УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТЕРМИЧЕСКОГО УПРОЧНЕНИЯ И ГИДРОТРАНСПОРТИРОВАНИЯ ПРОКАТНЫХ ИЗДЕЛИЙ

Полезная модель относится к черной металлургии, в частности, к области термического упрочнения и гидротранспортирования прокатных изделий в линии прокатного стана, и может быть использовано для термического упрочнения стержневой арматуры крупного сорта, преимущественно, арматуры диаметром 40-50 мм из экономнолегированных сталей.
Известно устройство для ускоренного охлаждения и гидротранспортирования прокатных изделий, содержащее приемную воронку, отсекающее сопло и ряд последовательно установленных и закрепленных модулей, включающих корпус, форсунку с патрубком для подвода охладителя, связанным посредством разъемного соединения с подающим охладитель трубопроводом, камеру охлаждения, герметично соединенную посредством сальникового уплотнения с камерой для отвода охладителя с патрубками, причем каждый модуль снабжен дополнительно приемной воронкой, отсекающим соплом и установлен на корпусе, который соединен с патрубками камеры для отвода охладителя, при этом модули расположены друг от друга на расстоянии 2-3 диаметров камеры охлаждения, а первый по ходу прокатки модуль снабжен дополнительной камерой для отвода охладителя с патрубками, размещенной перед отсекающим соплом, следующий по ходу прокатки модуль снабжен расположенной между приемной воронкой и форсункой камерой самоотпуска протяженностью 0,6-0,8 длины камеры охлаждения, а в конце последнего по ходу прокатки модуля установлено дополнительное отсекающее сопло, причем соединения приемной воронки с форсункой, форсунки с камерой охлаждения, отсекающего сопла с камерой для отвода охладителя с патрубками, отсекающего сопла с дополнительным отсекающим соплом выполнены разъемными (патент RU 48828, МПК 7 В 21 В 45/02, 2006 г.).
При термическом упрочнении проката диаметром более 36 мм в известном устройстве с данным расположением модулей и их конструктивным выполнением, не обеспечивается получение заданного сочетания прочностных, пластических характеристик и их равномерное распределения по длине изделия.
Известно также устройство для термического упрочнения и гидротранспортирования прокатных изделий, содержащее приемную воронку, отсекающее сопло и ряд последовательно установленных и закрепленных модулей, включающих корпус, форсунку с патрубком для подвода охладителя, связанным посредством разъемного соединения с подающим охладитель трубопроводом, камеру охлаждения, герметично соединенную посредством сальникового уплотнения с камерой для отвода охладителя с патрубками, причем каждый модуль снабжен дополнительно приемной воронкой, установленной после отсекающего сопла и смонтирован на корпусе, который соединен с патрубками камеры для отвода охладителя, а первый по ходу проката модуль снабжен дополнительно камерами для отвода охладителя с патрубками, размещенными попарно и последовательно после камер охлаждения, и камерами самоотпуска, каждая из которых соединена с приемной воронкой и расположена после отсекающего сопла перед форсункой с патрубком для подвода охладителя, при этом протяженность установленных по ходу прокатки камер самоотпуска равна соответственно 2,5-2,8 и 0,6-0,9 длины камеры охлаждения, а последний по ходу прокатки модуль снабжен дополнительно расположенной в его конце форсункой с патрубком для подвода охладителя в сторону, противоположную движению проката и установленным автономно за ней воздушным отсекающим соплом, камерой охлаждения, смонтированной между форсункой с патрубком для подвода охладителя и камерой для отвода охладителя с патрубками, и камерой торможения, расположенной после камеры для отвода охладителя с патрубками и перед форсункой с патрубками для подвода охладителя в сторону, противоположную движению проката, причем протяженность камеры торможения равна 0,65-0,85
длины последней по ходу прокатки камеры охлаждения, а соединения приемной воронки с форсункой с патрубком для подвода охладителя, форсунок с патрубками для подвода охладителя с камерами охлаждения и торможения, между камерами для отвода охладителя с патрубками, отсекающего сопла с камерой для отвода охладителя с патрубками выполнены разъемными. Кроме того, камера самоотпуска жестко соединена с приемной воронкой, а расстояние между отсекающим соплом и приемной воронкой, между камерами самоотпуска и форсункой с патрубком для подвода охладителя равно соответственно 1-3 и 0,5-1,0 диаметра камеры охлаждения (патент RU 53192, МПК 7 В 21 В 45/02, 2006 г.).
Компоновка охлаждающих элементов модуля известного устройства резко снижает прочностные свойства проката диаметром более 40 мм, так как уменьшает время и интенсивность его взаимодействия с охладителем, что недопустимо при термическом упрочении. Монтаж в первом по ходу прокатки модуле камер самоотпуска длиной 2,5-2,8 и 0,6-0,9 длины камеры охлаждения затрудняет управление термическим упрочнением, а также приводит к снижению эффективности гидротранспортирования проката, повышению температуры отогрева его поверхности и, как следствие, не обеспечивает заданного сочетания прочностных, пластических свойств проката и равномерного их распределения по длине. Кроме того, выполнение камеры торможения протяженностью 0,65-0,85 длины последней по ходу прокатки камеры охлаждения не обеспечивает окончательного охлаждения проката до требуемой температуры и возможности регулирования скорости его движения, что также снижает прочностные свойства изделия и оперативность управления термическим упрочнением.
Задачей полезной модели является термическое упрочнение и гидротранспортирование проката и получение заданного сочетания пластических, прочностных свойств с равномерным их распределением по длине, создание надежной и мобильной в обслуживании конструкции.
Поставленная задача достигается тем, что устройство для термического упрочнения и гидротранспортирования проката, содержащее ряд установленных последовательно по ходу прокатки и закрепленных на корпусе модулей, включающих связанные между собой посредством разъемного соединения приемную воронку, форсунку с патрубком для подвода охладителя, подающий охладитель трубопровод, герметично соединенные посредством сальникового уплотнения с камерами для отвода охладителя с патрубками, соединенными с корпусом, камеры охлаждения и камеру торможения, отсекающее сопло, расположенную в конце последнего по ходу прокатки модуля после камеры торможения форсунку с патрубком для подвода охладителя в сторону, противоположную движению проката, а также установленное автономно за ней воздушное отсекающее сопло, согласно полезной модели оно снабжено размещенными между камерами для отвода охладителя, связанными посредством разъемного соединения, форсункой с патрубком для подвода охладителя и камерой охлаждения, при этом длина камер охлаждения равна 25-30 ее диаметра, а протяженность последней по ходу прокатки камеры охлаждения и камеры торможения равна 1,3-2,3 длины камеры охлаждения, расстояние между модулями равно 30-50 диаметров камеры охлаждения, причем форсунка с патрубком для подвода охладителя выполнена сборной из перемещающихся по оси прокатки с возможностью фиксации положения фигурных элементов, установленных с зазорами в виде усеченных конусов, образующие которых наклонены к горизонтали под углом 11-16°, а расстояние между ними равно 2,0-3,0 диаметра камеры охлаждения; причем соединения камеры для отвода охладителя с патрубками и форсунки с патрубком для подвода охладителя выполнено разъемным.
Техническим результатом настоящей полезной модели является термическое упрочнение и гидротранспортирование проката и получение заданного сочетания пластических, прочностных свойств с равномерным их распределением по длине изделия, а также создание надежной и мобильной в обслуживании конструкции.
Достижение указанного технического результата обеспечивается тем, что оно снабжено размещенными между камерами для отвода охладителя, связанными посредством разъемного соединения, форсункой с патрубком для подвода охладителя и камерой охлаждения, при этом длина камер охлаждения равна 25-30 ее диаметра, а протяженность последней по ходу прокатки камеры охлаждения и камеры торможения равна 1,3-2,3 длины камеры охлаждения, расстояние между модулями равно 30-50 диаметров камеры охлаждения, причем форсунка с патрубком для подвода охладителя выполнена сборной из перемещающихся по оси прокатки с возможностью фиксации положения фигурных элементов, установленных с зазорами в виде усеченных конусов, образующие которых наклонены к горизонтали под углом 11-16°, а расстояние между ними равно 2,0-3,0 диаметра камеры охлаждения; причем соединения камеры для отвода охладителя с патрубками и форсунки с патрубком для подвода охладителя выполнено разъемным.
Установка между камерами для отвода охладителя форсунки с патрубком для подвода охладителя и камеры охлаждения обеспечивает глубокое охлаждение поверхности проката и эффективное его гидротранспортирование при термическом упрочнении.
Экспериментально выявлено, что выполнение камер охлаждения длиной менее 25 ее диаметров приводит к резкому снижению прочностных свойств проката.
Протяженность камер охлаждения более 30 ее диаметров приводит к увеличению прочностных свойств проката и резкому снижению пластических, что недопустимо.
Выполнение последней по ходу прокатки камеры охлаждения протяженностью менее 1,3 длины камеры охлаждения снижает прочностные свойства проката из-за недостаточной интенсивности его окончательного охлаждения.
Установка последней по ходу прокатки камеры охлаждения протяженностью более 2,3 длины камеры охлаждения приводит к увеличению толщины закаленного слоя и снижает пластические свойства проката.
Протяженность камеры торможения менее 1,3 длины камеры охлаждения приводит к ускорению проката, снижению эффективности его окончательного охлаждения, что не обеспечивает равномерного распределения по длине и заданного сочетания прочностных, пластических свойств проката.
Выполнение камеры торможения протяженностью более 2,3 длины камеры охлаждения приводит к торможению проката, неравномерному распределению свойств по длине проката и созданию риска аварийной ситуации из-за возможного «забуривания» проката в установке.
Уменьшение расстояния между модулями менее 30 диаметров камеры охлаждения приводит к снижению эффективности гидротранспортирования проката из-за неполной компенсации ускорения, полученного в результате интенсивного воздействия охладителя, подаваемого на поверхность изделия, не обеспечивает получение заданной температуры его поверхности при отогреве, что приводит к неравномерному распределению свойств по длине изделия и снижению его пластических характеристик.
Увеличение расстояния между модулями более 50 диаметров камеры охлаждения приводит к чрезмерному отогреву поверхности проката и его торможению, не обеспечивая заданного сочетания пластических, прочностных свойств и их равномерное распределение по длине проката.
Выполнение форсунки с патрубком для подвода охладителя сборной позволяет оперативно заменять изнашиваемые элементы форсунки, что обеспечивает мобильность ремонта и технического обслуживания устройства.
Перемещающиеся по оси прокатки фигурные элементы форсунки позволяют устанавливать, фиксировать их положение и регулировать ширину зазоров в виде усеченных конусов и расстояние между ними, обеспечивая термическое упрочнение проката и его эффективное гидротранспортирование.
Экспериментально выявлено, что установка фигурных элементов форсунки с зазорами в виде усеченных конусов с расстоянием между зазорами менее 2-х диаметров камеры охлаждения снижает эффективность охлаждения проката из-за образующегося гидравлического подпора, вызванного чрезмерным количеством подаваемого охладителя.
Расстояние между зазорами фигурных элементов форсунки более 3-х диаметров камеры охлаждения, полученное при установке и фиксации их положения, не обеспечивает необходимую глубину охлаждения проката и его гидротранспортирование, что приводит к снижению его прочностных свойств.
При наклоне к горизонтали образующей усеченных конусов зазоров между фигурными элементами под углом менее 11° уменьшается эффективность охлаждения проката из-за появления на его поверхности «паровой рубашки», что снижает прочностные свойства проката.
Наклон образующей усеченных конусов зазоров между фигурными элементами под углом более 16° к горизонтали приводит к снижению гидротранспортирующего действия охладителя, что не обеспечивает требуемой скорости движения проката при термическом упрочнении и равномерное распределение свойств по его длине.
Установка камеры для отвода охладителя с патрубками и форсунки с патрубком для подвода охладителя при помощи разъемного соединения обеспечивает оперативный ремонт и техническое обслуживание устройства.
Конструктивным выполнением охлаждающих элементов, их компоновкой в составе модуля устройства и количеством смонтированных модулей достигается возможность термического упрочнения и гидротранспортирования арматуры диаметром 40-50 мм с заданным сочетанием свойств и равномерным их распределением по длине.
Полезная модель поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен продольный разрез первого по ходу прокатки модуля, на фиг.2 - продольный разрез
последнего по ходу прокатки модуля, а на фиг.3 - продольный разрез форсунки с патрубком для подвода охладителя.
Устройство для термического упрочнения и гидротранспортирования прокатных изделий содержит ряд установленных последовательно по ходу прокатки и закрепленных на корпусе 1 модулей, включающих связанные между собой посредством разъемного соединения 2 приемную воронку 3, форсунку 4 с патрубком для подвода охладителя из подводящего трубопровода 5, камеру охлаждения 6 длиной 25-30 ее диаметра, а также установленные между камерами для отвода охладителя 7 с патрубком 8, соединенным с корпусом 1 и связанные посредством разъемного соединения 2 форсунку 4 с патрубком для подвода охладителя и камеру охлаждения 6. В конце каждого модуля после камеры для отвода охладителя 7 с патрубком 8 установлено отсекающее сопло 9, а расстояние между модулями равно 30-50 диаметров камеры охлаждения 6. Последняя по ходу прокатки камера охлаждения 10 и расположенная перед форсункой 11 с патрубком для подвода охладителя в сторону, противоположную движению проката камера торможения 12 выполнены протяженностью 1,3-2,3 длины камеры охлаждения 6.
Форсунка 4 с патрубком для подвода охладителя выполнена из перемещающихся по оси прокатки с возможностью фиксации контр-гайками 13, 14 и 15 фигурных элементов 16, 17 и 18, установленных с зазорами 19, 20 в виде усеченных конусов, расстояние s между которыми равно 2,0-3,0 диаметра камеры охлаждения 6, угол наклона образующей усеченных конусов зазоров к горизонтали равен 11-16°.
После форсунки 11 с патрубком для подвода охладителя в сторону, противоположную движению проката, установлено автономно воздушное отсекающее сопло 21.
Устройство работает следующим образом. После выхода из последней чистовой клети прокатного стана разогретый прокат через приемную воронку 3 попадает в форсунку 4, в которой передвижением вдоль оси прокатки
двух крайних 16, 17, центрального 18 подвижных элементов и фиксацией этого положения контр-гайками 13, 14 и 15, устанавливается необходимая ширина и расстояние s между зазорами 19, 20 для начального попадания на прокат струи охладителя. Последний из подводящего трубопровода 5 под высоким давлением поступает в форсунку 4, затем через ее зазоры 19 и 20 сформированным фигурными элементами 16, 17, 18 под углом 11-16° к горизонтали потоком производит охлаждение на максимальную глубину поверхности проката, который под действием кинетической энергии движущегося потока охладителя, перемещается в камеру охлаждения 6, где производится дальнейшее его охлаждение, причем одновременно за счет теплопроводности металла снижается и температура осевой зоны проката. Далее из камеры для отвода отработанного охладителя 7, где через патрубок 8 большая часть отработанного охладителя удаляется в корпус 1 устройства, прокат вновь проходит через форсунку 4, соединенную с камерой для отвода охладителя 7 с патрубком 8 посредством разъемного соединения 2, камеру охлаждения 6, где за счет дальнейшего снижения температуры осевой зоны полученная глубина закаленного слоя стабилизируется. Проследовав через камеру для отвода отработанного охладителя 7 с патрубком 8 и отсечное сопло 9, исключающие выброс охладителя из первого по ходу прокатки модуля, прокат минует разрыв между модулями протяженностью 30-50 диаметров камеры охлаждения 6, где отсутствие охладителя приводит к отогреву до заданной температуры поверхности проката за счет сохранившегося тепла осевой зоны. Кроме того, ускорение проката, полученное в результате интенсивного воздействия охладителя, подаваемого на поверхность проката через зазоры 19, 20 форсунок 4, компенсируется при прохождении расстояния между модулями из-за отсутствия в последнем направленного потока охладителя, что обеспечивает равномерное движение проката в устройстве. Новый цикл охлаждения производится в следующих по ходу прокатки модулях, количество которых определяется диаметром проката и уровнем заданных свойств, а конструктивное выполнение модулей аналогично первому. Окончательное
охлаждение проката осуществляется в последнем по ходу прокатки модуле, куда прокат через приемную воронку 3 поступает охлажденным в предыдущих модулях до заданной температуры. Пройдя последовательно через форсунки 4, камеру охлаждения 6, прокат поступает в последнюю по ходу прокатки камеру охлаждения 10, где за счет большей ее длины увеличивается время охлаждения проката, что приводит к значительному снижению температуры его осевой зоны. Миновав камеру для отвода охладителя 7 с патрубком 8 последнего по ходу прокатки модуля, прокат поступает в камеру торможения 12, поток охладителя в которой направлен посредством форсунки 11 в сторону, противоположную движению проката, что обеспечивает интенсивное охлаждение проката до заданной конечной температуры и равномерную скорость его движения при прохождении через последний по ходу прокатки модуль. Для исключения выброса паровоздушной смеси на оборудование стана, после форсунки 11 с патрубком для подвода охладителя в сторону, противоположную движению проката, установлено автономно воздушное отсекающее сопло 21, пройдя через которое прокат отводящим рольгангом транспортируется на холодильник.
Таким образом, применение предложенного надежного и мобильного в обслуживании устройства для термического упрочнения и гидротранспортирования прокатных изделий, например, арматуры из экономнолегированных сталей диаметром 40-50 мм, обеспечивает получение заданного сочетания пластических, прочностных свойств с равномерным распределением их по длине.