ОХЛАЖДЕНИЕ ПЛОСКОГО ПРОКАТЫВАЕМОГО МАТЕРИАЛА БЕЗ ПОДТЕКАНИЯ ВЕРХНЕЙ БАЛКИ
COOLING OF FLAT ROLLED MATERIAL WITHOUT LEAKAGE OF UPPER BEAM

Область техники
Настоящее изобретение касается устройства для охлаждения плоского прокатываемого материала из металла жидким охлаждающим средством,
- при этом плоский прокатываемый материал перемещается по транспортировочному участку в направлении транспортировки;
- при этом устройство имеет по меньшей мере одну расположенную над транспортировочным участком охлаждающую балку, к которой по питающему трубопроводу подводится жидкое охлаждающее средство;
- при этом охлаждающая балка проходит по существу поперек направления транспортировки и имеет несколько выпускных трубочек;
- причем эти выпускные трубочки имеют каждая впускное отверстие и выпускное отверстие;
- при этом жидкое охлаждающее средство из охлаждающей балки входит в каждую выпускную трубочку через соответствующее впускное отверстие и выходит из каждой выпускной трубочки через соответствующее выпускное отверстие;
- при этом каждая выпускная трубочка имеет, если смотреть в направлении течения жидкого охлаждающего средства, начинающийся от впускного отверстия, проходящий вверх начальный участок, присоединяющийся к нему средний участок и присоединяющийся к нему, проходящий вниз и доходящий до выпускного отверстия концевой участок, так что средний участок содержит точку вершины, в которой протекающее через каждую выпускную трубочку охлаждающее средство достигает высшей точки.
Такое устройство известно, например, из DE 199 34 557 A1, а также из DE 10 2010 049 020 A1.
На участке охлаждения прокатного стана металлический плоский прокатываемый материал охлаждается после прокатки. Этот плоский прокатываемый материал может, например, состоять из стали или алюминия. Речь может идти о полосе или о толстом листе, в зависимости от потребности. В участке охлаждения обычен точный температурный режим для настройки желаемых свойств материала и постоянного поддержания их при низком разбросе. В частности, в случае участка охлаждения, расположенного после группы прокатных клетей, для этой цели вдоль участка охлаждения встроены несколько охлаждающих балок, посредством которых для охлаждения горячего прокатываемого материала по меньшей мере сверху, часто сверху и снизу на плоский прокатываемый материал наносится жидкое охлаждающее средство, чаще всего вода
Уровень техники
У охлаждающих балок из DE 199 34 557 A1, как правильно изложено в DE 10 2010 049 020 1, при отключении подвода охлаждающего средства возникает эффект полного отсасывания из охлаждающей балки через выпускные трубочки по принципу сифона. В течение этого периода времени охлаждающее средство неконтролируемым образом выходит из выпускных трубочек и приводит при этом к неконтролируемому охлаждению плоского прокатываемого материала и связанным с этим негативным эффектам.
Правда, в DE 10 2010 049 020 A1 этот эффект устраняется. Это достигается в DE 10 2010 049 020 A1 за счет того, что каждая отдельная выпускная трубочка комплектуется собственным клапаном для открывания и закрывания данной выпускной трубочки. Поэтому это решение хотя и предотвращает полное отсасывание из охлаждающей балки, но является очень затратным. Кроме того, возможно только простое включение выпускных трубочек (полное открытие или полное закрытие), но не непрерывное регулирование.
Другое решение заключается в том, чтобы выполнить выпускные трубочки в виде прямых трубочек, которые вдаются в охлаждающую балку снизу и достигают там значительной высоты, так что они заканчиваются в верхней области охлаждающей балки. Однако и при этом решении при отключении охлаждающей балки осуществляется значительное подтекание охлаждающего средства. Это решение приводит к хорошим результатам только при интенсивном охлаждении, при котором работают с высокими давлениями.
Краткое изложение изобретения
Задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы создать возможности, посредством которых простыми мерами подтекание охлаждающего средства может ограничиваться до неизбежного минимума.
Задача решается с помощью устройства с признаками п.1 формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления устройства являются предметом зависимых пунктов 2-9 формулы изобретения.
В соответствии с изобретением устройство вышеназванного вида выполняется таким образом, что выпускные отверстия находятся над охлаждающей балкой, и что расстояние по высоте от впускного отверстия до точки вершины по меньшей мере вдвое больше, в частности по меньшей мере втрое больше, чем расстояние по высоте от выпускного отверстия до точки вершины.
Изобретение основывается на том обнаруженном факте, что непосредственно после отключения подвода охлаждающего средства к охлаждающей балке, хотя и существует состояние равновесия, но это состояние равновесия нестабильно. При малейшем нарушении этого состояния равновесия, а такие нарушения возникают на практике всегда, из некоторой части выпускных трубочек вытекает жидкое охлаждающее средство, в то время как через другие выпускные трубочки всасывается воздух. Движущиеся за счет этого в выпускных трубочках количества жидкого охлаждающего средства сначала ускоряются. Это ускорение возрастает, пока всосанный через другие выпускные трубочки воздух не достигнет точки вершины данной выпускной трубочки. После этого движущиеся количества жидкого охлаждающего средства продолжают ускоряться. Однако величина ускорения уменьшается. Ускорение достигает значения нуля, когда всосанный воздух в начальном участке достигает такой же высоты, которую имеет выпускное отверстие данной выпускной трубочки. Этот уровень представляет собой другое, но, в противоположность первому названному состоянию равновесия, стабильное состояние равновесия.
Однако так как к этому моменту времени находящиеся в выпускных трубочках количества охлаждающего средства уже двигаются с некоторой скоростью, движение охлаждающего средства продолжается за пределы этого стабильного состояния равновесия. Но теперь уже движущиеся в выпускных трубочках количества жидкого охлаждающего средства замедляются. Если h обозначается высота, на которую точка вершины каждой выпускной трубочки лежит выше выпускного отверстия данной выпускной трубочки, положение высоты, при котором движущиеся в выпускных трубочках количества жидкого охлаждающего средства приходят в (предварительный) покой, лежит прибл. на 1,5 h ниже выпускного отверстия каждой выпускной трубочки, но максимум на 2 h ниже выпускного отверстия каждой выпускной трубочки. После этого из-за превышения положения стабильного равновесия осуществляется обратное колебание.
Если впускные отверстия выпускных трубочек лежат над названным уровнем прибл. в 1,5 h или, соответственно, 2 h ниже выпускного отверстия каждой выпускной трубочки, в охлаждающую балку может при этом входить воздух. Это приводит к усиленному подтеканию охлаждающего средства. Если, в отличие от этого, впускные отверстия выпускных трубочек лежат по меньшей мере на или под названным уровнем прибл. в 1,5 h или, соответственно, 2 h ниже выпускного отверстия каждой выпускной трубочки, колебания остаются ограниченными находящимися в выпускных трубочках количествами охлаждающего средства. Могут подтекать только лишь эти очень незначительные количества.
Вышеприведенные данные в 1,5 h и максимум 2 h действительны при допущении, что движение охлаждающего средства в выпускных трубочках осуществляется без значительных потерь на трение. Но на практике такие потери на трение имеются. Поэтому они уменьшают интенсивность, с которой охлаждающее средство в выпускных трубочках ускоряется, и увеличивают интенсивность, с которой охлаждающее средство в выпускных трубочках замедляется. Поэтому на практике часто может быть достаточно, если расстояние по высоте от впускного отверстия до точки вершины (только) вдвое больше, чем расстояние по высоте от выпускного отверстия до точки вершины.
Предпочтительно выпускные трубочки установлены на верхней стороне охлаждающей балки. Поэтому условие, что выпускные отверстия находятся над охлаждающей балкой, может достигаться особенно простым образом и в частности, при относительно низкой общей конструктивной высоте охлаждающей балки, включая выпускные трубочки.
Предпочтительно начальные участки выпускных трубочек по меньшей мере частично вдаются в охлаждающую балку. Благодаря этому может получаться как наиболее низкая возможная общая конструктивная высота охлаждающей балки, включая выпускные трубочки.
Предпочтительно начальные участки проходят вертикально. Благодаря этому получается особенно простая конструкция.
Предпочтительно средние участки искривлены и проходят каждый под углом кривизны в 150°-180°. Благодаря этому, несмотря на изменение направления движения охлаждающего средства на противоположное, в выпускных трубочках простым образом может поддерживаться ламинарное течение почти без завихрений.
Предпочтительно длина концевого участка равна 0. Благодаря этому может получаться наиболее низкая возможная общая конструктивная высота охлаждающей балки, включая выпускные трубочки.
Предпочтительно выпускные трубочки, в частности в области их впускных отверстий, имеют каждая гидравлическое сопротивление. Благодаря этому может получаться, в частности, небольшая вертикальная длина начальных участков.
Предпочтительно каждое гидравлическое сопротивление разъемно соединено с соответствующей выпускной трубочкой. Благодаря этому, во-первых, уже впоследствии возможна также адаптация гидравлического сопротивления в соответствии с потребностью. Кроме того, гидравлические сопротивления могут также заменяться, когда они, например, после продолжительной эксплуатации заизвесткованы или иным образом засорены.
Возможно, чтобы выпускные трубочки, в частности в их средних участках, имели сверления для удаления воздуха. Но, как правило, это не требуется.
Краткое описание чертежей
Вышеописанные свойства, признаки и преимущества этого изобретения, а также каким образом они достигаются, становится яснее и отчетливее понятно в контексте последующего описания примеров осуществления, которые поясняются подробнее со ссылкой на чертежи. При этом на схематичном изображении показано:
фиг.1: часть участка охлаждения сверху;
фиг.2: охлаждающая балка с фиг.1 спереди;
фиг.3: сечение охлаждающей балки с фиг.1 по линии III-III на фиг.1;
фиг.4: сечение отдельной выпускной трубочки;
фиг.5: начальный участок выпускной трубочки в сечении и
фиг.6: средний участок выпускной трубочки.
Описание вариантов осуществления
В соответствии с фиг.1-3 в участке охлаждения плоский прокатываемый материал 1 должен охлаждаться. Этот плоский прокатываемый материал 1 состоит из металла, при этом термин «металл» в смысле настоящего изобретения должен также одновременно включать в себя применяемые в промышленном масштабе, широко распространенные сплавы. Например, плоский прокатываемый материал 1 может состоять из стали или алюминия. Плоский прокатываемый материал 1 может представлять собой, например, полосу или толстый лист. Участок охлаждения может быть расположен, например, на выходной стороне многоклетьевой чистовой группы прокатных клетей.
Плоский прокатываемый материал 1 перемещается через участок охлаждения в направлении x транспортировки. Участок охлаждения имеет для этой цели транспортировочный участок, по которому перемещается плоский прокатываемый материал 1. В целях обзорности изображен только один из транспортировочных роликов 2 транспортировочного участка, причем также только на фиг.2.
Для охлаждения плоского прокатываемого материала 1 имеется по меньшей мере одна охлаждающая балка 3. Эта охлаждающая балка 3 расположена над транспортировочным участком. К охлаждающей балке 3 по питающему трубопроводу 4 подводится жидкое охлаждающее средство 5, которым должен охлаждаться плоский прокатываемый материал 1. Порядка ради, следует упомянуть, что также под участком охлаждения могут быть расположены охлаждающие балки, посредством которых охлаждающее средство 5 наносится на плоский прокатываемый материал 1 снизу. Однако эти охлаждающие балки, насколько это касается механико-конструктивного исполнения охлаждающих балок 3, не являются предметом настоящего изобретения. Последующие рассуждения о механико-конструктивном исполнении охлаждающих балок 3 всегда относятся к охлаждающей балке 3 над транспортировочным участком.
Охлаждающая балка 3 проходит по существу поперек направления x транспортировки, то есть в поперечном направлении y. Ширина b охлаждающей балки 3 в поперечном направлении y составляет, как правило, от 1 м до 2 м. Но она может быть также больше или меньше. Например, есть участки охлаждения за так называемыми среднеполосовыми прокатными станами или у групп прокатных клетей для алюминия. В таких случаях ширина b иногда может составлять только 30 см или немного больше. Также есть, например, толстолистовые прокатные станы, у которых ширина b участка охлаждения может составлять до 4 м. Жидкое охлаждающее средство 5, как правило, представляет собой воду или по меньшей мере по существу состоит из воды (доля по меньшей мере 98%). Давление, с которым охлаждающее средство 5 подводится к охлаждающей балке 3, составляет, как правило, от 0 бар до 2 бар, чаще всего примерно 0,8 бар. Охлаждающая балка 2 в этом случае представляет собой балку ламинарного охлаждения.
Охлаждающая балка 3 имеет несколько выпускных трубочек 6. Эти выпускные трубочки 6 имеют каждая впускное отверстие 7 и выпускное отверстие 8. Выпускные отверстия находятся над охлаждающей балкой 3, т.е. над высшей точкой охлаждающей балки 3. Расстояние h0 по высоте от выпускных отверстий 8 до верхней стороны охлаждающей балки 3 должно было бы составлять по меньшей мере 5 см.
Чаще всего выпускные трубочки 6 образуют два ряда, при этом оба ряда проходят в поперечном направлении y. Но в некоторых случаях имеется также только один единственный ряд или имеется больше двух рядов. При наличии нескольких рядов эти ряды находятся на расстоянии друг от друга в направлении x транспортировки. В каждом ряду всегда имеются несколько выпускных трубочек 6. Во многих случаях имеются по меньшей мере 10, иногда даже 20 выпускных трубочек 6 и больше. Расстояние a между выпускными трубочками 6 (измеренное от середины выпускного отверстия 8 до середины выпускного отверстия 8 следующей выпускной трубочки 6) составляет, как правило, прибл. от 4 см до 5 см. Внутренний диаметр d выпускных трубочек 6, см., в частности, фиг.5, составляет, как правило, прибл. от 10 мм прибл. до 20 мм.
Выпускные трубочки 6 выполнены, как правило, одинаково. Поэтому ниже со ссылкой на фиг.4 подробнее поясняется только одна отдельная выпускная трубочка 6. Для других выпускных трубочек 6, ввиду одинакового исполнения, имеют силу аналогичные рассуждения.
В соответствии с фиг.4 выпускная трубочка 6 выполнена таким образом, что жидкое охлаждающее средство 5 из охлаждающей балки 3 входит в каждую выпускную трубочку 6 через впускное отверстие 7 выпускной трубочки 6. В простейшем случае вход осуществляется непосредственно снизу. Начиная от впускного отверстия 7, охлаждающее средство 5 течет в начальном участке 9 вверх. Этот начальный участок 9 может проходить, в частности, вертикально.
К начальному участку 9 присоединяется средний участок 10. В среднем участке 10 жидкое охлаждающее средство 5 перенаправляется, так что оно, полностью или по меньшей мере по существу, течет вниз. В частности, средний участок 10 может быть искривлен с единым радиусом r кривизны, при этом покрываемый средним участком 10 угол α кривизны составляет, как правило, по меньшей мере 150° и максимум 180°.
К среднему участку 10 присоединяется концевой участок 11. Этот концевой участок 11 проходит до выпускного отверстия 8. В концевом участке 11 жидкое охлаждающее средство 5 течет вниз, в идеальном случае вертикально вниз. Затем охлаждающее средство 5 выходит из выпускных трубочек 6 вниз и падает сверху на плоский прокатываемый материал 1.
Концевой участок 11 может быть длиннее или короче. Чем короче может получаться концевой участок 11, тем лучше. В экстремальном случае длина концевого участка 11 может быть равна 0, так что в результате концевой участок 11 выпадает. В результате это означает, что выпускное отверстие 8 может присоединяться непосредственно к среднему участку 10. Это некритично потому, что охлаждающее средство 5 уже в обращенной от начального участка 9 области среднего участка 10 течет сверху вниз.
Вследствие этого конструктивного строения выпускных трубочек 6 средний участок 10 приобретает точку 12 вершины, в которой протекающее через выпускную трубочку 6 охлаждающее средство 5 достигает высшей точки. В точке 12 вершины охлаждающее средство 5 течет горизонтально. Точка 12 вершины может соответствовать, например, самой низкой точке внутреннего поперечного сечения выпускной трубочки 6 в этом месте, самой высокой точке внутреннего поперечного сечения выпускной трубочки 6 в этом месте или некоторой точке между ними, в частности в середине.
Как впускное отверстие 7, так и выпускное отверстие 8 находятся ниже точки 12 вершины. Расстояние h1 по высоте от впускного отверстия 7 до точки 12 вершины больше, чем расстояние h2 по высоте от выпускного отверстия 8 до точки 12 вершины. В частности, расстояние h1 по высоте по меньшей мере вдвое больше расстояния h2 по высоте, например, в 2,5 раза больше. Предпочтительно оно по меньшей мере втрое больше.
Выпускные трубочки 6 не только выполнены одинаково, но и расположены единым образом. Формулировка «расположены единым образом» должна в этой связи означать, что точки 12 вершины лежат на одном едином уровне высоты, что расстояния h1 по высоте равны друг другу, и что расстояния h2 по высоте равны друг другу. При этом впускные отверстия 7 также лежат на одном едином уровне высоты. То же самое относится к выпускным отверстиям 8. Например, точки 12 вершины могут лежать прибл. на 15 см выше верхней кромки охлаждающей балки 3, выпускные отверстия 8 прибл. на 7,5 см выше верхней кромки охлаждающей балки 3, а впускные отверстия 7 прибл. на 15 см ниже верхней кромки охлаждающей балки 3. Однако названные численные значения следует понимать только чисто в качестве примера. Если реализуются названные численные значения, также отношение расстояний h1, h2 по высоте друг к другу составляет 4:1.
Выпускные трубочки 6, соответственно изображению на фиг.1-3, установлены на верхней стороне охлаждающей балки 3. При этом формулировка «установлены на верхней стороне» должна означать, что выпускные трубочки 6 входят в охлаждающую балку 3 сверху. В отличие от этого, это не должно означать, что выпускные трубочки 6 заканчиваются на верхней стороне охлаждающей балки 3. Это хотя и возможно, однако, соответственно изображению на фиг.3, предпочтительно, чтобы начальные участки 9 выпускных трубочек 6 по меньшей мере частично вдавались в охлаждающую балку 3. Конкретно, выпускные трубочки 6 должны вдаваться в охлаждающую балку 3, насколько это возможно. Это важно, в частности, потому что отношение расстояний h1, h2 по высоте друг к другу может максимизироваться без увеличения общей конструктивной высоты охлаждающей балки 3, включая выпускные трубочки 6.
Возможно, чтобы выпускные трубочки 6 по всей своей протяженности, то есть от начального участка 9 до концевого участка 11, имели единое поперечное сечение. Альтернативно возможно, чтобы выпускные трубочки 6, соответственно изображению на фиг.5, имели каждая гидравлическое сопротивление 13. Это гидравлическое сопротивление 13 действует индивидуально для каждой выпускной трубочки 6. Оно уменьшает имеющееся поперечное сечение каждой выпускной трубочки 6. Например, имеющееся поперечное сечение данной выпускной трубочки 6 в области гидравлического сопротивления 13 может составлять от 20% до 80% поперечного сечения данной выпускной трубочки 6 в остальной области. Чаще всего остающееся в области гидравлического сопротивления 13 поперечное сечение составляет от 40% до 60% поперечного сечения в остальной области данной выпускной трубочки 6. Гидравлическое сопротивление, соответственно изображению на фиг.5, может быть расположено, в частности, в области впускных отверстий 7 выпускной трубочки 6.
Каждое гидравлическое сопротивление 13 предпочтительно разъемно соединено с соответствующими выпускными трубочками 6. Например, данное гидравлическое сопротивление 13 соответственно изображению на фиг.5 может быть соединено с соответствующими выпускными трубочками 6 посредством винтового соединения 14, в частности быть ввернуто в соответствующую выпускную трубочку 6.
Выпускные трубочки 6, как правило, за исключением соответствующего впускного отверстия 7 и соответствующего выпускного отверстия 8, закрыты. Но возможно, чтобы выпускные трубочки 6, соответственно изображению на фиг.6, предпочтительно в своих средних участках 10, имели сверления 15 для удаления воздуха. Эти сверления 15 для удаления воздуха, если они имеются, расположены на верхней стороне средних участков 10 и предпочтительно вблизи соответствующей точки 12 вершины. Но в обычном случае сверления 15 для удаления воздуха не требуются.
Соответственно изображению на фиг.1 и 2 в питающем трубопроводе 4 расположен регулировочный клапан 16. Посредством этого регулировочного клапана 16 может настраиваться подводимое к охлаждающей балке 3 количество жидкого охлаждающего средства 5. Регулировочный клапан 16, соответственно изображению на фиг.1, укомплектован устройством 17 управления. Посредством этого устройства 17 управления регулировочный клапан 16 может переводиться из полностью открытого положения в полностью закрытое положение и наоборот.
Настоящее изобретение имеет много преимуществ. В частности, достигается, что после прекращения подвода охлаждающего средства 5 к охлаждающей балке 3 из выпускных трубочек 6 может вытекать исключительно лишь то количество охлаждающего средства 5, которое уже находится в выпускных трубочках 6. Это количество на практике чаще всего равно максимум 1 л и при этом на целый порядок величины (т.е. в 10 раз) меньше, чем в уровне техники. Кроме того, в охлаждающую балку 3 не может попадать воздух из окружающей среды. Подводимое к охлаждающей балке 3 количество охлаждающего средства может настраиваться очень точно.
Хотя изобретение было подробнее проиллюстрировано и описано в деталях на предпочтительном примере осуществления, изобретение не ограничено раскрытыми примерами, и специалистом могут выводиться отсюда другие варианты без выхода из объема охраны изобретения.
СПИСОК ССЫЛОЧНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
1 Прокатываемый материал
2 Транспортировочный ролик
3 Охлаждающая балка
4 Питающий трубопровод
5 Охлаждающее средство
6 Выпускная трубочка
7 Впускные отверстия
8 Выпускные отверстия
9 Начальный участок
10 Средний участок
11 Концевой участок
12 Точка вершины
13 Гидравлическое сопротивление
14 Винтовое соединение
15 Сверления для удаления воздуха
16 Регулировочный клапан
17 Устройство управления
a Расстояние
b Ширина
h0, h1, h2 Расстояния по высоте
r Радиус кривизны
x Направление транспортировки
y Поперечное направление
α Угол кривизны