УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАКАЛКИ БУХТЫ КАТАНКИ ИЗ АЛЮМИНИЕВОГО СПЛАВА
DEVICE FOR QUENCHING ROD COIL OF ALUMINIUM ALLOY

Изобретение относится к оборудованию для закалки изделий больших размеров и может быть использовано для закалки катанки из алюминиевого сплава (например, ABE) на кабельных заводах.
Известно устройство для охлаждения ванного типа, содержащее наполнительную емкость с подводом воды, преимущественно имеющую форму полуцилиндрической ванны, одна из боковых поверхностей которой в верхней части выполнена со сливом, емкость по длине ванны разделена продольной перегородкой на две секции, одна из которых закрыта, другая, в боковой поверхности которой выполнен слив, выполнена открытой (см. Заявка на изобретение №92009659, опубл. 20.07.1996 г.).
2
К недостаткам известного устройства относится то, что известное устройство регулирует скорость охлаждения путем подачи воды с определенным расходом, вследствие этого обеспечивается коэффициент теплоотдачи 1200-1500 Вт/(м·°С) [1], что является недостаточным для закалки бухты больших габаритов алюминиевой катанки.
Известно устройство для охлаждения рулона, содержащее основание и расположенную над ним форсунку для распыления воды, соединенную трубопроводом с запорным клапаном. Форсунка выполнена с возможностью изменения угла распыления и перемещения относительно основания в вертикальном направлении. Форсунка установлена с возможностью вертикального перемещения. Она содержит корпус, на котором с его охватом и возможностью перемещения вдоль оси установлен кольцевой диффузор. Основание выполнено в виде конической сужающейся к низу емкости (см. Патент РФ №2073730 от 20.02.1997 г.).
Недостатком известного устройства является низкая интенсивность охлаждения бухты катанки из-за того, что известное устройство не позволяет охлаждать внутреннюю поверхность бухты катанки больших размеров.
Известно устройство для охлаждения рулонов горячекатаных полос, содержащее основание в виде емкости с системой слива с дополнительным патрубком для отвода пара, съемный колпак, установленный на основании, систему подачи охлаждающей воды в виде форсунок, размещенных в верхней части колпака (см. Патент РФ №2100449 от 27.12.1997 г.). Данное устройство принято за прототип.
К недостаткам известного устройства, принятого за прототип, относится то, что известное устройство не позволяет интенсивно охлаждать бухту катанки больших размеров из-за того, что форсунки расположены только сверху.
Признаки прототипа, являющиеся общими с заявляемым изобретением, - емкость с крышкой; форсунки для подачи охлаждающей воды; патрубок для слива воды; патрубок для отвода пара.
Недостатком известного устройства, принятого за прототип, является низкая интенсивность охлаждения бухты катанки из-за того, что известное устройство не позволяет охлаждать внутреннюю поверхность бухты катанки больших размеров.
Задачей предложенного технического решения является повышение интенсивности охлаждения бухты алюминиевой катанки больших размеров со скоростью не менее 17°C/с [2].
Поставленная задача решается за счет того, что в известном устройстве, включающем емкость с крышкой, форсунки для подачи охлаждающей воды, патрубки для слива воды и отвода пара, форсунки расположены в шахматном порядке на внутренней стороне емкости, крышки и керне, прикрепленном к крышке, а количество форсунок должно быть таким, чтобы обеспечивалось полное покрытие поверхности бухты струями капельной жидкости. При этом катанка размещена в решетчатом контейнере и толщина бухты катанки составляет не более 0,16 м.
Отличительные признаки предлагаемого устройства от прототипа - форсунки расположены в шахматном порядке на внутренней стороне емкости, крышки и керне; керн прикреплен к крышке; количество форсунок должно быть таким, чтобы обеспечивалось полное покрытие поверхности бухты струями капельной жидкости; катанка размещена в решетчатом контейнере; толщина бухты катанки составляет не более 0,16 м.
Расположение форсунок в шахматном порядке на внутренней стороне емкости, крышки и керна обеспечивает полное покрытие поверхности бухты струями капельной жидкости. Размещение бухты катанки в решетчатом контейнере исключает потерю формы и запутывание витков при дальнейшем волочении. Расчетным путем установлена взаимосвязь толщины бухты и скорости охлаждения, достаточной для закалки бухты катанки больших размеров. Установлено, что толщина стенки бухты катанки должна составлять не более 0,16 м.
Отличительные признаки в совокупности с известными позволяют повысить интенсивность охлаждения бухты алюминиевой катанки больших размеров до скорости 17°C/с.
Предлагаемое устройство иллюстрируется чертежами, представленными на фиг.1-3.
На фиг.1 представлена расчетная зависимость температуры среднего слоя бухты от времени охлаждения, где показана толщина бухты: 1 - 0,16 м; 2 - 0,22 м; 3 - 0,24 м. Расчетные кривые охлаждения (фиг.1) получены при моделировании процесса закалки с помощью пакета прикладных программ ANSYS. При толщине бухты 0,16 м температура упадет с 520°C до 150°C за 22 с, что обеспечит скорость 17°C/с.
На фиг.2 изображена схема устройства для закалки бухты катанки из алюминиевого сплава (крышка приподнята).
На фиг.3 изображено расположение форсунок в шахматном порядке.
Устройство состоит из емкости 1 (фиг.2) с крышкой 2, к которой крепится керн 3. На внутренней стороне емкости 1, крышки 2 и керне 3 размещены форсунки 4 для подачи охлаждающей воды, соединенные с трубопроводом 5. Форсунки 4 установлены в шахматном порядке (фиг.3). Количество форсунок 4 должно быть таким, чтобы обеспечивалось полное покрытие поверхности бухты 6 струями капельной жидкости. В нижней части емкости имеется патрубок 7 для слива воды, в верхней части емкости расположен патрубок 8 для отвода пара. Бухта 6 катанки помещена в контейнер 9, состоящий из поддона и цилиндрической части. Контейнер 9 имеет решетчатую конструкцию с крупными ячейками.
Устройство работает следующим образом.
2
Бухту 6, намотанную на контейнер 9, достают из печи нагрева и помещают в емкость 1, крышку 2 закрывают. Воду подают через трубопровод 5 к форсункам 4. Давление в трубопроводе 5 должно обеспечивать скорость струи капельной жидкости не менее 15 м/с для создания коэффициента теплоотдачи 30000-40000 Вт/(м·°С) [1]. Пар выходит через патрубок 8, излишки воды сливаются через патрубок 7. После завершения охлаждения отключают подачу воды, крышку 2 открывают, бухту 6 извлекают.
Преимущество изобретения состоит в том, что оно позволяет закаливать бухту катанки больших размеров.
Литература
1. Юдаев Б.Н. Техническая термодинамика. Теплопередача: Учеб. для неэнергетич. спец. втузов. - М.: Высш. Шк., 1988. - 479 с.
2. Машиностроение. Справочник. Энциклопедия. Под ред. Фролова К.В. т.2-3, 2001.