурных швов, и опорные радиальные ребра, образующие циркуляционные каналы и перекрывающие температурные швы. Между внешними и внутренними элементами диска выполнен зазор, расположенный на участке 0,50-0,75 радиуса кольца, а радиальные ребра имеют канавки на опорной поверхности их концов, выступающих внутрь кольца. Выполнение канавок предотвращает соскальзывание витков рулона во внутреннее отверстие конвекторного кольца во время отжига. Изобретение позволяет снизить себестоимость изготовления конвекторных колец, характеризующихся высокой эксплуатационной стойкостью. 3 ил.

 

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано в колпаковой печи для отжига стопы рулонов холоднокатаной полосовой стали.

В процессе охлаждения рулонов в колпаковой печи тепловое сжатие внутренних витков и нагнетаемый циркуляционным вентилятором поток защитного газа создают условия для распушивания внутренних витков и их соскальзывания в центральное отверстие конвекторного кольца. При распаковке садки и снятии рулонов застрявшие внутренние витки выпадают из рулона и травмируются. Травмированные витки впоследствии приходится вырезать, что приводит к потерям металла и дополнительным трудозатратам. Во избежание роспуска внутренних витков рулона их приваривают. Однако, как показывает практика, часто сварное соединение в процессе нагрева разрушается. Причиной этого является повышенная скорость нагрева периферийного внутреннего витка рулона по отношению к соседним прилегающим к нему виткам, обусловленная особенностью тепловой работы колпаковой печи. Тепловое расширение внутреннего витка, сдерживаемое соседними витками, имеющими меньшую скорость нагрева, приводит к росту касательных напряжений в точечных сварных соединениях витков, разрушению сварных соединений и роспуску внутренних витков.

Особенностью отжига рулонов в колпаковых печах является неравномерность нагрева и охлаждения по сечению рулонов, обусловленная различными условиями теплообмена на наружных, внутренних и торцевых поверхностях рулона. Отсутствие излучения от муфеля, низкая конвективная теплопередача от циркулирующего защитного газа к торцам рулонов, контакт торцов рулонов с конвекторными кольцами, которые являются тепловыми экранами, служат причинами "отставания" в нагреве и охлаждении центральных слоев рулона относительно периферийных. Неравномерное изменение температур по сечению рулона в процессе отжига приводит к росту радиальных сжимающих напряжений, вызывающих слипание и сваривание витков. При последующей размотке отожженного металла в местах слипания и сваривания образуется дефект "излом". Кроме того, неоднородность нагрева по сечению рулона является причиной получения неоднородных механических свойств по длине полосы.

Деформация конвекторного кольца вследствие термических напряжений приводит к травмированию торцов рулонов. При последующей дрессировке отожженных рулонов из-за попадания металлических частиц от травмированной и сваренной кромки рулонов образуются дефекты "накол", "подав", "отпечатки".

Известна конструкция конвекторного кольца, содержащая верхнее и нижнее опорные кольца, радиальные опорные ребра, образующие циркуляционные каналы и систему отверстий. При этом верхнее и нижнее опорное кольцо выполнено из двух частей - наружного и внутреннего опорных колец, соединенных между собой радиальными опорными ребрами. Рабочие поверхности радиальных опорных ребер на участках между внутренними и наружными опорными кольцами имеют полусферические радиально-наклонные каналы, а рабочие поверхности граней опорных ребер выполнены овальной формы [А.с. Российской Федерации №2052517, С 21 D 9/673, 1996].

Недостатком таких колец является то, что их конструкция не предотвращает возможность соскальзывания внутренних витков рулона в отверстие внутреннего опорного кольца. Попадание внутренних витков рулона внутрь кольца или нижестоящего рулона приводит к их застреванию и травмированию при распаковке садки и перестановке рулона.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является конструкция конвекторного кольца, содержащая диск с центральным отверстием и радиальные ребра, образующие циркуляционные каналы. Диск выполнен из элементов, составляющих его внутреннюю, среднюю и внешнюю части, при этом средняя часть диска образована из сегментов, а внешняя часть диска - из секторов, закрепленных на сегментах с образованием температурных швов, а радиальные ребра, которые являются опорными, расположены с перезкрытием сверху и снизу температурных швов и приварены только к одному из соседних секторов [А.с. Российской Федерации №2230804, С 21 D 9/673, 2003].

Недостаток колец такой конструкции - отсутствие конструктивных элементов, удерживающих распушенные внутренние витки рулона на опорных ребрах, что не исключает вероятность соскальзывания витков в центральное отверстие кольца, их застревание и травмирование. Наличие небольших зазоров между сегментами средней части диска не обеспечивает достаточную равномерность нагрева и охлаждения рулонов, т.к. не позволяет существенно улучшить теплопередачу от защитного газа к торцам рулонов в их центральной части, необходимую дня компенсации передачи тепла металлу излучением от муфеля.

Предлагаемая конструкция колец устраняет вышеотмеченный недостаток.

Техническая задача изобретения состоит в предотвращении травмирования внутренних витков рулона и повышении равномерности нагрева и охлаждения рулонов. При этом достигается увеличение выхода годного металла.

Поставленная техническая задача решается за счет выполнения канавок на опорной поверхности концов радиальных ребер, выступающих внутрь центрального отверстия кольца, которые служат для удержания распушенных внутренних витков и за счет выполнения зазора между внутренними и внешними элементами диска конвекторного кольца, повышающего равномерность нагрева и охлаждения рулона.

Сущность изобретения состоит в следующем.

Для предотвращения соскальзывания витков рулона во внутреннее отверстие кольца и их травмирования в предлагаемой конструкции конвекторного кольца на опорной поверхности концов радиальных ребер, выступающих внутрь центрального отверстия кольца, выполнены канавки, которые служат для фиксации распушенных внутренних витков.

Для повышения равномерности нагрева и охлаждения по сечению рулона между внутренними и внешними элементами диска выполнен зазор, который служит для усиления конвективной теплопередачи от циркулирующего защитного газа к торцевой поверхности рулона в его центральной части. Поток защитного газа» входя в циркуляционный канал конвекторного кольца, образованный торцами рулонов и радиальными ребрами, с помощью элементов внешней части диска делится на две части, обтекающие поверхность диска с обеих сторон. В месте зазора, выполненного между внутренней и внешней частями диска, потоки защитного газа, срываясь с поверхности внешней части диска и смешиваясь друг с другом, приобретают дополнительную турбулентность. Турбулизированный поток защитного газа интенсифицирует передачу тепла торцам рулонов и опорным ребрам. Опорные ребра, в свою очередь, передают тепло торцам рулонов теплопроводностью. Так как зазор между внутренними и внешними элементами диска расположен на участке 0,50-0,75 радиуса кольца, т.е. в области, отстающей по температуре части рулона, то интенсификация теплообмена в этом месте способствует выравниванию температур по сечению рулона в процессе отжига.

Изобретение поясняется чертежами фиг.1, 2, 3.

Конструкция конвекторного кольца представляет собой один диск с центральным отверстием, с двух сторон которого расположены радиальные опорные ребра 1, образующие циркуляционные каналы 2 между диском, ребрами и торцевой поверхностью рулона. Диск выполнен из нескольких элементов, составляющих его внутреннюю и внешнюю часть и не имеющих между собой сварных соединений. Внутренняя часть диска представляет собой сплошное кольцо 3 с центральным отверстием 4 и вырезами 5, которые являются каналами для циркуляции защитного газа. Внешняя часть диска набрана, например, из 6-и секторов 6, образующих кольцо с температурными швами 7 между отдельными секторами. Внешняя и внутренняя части разделены между собой зазором 8, который одновременно является каналом для циркуляции защитного газа. На верхней и нижней поверхности диска расположены радиальные опорные ребра, представляющие собой пластины и образующие сужающиеся циркуляционные каналы. Радиальные ребра расположены с перекрытием сверху и снизу температурных швов и к соседним секторам не приварены (со стороны Б сварка отсутствует). Такая конструкция узда стыка различных элементов кольца предотвращает смещение разделенных температурным швом секторов диска друг относительно друга в вертикальной плоскости (за счет радиальных ребер) и одновременно позволяет секторам свободно смещаться при изменении температур в горизонтальной плоскости.

На опорной поверхности концов радиальных ребер, выступающих внутрь конвекторного кольца, расположены канавки 9, которые служат для фиксации распушенных внутренних витков рулона.

Известное и предлагаемое техническое решение имеют следующие общие признаки: оба они являются конвекторными кольцами для отжига в колпаковой печи стальных холоднокатаных полос в рулонах, оба содержат диск сборной конструкции, между отдельными элементами которой предусмотрены зазоры для компенсации термического расширения элементов кольца при их неоднородном нагреве и опорные радиальные ребра, образующие циркуляционные каналы и выполняющие роль стабилизаторов плоской формы кольца.

Отличия предложенного устройства состоят в следующем.

1. Радиальные опорные ребра имеют канавки для фиксации распушенных внутренних витков рулона, тогда как в известном устройстве отсутствуют конструктивные элементы, предотвращающие соскальзывание внутренних витков рулона в центральное отверстие конвекторного кольца и их травмирование.

2. Диск представляет собой сборную конструкцию, состоящую из элементов внешней и внутренней части, между которыми отсутствуют сварные соединения и которые связаны между собой только радиальными ребрами, тогда как в известном устройстве диск выполнен из элементов, связанных между собой непосредственно с помощью сварных соединений.

Такая конструкция диска является более технологичной в изготовлении, т.к. состоит из меньшего количества элементов, не имеющих между собой сварных швов.

3. Между внутренними и внешними элементами диска на участке 0,50-0,75 радиуса кольца расположен зазор, повышающий равномерность нагревай охлаждения по толщине рулона.

Указанные отличительные признаки проявляют во всей совокупности новые свойства, не присущие им в известных совокупностях признаков и заключающиеся в увеличении выхода годного металла (снижении расхода металла на термическом переделе и в целом по производству холоднокатаного проката), уменьшении отсортировки готового холоднокатаного проката по дефектам "излом", "пятна слипания сварки", "накол", "надав", "отпечатки", снижении частоты внеплановых перевалок рабочих валков дрессировочного стана по устранению дефектов (снижении удельного расхода валков на 1 т проката), уменьшении отсортировки по несоответствию механических свойств, уменьшении затрат на изготовление колец (снижении стоимости изготовления колец). Это свидетельствует о соответствии предлагаемого технического решения критериям "новизны" и "изобретательского уровня".

Конвекторное кольцо для отжига в колпаковой печи стальных холоднокатаных полос в рулонах, содержащее диск с центральным отверстием, выполненный из внутренних и внешних элементов с образованием температурных швов, опорные радиальные ребра, образующие циркуляционные каналы и перекрывающие температурные швы, отличающееся тем, что радиальные ребра имеют канавки на опорной поверхности их концов, выступающих внутрь центрального отверстия кольца, а между внутренними и внешними элементами диска выполнен зазор, расположенный на участке 0,50-0,75 радиуса кольца.