УСТРОЙСТВО ДЛЯ УСКОРЕННОГО ОХЛАЖДЕНИЯ И ГИДРОТРАНСПОРТИРОВАНИЯ УГЛОВОГО ПРОКАТА

Полезная модель относится к черной металлургии, в частности, к области термической обработки и гидротранспортирования прокатных изделий в линии прокатного стана, и может быть использована для термического упрочнения углового проката средних профилеразмеров, из низколегированных и углеродистых сталей.
Известно устройство для охлаждения прокатного профиля преимущественно для термической правки профиля с асимметричной формой поперечного сечения, содержащее входную воронку, опоры, воздушный отсекатель, установленный на опорах корпус, выполненный из двух - верхней и нижней частей с образованием между ними направляющего канала со сливными отверстиями, установленными по периметру направляющего канала, укрепленными на нижней или верхней части корпуса с возможностью поворота трубы с патрубками с соплами на угол 5-10, а также размещенные на входной стороне устройства резервуары для воды, а патрубки с соплами подсоединены к этим резервуарам. В выходном отверстии сопла установлен, с возможностью вращения, шарик со сквозным осевым отверстием, выполненным с расширением с одной стороны в виде конуса, трубы с патрубками и соплами размещены симметрично в верхней и нижней частях, причем число сопел труб составляет 4-10. По боковым сторонам направляющего канала и в нижней его части установлены сменные изнашиваемые планки (RU 1831391, МПК 5 В 21 В 45/02, 1993 г.).
При охлаждении данным устройством не обеспечивается получение равномерного распределения свойств по сечению раската из-за смещения профиля относительно струй охладителя, что приводит к значительному короблению уголка.
Наиболее близким к заявляемому по технической сущности и достигаемому положительному результату является устройство для охлаждения фасонных профилей проката, содержащее корпус, выполненный из верхней и нижней частей с образованием между ними направляющего канала со сливными отверстиями, трубы с соплами, оси которых лежат в одной плоскости, патрубки для подвода охладителя, размещенное в направляющем канале по всей его длине металлическое тело в виде призмы, закрепленной одной из своих граней на одной из частей корпуса, и расположены параллельно свободным граням призмы направляющие, трубы с соплами размещены против каждого ребра призмы так, что оси сопел и ребро лежат в одной плоскости, проходящей через биссектрису угла, образованного прилегающими к ребру гранями и на направляющих с возможностью перемещения поперечно продольной оси устройства, а в теле призмы выполнены сквозные отверстия с размещенными в них соплами, при этом корпус снабжен жестко закрепленной на одной из его частей упругой пластиной, свободный конец которой размещен в сливном отверстии. При этом пластина снабжена средством для регулирования ее жесткости, сопла установлены в отверстиях призмы эксцентрично оси сквозных отверстий (RU 2212295, МПК 7. В 21 В 45/02, 2003 г.).
Недостатками известного устройства являются:
- наличие в устройстве элемента, препятствующего отводу отработанного охладителя и способствующего его накоплению в направляющем канале, что приводит к снижению эффективности охлаждения проката и получению нестабильных механических свойств по его длине из-за постоянно меняющейся разницы температур отработанного и подаваемого на элементы профиля охладителя;
- размещенное в направляющем канале по всей его длине металлическое тело в виде призмы затрудняет термическую правку проката, так как не позволяет регулировать количество и скорость истечения охладителя на элементы профиля снизу.
- наличие труб с соплами, установленных на направляющих с возможностью перемещения поперечно продольной оси устройства, снижает надежность работы устройства из-за невозможности оперативной корректировки их положения, а для охлаждения и гидротранспортирования проката близких профилеразмеров требуется дополнительная настройка с иной ориентацией труб с соплами.
Задачей заявляемой полезной модели является повышение эффективности охлаждения углового проката при заданном сочетании пластических и прочностных свойств, их равномерное распределение по длине и сечению проката, обеспечение его термической правки, а также создание надежной конструкции с универсальными узлами, позволяющей без дополнительной настройки проводить охлаждение и гидротранспортирование проката близких профилеразмеров.
Поставленная задача достигается тем, что устройство для ускоренного охлаждения и гидротранспортирования углового проката, содержащее корпус, выполненный из верхней и нижней частей с образованием между ними направляющего канала, патрубки для подвода охладителя, сопла и сливные отверстия, согласно полезной модели оно снабжено герметично соединенными модулями, последовательно по ходу прокатки жестко закрепленными на корпусе, предназначенном для подвода охладителя, при этом первый по ходу прокатки модуль разделен на участки камерой для отвода охладителя со сквозными и сливными отверстиями, патрубками для отвода охладителя, у последнего по ходу прокатки модуля посередине верхней части корпуса неподвижно установлена вертикальная перегородка; причем в каждом модуле на боковых и нижней гранях направляющего канала жестко закреплены расположенные равномерно ряды сменных направляющих пластин и сопла, при этом в первом по ходу прокатки модуле на боковых гранях - сопла размещены рядами под углом 45° относительно оси прокатки, на нижней грани в первом участке - они ориентированы вдоль оси прокатки, на втором его участке - перпендикулярно оси прокатки, а в последнем по ходу
прокатки модуле на боковых гранях направляющего канала сопла размещены перпендикулярно его ребру, а на нижней грани -  перпендикулярно оси прокатки.
Целесообразно, чтобы расстояние между рядами сопел, расположенными на боковых гранях направляющего канала первого и второго участка первого по ходу прокатки модуля было выдержано 0,5-1,0 диаметра сопла, количество рядов сопел, расположенных на боковых гранях направляющего канала первого участка первого по ходу прокатки модуля было равно 2-3, а на втором его участке - 4-6.
Целесообразно, чтобы расстояние от ребра направляющего канала первого по ходу прокатки модуля до первого ряда сопел было равно 1,0-1,5 диаметра сопла.
Целесообразно, чтобы сопла, установленные на нижней грани направляющего канала первого по ходу прокатки модуля, и на боковых, нижней гранях последнего по ходу прокатки модуля, были изготовлены щелевыми.
Целесообразно, чтобы сопла, установленные на нижней грани направляющего канала первого участка первого по ходу прокатки модуля, были скомпонованы попарно на расстоянии 0,3-0,5 длины сопла между собой и на расстоянии 2-4 длины сопла между парами сопел.
Целесообразно, чтобы расстояние между соплами нижней грани направляющего канала второго участка первого по ходу прокатки модуля было равно 3-5 длины сопла.
Целесообразно, чтобы расстояние между соплами боковых граней направляющего канала последнего по ходу прокатки модуля было равно 3-5 длины сопла.
Целесообразно, чтобы расстояние между соплами нижней грани направляющего канала последнего по ходу прокатки модуля было равно 6-8 длины сопла.
Целесообразно, чтобы сопла боковых и нижней граней последнего по ходу проката модуля были ориентированы навстречу движущемуся прокату.
Целесообразно, чтобы сливные отверстия камеры для отвода охладителя и последнего по ходу прокатки модуля были выполнены прямоугольным.
Целесообразно, чтобы диаметр сквозных отверстий камеры для отвода охладителя был равен 2-3 диаметра сопла первого участка первого по ходу прокатки модуля.
Целесообразно, чтобы площадь сливных отверстий камеры для отвода отработанного охладителя была равна 15-17 площадей щелевых сопел первого участка первого по ходу прокатки модуля, а площадь сливных отверстий последнего по ходу прокатки модуля - 30-34 площадей щелевых сопел первого участка первого по ходу прокатки модуля.
Техническим результатом настоящей полезной модели является повышение эффективности охлаждения углового проката при заданном сочетании пластических и прочностных свойств, их равномерное распределение по длине и сечению проката, обеспечение его термической правки, а также создание надежной конструкции с универсальными узлами, позволяющей без дополнительной настройки проводить охлаждение и гидротранспортирование проката близких профилеразмеров.
Достижение указанного технического результата обеспечивается тем, что устройство снабжено герметично соединенными модулями, последовательно по ходу прокатки жестко закрепленными на корпусе, предназначенном для подвода охладителя, при этом первый по ходу прокатки модуль разделен на участки камерой для отвода охладителя со сквозными и сливными отверстиями, патрубками для отвода охладителя, у последнего по ходу прокатки модуля посередине верхней части корпуса неподвижно установлена вертикальная перегородка; причем в каждом модуле на боковых и нижней гранях направляющего канала жестко закреплены расположенные равномерно ряды сменных направляющих пластин и сопла, при этом в первом по ходу прокатки модуле на боковых гранях - сопла размещены рядами под углом 45° относительно оси прокатки, на нижней грани в первом
участке - они ориентированы вдоль оси прокатки, на втором его участке - перпендикулярно оси прокатки, а в последнем по ходу прокатки модуле на боковых гранях направляющего канала сопла размещены перпендикулярно его ребру, на нижней грани - перпендикулярно оси прокатки, при этом расстояние между рядами сопел, расположенных на боковых гранях направляющего канала первого и второго участков первого по ходу прокатки модуля, равно 0,5-1,0 диаметра сопла, а количество рядов сопел, расположенных на боковых гранях направляющего канала первого участка первого по ходу прокатки модуля равно 2-3, а на втором его участке - 4-6, расстояние от ребра направляющего канала первого по ходу прокатки модуля до первого ряда сопел равно 1,0-1,5 диаметра сопла, сопла, установленные на нижней грани направляющего канала первого по ходу прокатки модуля, и на боковых, нижней его гранях последнего по ходу прокатки модуля, изготовлены щелевыми, а сопла, установленные на нижней грани направляющего канала первого участка первого по ходу прокатки модуля, скомпонованы попарно на расстоянии 0,3-0,5 длины сопла между собой и на расстоянии 2-4 длины сопла между парами сопел, расстояние между соплами нижней грани направляющего канала второго участка первого по ходу прокатки модуля равно 3-5 длины сопла, расстояние между соплами боковых граней направляющего канала последнего по ходу прокатки модуля равно 3-5 длины сопла, расстояние между соплами нижней грани направляющего канала последнего по ходу прокатки модуля равно 6-8 длин сопла, сопла боковых и нижней граней последнего по ходу проката модуля ориентированы навстречу движущемуся прокату, сливные отверстия камеры для отвода охладителя и последнего по ходу прокатки модуля направляющего канала выполнены прямоугольным, диаметр сквозных отверстий камеры для отвода отработанного охладителя равен 2-3 диаметра сопла первого участка первого по ходу прокатки модуля, площадь сливных отверстий камеры для отвода отработанного охладителя равна 15-17 площадей щелевых сопел первого участка первого по ходу прокатки модуля, а площадь сливных отверстий последнего
по ходу прокатки модуля - 30-34 площадей щелевых сопел первого участка первого по ходу прокатки модуля.
Сбалансированность количества подаваемого на поверхность углового проката охладителя установленными в определенном сочетании охлаждающими соплами на верхней, нижней частях направляющего канала и своевременный отвод отработанного охладителя через сливные отверстия первого по ходу прокатки модуля, сквозные и сливные прямоугольные отверстия камеры для отвода охладителя, сливные прямоугольные отверстия последнего по ходу прокатки модуля обеспечивают повышение эффективности охлаждения проката, получение заданного сочетания пластических и прочностных свойств, а также их равномерное распределение по длине и сечению проката.
Использование в качестве охлаждающих узлов жестко закрепленных и расположенных равномерно на боковых и нижней гранях направляющего канала сопел, а также сменных направляющих пластин гарантирует точность попадания на элементы профиля струй охладителя. Для гибкого управления термической правкой, интенсификации процесса охлаждения вершины уголка снизу и компенсации воздействия друг на друга излучения обращенных вниз граней профиля, сопла, установленные на нижней грани направляющего канала первого по ходу прокатки модуля и на боковых, нижней гранях направляющего канала последнего по ходу прокатки модуля, изготовлены щелевыми. Причем, наличие в устройстве универсальных узлов, их взаимосвязь и конструктивное выполнение позволяет охлаждать прокат близких профилеразмеров без дополнительной настройки.
Для обеспечения термической правки проката за счет оптимального распределения охладителя по сечению уголка устройство снабжено последовательно по ходу прокатки жестко закрепленными на предназначенном для подвода охладителя корпусе и герметично соединенными модулями, причем, на первом по ходу прокатки модуле обеспечивается повышенный отбор тепла от вершины профиля за счет подачи охладителя через жестко
закрепленные, расположенные равномерно рядами под углом 45° относительно оси прокатки сопла, размещенные на боковых гранях направляющего канала, скомпонованные попарно, а также через ориентированные вдоль оси прокатки щелевые сопла на нижней грани направляющего канала. Интенсивный теплосъем по сечению проката на втором участке первого по ходу прокатки модуля достигается посредством подачи охладителя через жестко сопла, жестко закрепленные, равномерно расположенные на боковых гранях направляющего канала рядами под углом 45° относительно оси прокатки, и ориентированные перпендикулярно оси прокатки щелевые сопла нижней грани направляющего канала. В результате чего выравниваются температуры наиболее массивной части профиля - вершины и наименее массивной - полок уголка.
Окончательное охлаждение уголка производится в последнем по ходу прокатки модуле интенсивной подачей охладителя на элементы профиля через щелевые сопла боковых и нижней граней направляющего канала.
Термическая правка проката осуществляется дифференцированной подачей охладителя патрубками для подвода охладителя на каждую полку уголка за счет неподвижно установленной посередине верхней части корпуса неподвижной вертикальной перегородки, а устранение выбросов охладителя на оборудование стана достигается ориентировкой щелевых сопел боковых и нижней граней последнего по ходу прокатки модуля навстречу движущемуся прокату.
Изменение расположения, компоновки охлаждающих устройств, их вида и количества на боковых и нижней гранях направляющего канала первого и второго участков первого по ходу прокатки модуля приводит к несбалансированному теплосъему по сечению профиля, увеличению степени неравномерности распределения свойств по его сечению, возникновению риска "бурения" проката в установке и дополнительной настройки узлов при ускоренном охлаждении уголков близких профилеразмеров.
Наличие камеры для отвода охладителя с выполненными
прямоугольными сливными отверстиями, ее расположение в первом по ходу прокатки модуле, а также наличие в последнем по ходу прокатки модуле прямоугольных сливных отверстий исключают возможность смешения подаваемого и отработанного охладителя и выброса последнего на оборудование стана за счет полного и своевременного удаления охладителя из объема направляющего канала.
При уменьшении диаметра сквозных отверстий камеры для отвода охладителя менее 2-х диаметров сопла первого участка первого по ходу прокатки модуля, площади отверстий прямоугольной формы в камере для отвода отработанного охладителя - менее 15 площадей щелевых сопел первого участка первого по ходу прокатки модуля, а площади сливных отверстий в последнем по ходу прокатки модуле менее 30 площадей щелевых сопел первого участка первого по ходу прокатки модуля приводит к образованию "гидравлической пробки" и, как следствие, к снижению эффективности охлаждения, получению неравномерности распределения механических свойств по длине уголка и ухудшению его термической правки.
Экспериментально установлено, что увеличение диаметра сквозных отверстий камеры для отвода охладителя более 3 диаметров сопла первого участка первого по ходу прокатки модуля и площади отверстий прямоугольной формы в камере для отвода охладителя - более 17 площадей щелевых сопел первого участка первого по ходу прокатки модуля, а площади прямоугольных сливных отверстий последнего по ходу прокатки модуля более 34 площадей щелевых сопел первого участка первого по ходу прокатки модуля нецелесообразно, так как приводит к негативному влиянию на гидротранспортирование и термическую правку проката.
При установке сопел на боковых гранях направляющего канала первого и второго участков первого по ходу прокатки модуля на расстоянии между рядами менее 0,5 диаметра сопла и на расстоянии от ребра направляющего канала первого по ходу прокатки модуля до первого ряда сопел менее 1,0 диаметра сопла, а также при изменении количества рядов сопел,
расположенных на боковых гранях направляющего канала первого участка первого по ходу прокатки модуля менее 2, снижается эффективность охлаждения вершины уголка и, как следствие, ухудшается термическая правка проката.
При расстоянии между рядами сопел более 1,0 диаметра сопла и расстоянии от ребра направляющего канала первого по ходу прокатки модуля до первого ряда сопел более 1,5 диаметра сопла невозможно проводить без дополнительной настройки охлаждение и гидротранспортирование проката близких профилеразмеров, а также получить необходимую сплошность охлаждения массивной части уголка сверху, что приводит к неравномерному распределению прочностных и пластических свойств по сечению проката.
При установке рядов сопел, расположенных на боковых гранях направляющего канала второго участка первого по ходу прокатки модуля, менее 4 и более 6 не обеспечивается достаточная эффективность охлаждения полок уголка, а установка рядов сопел, расположенных на боковых гранях направляющего канала первого участка первого по ходу прокатки модуля, менее 2 и более 3 приводит к несбалансированности температур вершины и полок уголка, в результате чего после охлаждения наблюдается неравномерность распределения пластических и прочностных свойств по сечению проката и ухудшается термическая правка уголка.
Установка сопел нижней грани направляющего канала последнего по ходу прокатки модуля на расстоянии между ними менее 6 или более 8 длины сопла, а сопел боковых граней направляющего канала последнего по ходу прокатки модуля на расстоянии между ними менее 3 и более 5 длин сопла, а также изменение их ориентации относительно оси прокатки приводит к неравномерному охлаждению проката по длине и выбросам охладителя из установки.
Полезная модель поясняется чертежами, где на фиг.1 показан общий вид устройства в продольном разрезе, на фиг.2 и 3 - поперечный разрез первого и второго участков первого по ходу прокатки модуля соответственно, на фиг.4 - поперечный разрез второго по ходу прокатки модуля, на
фиг.5 - поперечный разрез камеры сброса охладителя.
Устройство для ускоренного охлаждения и гидротранспортирования углового проката содержит корпус 1, выполненный из верхней 2 и нижней 3 частей с образованием между ними направляющего канала 4, патрубки для подвода охладителя 5, сопла 6 и сливные отверстия 7 и снабжено герметично соединенными модулями 8 и 9, последовательно по ходу прокатки жестко закрепленными на корпусе 1, предназначенном для подвода охладителя, при этом первый по ходу прокатки модуль 8 разделен на участки камерой для отвода охладителя 10 со сквозными 11, сливными 12 отверстиями и патрубками для отвода охладителя 13, у последнего по ходу прокатки модуля 9 посередине верхней части корпуса 2 неподвижно установлена вертикальная перегородка 14, а сливные отверстия 15 модуля 9 выполнены прямоугольными; причем в каждом модуле жестко закреплены расположенные равномерно на боковых и нижней гранях направляющего канала 4 ряды сменных направляющих пластин 16 и сопла 6, 17 и 18, при этом сопла 6 размещены на боковых гранях направляющего канала 4 первого по ходу прокатки модуля 8 рядами под углом 45° относительно оси прокатки, а в последнем по ходу прокатки модуле щелевые сопла 17 расположены в ряд на боковых гранях направляющего канала 4 перпендикулярно его ребру, на нижней грани направляющего канала 4 в первом участке первого по ходу прокатки модуля 8 щелевые сопла 18 ориентированы вдоль оси прокатки, а на втором его участке и в последнем по ходу прокатки модуле 9 - перпендикулярно оси прокатки.
Устройство работает следующим образом. Охладитель через патрубки 5 под давлением поступает в верхнюю 2 и нижнюю 3 части корпуса 1, откуда через сопла 6, 17 и 18 поступает в направляющий канал 4 с жестко закрепленными, расположенными равномерно в ряд на его боковых и нижней гранях сменными направляющими пластинами 16. Разогретый раскат поступает в направляющий канал 4 первого по ходу прокатки модуля 8, где на первом его участке охлаждается массивная часть проката - вершина уголка:
из расположенных 2-3 рядами сопел 6 сверху, а снизу - через попарно расположенные щелевые сопла 17, а затем прокат поступает в камеру для отвода охладителя 10. Отработанный охладитель через сливные отверстия 7 корпуса 1, сквозные 11, сливные 12 отверстия и патрубки для отвода охладителя 13 камеры для отвода охладителя 10 удаляется в корпус 1 и далее - в канализацию. После камеры для отвода охладителя 10 уголок следует во второй по ходу прокатки охлаждающий участок первого модуля 8, где под воздействием охладителя, поступающего из расположенных 4-6 рядами сопел 6 верхней и сопел 18 нижней частей направляющего канала 4 охлаждается по всему сечению. Далее прокат, проходя через второй по ходу прокатки модуль 9, окончательно охлаждается потоком охладителя, подаваемого через ориентированные перпендикулярно оси прокатки щелевые сопла 18, снизу, а сверху - через щелевые сопла 17, причем подача охладителя через последние осуществляется посредством патрубков для отвода охладителя 5 отдельно на каждую полку уголка за счет неподвижно установленной посередине верхней части корпуса 2 вертикальной перегородки 14. Отработанный охладитель отводится через сливные отверстия 15 модуля 9.
Таким образом, применение предложенного надежного с универсальными узлами для охлаждения и гидротранспортирования проката близких профилеразмеров без дополнительной настройки устройства обеспечивает высокую эффективность охлаждения углового проката и термической правки в линии непрерывного стана при заданном сочетании пластических и прочностных свойств, их равномерное распределение по длине, сечению уголка и прямолинейность проката за счет термической правки.