Способ регулирования тепловых потерь слитка при прокатке

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОП КСАН ИЕ

ИЗОБРЕТЕМ ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (908458 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 12.06.80(2() 2939854/22-02 с прксоединеннем заявки № (23 } Приоритет

Опубликовано 28.02.82. Бюллетень № 8

Дата опубликования описания 02.03.82 (51)M. Кл.

В 21 В 37/10

Государственный комитет ао делам изобретеиий и открытий (Я ) УД К 62 1.77 1. .2.04-5

{088. 8) f.

А. П. Сичевой, В. М. Манько, Е. А. Мильман, Ю. С. ПРстольнттк, О. А. Сафина и В. H. Литвиненко

j

Днепропетровский металлургический завод им. Ф. Э: Дзержинского /

s и Днепродзержинский индустриальный институт им. М. H. Арсеничева (72) Авторы изобретения (7I) Заявители (54) СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕПЛОВЬ!Х ПОТЕРЬ

СЛИТКА ПРИ ПРОКАТКЕ

Изобретение относится к металлургии, в частности к черной металлургии, и может быть использовано при прокатке слитка на обжимных стенах.

При сушествуюшвй технологии прокатки

5 слитков одной из важных проблем является повышение качества проката за счет предотвращения образования поверхностных дефектов.

Прокатка слитков на блюминге харак1Î теризуется неблагоприятной в отношении пластической деформации схемой напряженного состояния, в условиях которой образуется локальная концентрация напряже-. ний, приводящая к различным дефектам проката типа поперечных трещин, являюшихся причиной образования рванин. Так, например, величина брака в готовом прокате по рванинам составляет 8% )1).

Для уменьшения дефектов проката необходимо при транспортировке слитка от колодца к стану регулировать тепловые потери по всей поверхности слитка.

Известен способ регулирования тепловых потерь слитка при прокатке. Способ заключается в воздействии на лучистый теплообмен между горячим слитком и тепловыми зашитными экранами-отражателями, вдоль которых слиток движется.

Теплоотражатели устанавливают над гранями слитка и осуществляют воздействие. на теплообмен их перемещением вдоль слитка $2).

Недостаток данного способа регулирования заключается в нестабильности излучения граней и ребер слитка по всему периметру, в связи с чем имеет место невысокая эффективность регулирования, которая влияет на качество проката из-за образования поверхностных дефектов (трешин, рванин, коробления).

Наиболее близким к предлагаемому является способ регулирования тепловых потерь. слитка при прокатке, включаюший утепление слитка теплоотражателя ми, вдоль которых он движется, и принудительное изменение их температурь1. Тем908

5 IO

26

ЗО

Щ

50 пературу теплоотра.::,: ателей устанавливают один раз, исходя из температуры торячего слитка предварительно„ перед его проходом. Затем слиток по мере движе= ния по рольгангу поэтаппо проходит тепловые отражатели, интенсивно обмениваясь с ними лучистой энергией, что приводит к их дальнейшему разогреву P3$

Применение этого способа устраняет нестабильность излучения граней и повышает в некоторой степени эффективность регулирования. Однако он также не позволяет стабилизирочать температуру слитка по периметру е связи с чем слиток неравномерно охлаждается по всей поверхности. Этот недостаток приводит к тем же дефектам проката: трещинам, рванинам.

Объясняется это следующим.

При перемещении слитка режим теплоотвода в значительной мере влияет на формирование макроструктуры и качество поверхности слитка. Распространенным дефектом макроструктуры слитков являются внутренние и наружные трешины, образование которых обусловлено высокими внутренними термическими напряжениями, вызываемыми перепадом температур по периметру при остывании металла, заключающимся в неравпомерности скорости охлаждения ребер и граней слитка во времени, т.е. скорость охлаж@ения ребер слитка наМного выше скорости охлаждения его граней. Это приводит к возникновению вышеупомянутых локальных термических растягиваюших напряжеций в ребрах слитка, которые являются одним из важных факторов, влияющих на структуру и механические свойства слитка и вызывающих образование поверхностных дефектов при прокатке слитка на 6лю м инге.

Другими факторами, вызывающими образование угловой рвани при прокатке, являются технологические растягивающие напряжения, вызванные деформированием металла при прокатке, и являются тех. нологические растягива ощие напряжения, вызванные деформированием металла при прокатке, и механические концентраторы

>тих напряжений. Угловая рвань слитков л ог от влияния этих факторов составляет 4 o„ от сочетания всех факторов — 10-14%.

8 ф

Цель изобретения — обеспечение равномерного распределения температуры слитка по всей его поверхности.

Поставленная цель достигается за счет того, что в способе регулирования тепловых потерь слитка при прокатке, включающем утепление слитка .теплоотражателями, вдоль которых он движется, и принудительное изменение их температуры, теплоотражателями локально утепляют зоны, прилегающие к ребрам слитка, периодически измеряют температуру открытой поверхности середины грани,и в зависимости от ее величины регулируют температуру теплоотражателей до выравнивания с температурой грани.

Способ обеспечивает дифференцированный теплообмен различных участков слит-. ка с теплоотражателями, что уменьшает эффект ускоренного охлаждения ребер слитка по сравнению с его гранями.

Принудительное поддержание температуры тепловых отражателей в процессе прохода горячего слитка вдоль них и регулируемый отбор тепла обеспечивают требуемый дифференцированный теплообмен ребер и граней слитка, что создает по пер иметру слитка одинаковую скор ость охлажд ения.

Поскольку при охлаждении слитка на воздухе теплоотвод более интенсивен от его ребер, чем от середины граней, то с утеплением ребер теплоотражателями и уменьшением параметра, учитывающего относительную разницу между теплоотдачей от ребра и середины грани, растягивающие термические напряжения на ребре понижаются, а по средней линии грани увеличиваются, т.е. происходит падение общего уровня напряжений и стабилизация температур по периметру слитка (выравнивание температурных условий охла>кдения слитка по периметру и уменьше» ние тепловых потерь ребер слитка).

Н а фиг. 1 и 2 приведена схе ма ре ализации описываемого способа (поперечное сечение находящегося на рольганге слитка и устройство для стабилизации температурного поля поверхности слитка); на фиг. 3 - график зависимости осевого напряжения от параметра неоднородности поверхностного теплового потока по параметру слитка.

Таким образом, для существенного снижения этих напряжений необходимо, чтобы распределение температур по периметру слитка было равномерным, т.е. необходимо снизить интенсивность охлаждения ребер.

На каждой секции подводящего транспортирующего рольганга 1 (длиной 4800 мм) блюминга между последовательно расположенными клетями 2 стационарно укреплены несколько (три-четыре) рам 3 ко5 90 робчатого типа с проушинами 4 для возможности снятия и установки рам 3 краном. Рамы 3 представляют собой герметический кожух, который для обеспечения свободного перемещения слитка 5 как спокойной, так и кипящей стали устанавливается по всей ширине рольганга 1. Расстояние от рольганга 1 до верхнего основания рамы 3 1250 мм.

Заходящие в раму 3 слитки S могут иметь литниковые корни, выходящие за ее габариты, Поэтому рама 3 должна выдерживать торцовые нагрузки не менее 0,5 тс. К внутренней поверхности рам 3 крепится ряд листовых тепловых отражателей 6 с рефлекторами 7 для тепловой защиты слитка 5.

Толщина теплоотражателя 6 4 5мм.

Теплоотражатели устанавливают вдоль ребер 8 слитка 5 нормально их лучистому тепловому потоку и экранируют только ребра 8. Внутренняя поверхность теплоотражателей 6 периодически покрывается известковым раствором для повышения их отражательной способности.

Температура поверхности . открытой середины грани 9 слитка 5 определяется с помощью прибора 10 (термодатчика), установленного в непосредственной близи к поверхности металла.

Температуру теплоотражателей 6 изменяют принудительно обогревом нагревателями 11 и охлаждением - охладительным устройством 12. Горячий слиток 5 в процессе прокатки в одной из клетей и после прокатки находится на рольганге 1.

Способ регулирования тепловых по.терь слитка при горячей прокатке осуществляют следующим образом.

Исходя из температуры горячего слитка, 5 учитывая режим и ритм прокатки, предварительно перед проходом слитка 5 устанавливают принудительно температуру каждого теплового отражателя 6 при помощи нагревателей 11 и охладительных устройств 12 на определенном уровне, но не выше температуры слитка 5. Т.е. первоначальная температура тепловых отражателей 6 определяется из средних допустимых тепловых потерь прокатки металла определенного сортимента. осевых температурных напряжений:

+s(-,с ф-ц „@)-;,(м) qs -E((+$4)JI

По мере движения слитка 5 по рольгангу 1 он поэтапно проходит тепловые отражатели 6, интенсивно обмениваясь с ними лучистой энергией, что приводит благодаря рефлекторам 7 к даль8458 6 нейшему разогреву тепловых отражателей 6 из-аа адсорбирования части полученногр от горячего слитка 5 тепла.

При этом открытые грани 9 слитка 5, которые имеют более высокую температуру, остывают медленнее. Воздух, нагретый при охлаждении граней, подается на ребра 8. Ребра 8 более интенсивно отдают тепло, т.е., вступая в теплообмен

30 с теплоотражателями 6, повышают их ! температуру и, поскольку они ими утеплены, температура ребер 8 поддерживается на определенном уровне. Однако температура ребер все равно остается ниже тем15 пературы граней.

Для поддержания этих температур равными на всем пути слитка периодически измеряют прибором 10 температуру открытой поверхности середины грани 9, щ0 через блок сравнения (не показан)сравнивают эту температуру с температурой теплоотражателей и изменяют их температуру до выравнивания ее с температурой грани 9. При этом учитывается

25 коэффициент пропорциональности, установленный экспериментально для каждого типа слитка и марки стали. Коэффициент выбирается из условия постоянства температуры ребер и граней слитка.

30 Г„р=КТ„.

B связи с этим температура ребер 8 будет постоянно равна температуре грани

9 слитка 5.

Скорость охлаждения ребер 8 слитка

5 в течение 1-5 мин с момента подачи

35 слитка 5 на рольганг 1 блюминга должна быть меньше или равна скорости охлаждения граней 9.

Пример. Горячий слиток поэтапно проходит на рольганге вдоль ряда тепло40 вых отражателей, температуру которых предварительно перед проходом слитка принудительно обеспечивают на одном из уровней.

Аналогично исследовано температурное

45 и термонапряженное состояние (фиг. 2) охлаждаемого слитка квадратного сечения при теплоотдаче с цоверхности.

Получена приближенная формула для где 4, -коэффициент линейного температурного расширения стали;

E-модуль упругости 1-го рода;

9084 ф -удельный тепловой поток от о середины грани слитка;

2 Я- сторона сечения слитка (ширина грани);

Д -коэффициент Пуассона; 5 — коэффициент теплопроводности металла;

P - параметр неравномерности теплоотдачи по периметру слитка;

1О Щ - напряжения на ребре.

Как видно из формулы, величина напряжения существенно зависит от неравномерности теплоотвода по периметру слитка. !5

Эти зависимости представлены на графике (фиг. 3), где изображены линия

13 - осевые напряжения по ребру слитка; линия 14 — осевые напряжения по грани слитка; линия 15 — осевые напря- 20 жения по центру слитка. Из графика вид но, что при Р -0,812 напряжения на ребре (= = 1) и середине грани (g< = 1; = О) будут равны между собой и меньше примерно в 5 раз, 25 чем при обычном охлаждении. При этом изменение напряжений по периметру колеблется в пределах + 2,5%.

Следовательно, если изменить характер охлаждения слитков перед прокаткой зо таким образом, чтобы теплоотвод от ребра составлял 18 -19% теплоотвода от середины грани, то растягивающие температурные напряжения на поверхности слитка будут распределены по периметру пра- 35 ктически равномерно, а уровень их снизится примерно в 5»»6 раз по сравнению с обычным охлаждением.

Но так как появление трещин в прокатываемом . слитке обусловлено наложе- 4р нием термических напряжений, возникающих за счет неоднородности температурного поля остывающего слитка, и технологических напряжений, вызванных де58 8 формированием металла при прокатке, то из проведенных исследований вытекает, что уменьшение температурных напряжений, а следовательно, и снижение брака по рвани можно добиться, уменьшив теплоотвод от ребер слитка, доведя его до

18 — 20%, до теплоотвода от середины грани.

Таким образом, нет необходимости термостатировать весь слиток или его грани, достаточно уменьшить теплоотвод от ребер слитк а, обеспечив теплоотд ачу по периметру с неравномерностью Р =

0,812. формула изобретения

Способ регулирования тепловых потерь слитка при прокатке, включающий утепление слитка теплоотражателями, вдоль которых он движется, и принудительное изменение их температуры, о т л и ч а— о шийся тем, что, с целью равномерного распределения температуры слитка по пер и метру се че ния, теплоотражателями локально утепляют зоны, прилегающие к ребрам слитка, периодически измеряют температуру открытой поверхности середины грани и в зависимости от ее величины регулируют температуру теплоотражателей до ее выравнивания с температурой грани.

И сточ н як и инфор мац ни, принятые во внимание при экспертизе

1. Мильман Е. А. и др. Причины образования поверхностных дефектов при прокатке на блюминге, Сталь N. 2, 1979.

2. Колмогоров В. Л. Напряжения, деформации, разрушения. М., "Металлургия", 1970, с. 30.

3. Авторское свидетельство СССР

М 371998, кл. В 21 В 37/10, 1973.

908458

Составитель Ю. 3аранин

Редактор С. Тараненко Техред М. Гергель Корректор В. Бутяга

Заказ 693/11 Тираж 842 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4