УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИНТЕНСИФИКАЦИИ ОХЛАЖДЕНИЯ СТОПЫ РУЛОНОВ ВОДОВОЗДУШНОЙ СМЕСЬЮ

Полезная модель относится к области обработки металлов давлением, в частности, к охлаждению рулонов горячекатаной металлической полосы.
Известны устройства для направления потоков теплоносителя на основания установленных в стопу рулонов (конвекторные кольца и крышки) применяемые при отжиге стоп рулонов в колпаковых печах [1.Аптерман В.Н., Двейрин Е.Г., Тымчак В.М. Колпаковые печи. М., Металлургия. 1965, с.123-124.] и в установках ускоренного охлаждения рулонов (УОР) [2.Пат.RU №2116147 по заяв. №97101752 от 04.02.1998 г..].
Конвекторные кольца, применяемые в колпаковых печах [1], представляют собой диски с ребрами на обеих плоскостях, образующие с поверхностью основания рулонов большое число каналов малого сечения. Основная их функция заключается в содействии равномерному прогреву металла по радиальному сечению установленных в стопу рулонов. Поэтому, форма и размеры каналов у этих дисков оптимизированы для использования, применяемых в колпаковых печах, газовых теплоносителей - водорода, азота и их смеси.
В установках УОР [2], между рулонами стопы, также устанавливаются диски с ребрами на обеих плоскостях, но со значительно большим сечением каналов для прохождения охлаждающего воздуха. Недостатками этого устройства является использование для охлаждения малоэффективного газообразного охладителя (воздуха) и неэффективность каналов образуемых ребрами, особенно на верхней плоскости дисков, так как потоки теплоносителя проходящие вдоль стопы рулонов, в районе стенок, активно заходят в каналы под нижней плоскостью диска, тем самым образуют некоторое разрежение на входе в каналы над верхней плоскостью диска. В
этих каналах движение теплоносителя, практически, отсутствует. В самом канале, образованном плоскостями ребер, диска и поверхностью основания охлаждаемого рулона, скорость движения воздушных потоков неравномерна - у гладкой стенки диска она намного выше, чем у неровной поверхности основания рулона. Это приводит к соответствующей неравномерности в интенсивности охлаждения поверхности диска и основания рулона.
Наиболее близким к заявленному устройству, является техническое решение [3. Пат. РФ №2292402 по заяв. №2005106139 от 05.03.2005 г.], включающее в свою конструкцию межрулонные проставки и верхнюю крышку стопы рулонов, с ребрами жесткости, образующими зазоры у всех оснований охлаждаемых рулонов, а в качестве теплоносителя используется водовоздушная смесь.
В известном устройстве сохраняется присущий такой конструкции недостаток - слабый теплоотвод от нижнего основания рулона, установленного над верхней плоскостью рулона межрулонной проставки.
Кроме того, у известного устройства, использующего в качестве теплоносителя водовоздушную смесь, имеется еще более серьезный недостаток. Специфика двухфазного теплоносителя заключается в его склонности к расслаиванию и отставанию тяжелой фазы (в данном случае воды) при движении по горизонтальным каналам. В результате при движении водовоздушной смеси в каналах под межрулонной проставкой (соответственно над верхним основанием нижнего рулона) вода выделяется из смеси на менее нагретую поверхность основания проставки в форме диска, а не на основание рулона. Более интенсивному охлаждению при этом подвергнется, в первую очередь не рулон, а диск проставки, который изолирован от прямого теплового контакта с рулоном воздушными прослойками, образованными ребрами жесткости. Поэтому конвекторные кольца межрулонные проставки и крышки подобных конструкций, не эффективны вследствие сепарации капель воды на поверхности проставки (крышки), а не на охлаждаемом металле. К тому же, образовавшиеся капли
воды воздушным потоком, по этой же гладкой, горизонтальной поверхности диска проставки (крышки) выбрасываются из каналов в атмосферу цеха, не выполнив свою функцию - интенсивного отвода тепла от металла рулона.
Технический результат настоящей полезной модели заключается в сокращении времени охлаждения горячекатаной полосы в рулоне с возможностью выравнивания значений физико-механических свойств металла по длине.
Указанный технический результат достигают тем, что в известном техническом решении для охлаждения полос в рулонах водовоздушной смесью, имеющем межрулонные проставки и верхнюю крышку с ребрами жесткости, образующими зазоры у всех оснований охлаждаемых в стопе рулонов, между ребрами жесткости установлены плоскости от окружности внутренней полости рулона до окружности середины толщины его намотки. Плоскости выполнены с уклоном в сторону внешних витков рулона, причем величина зазора между основанием рулона и нижним краем наклонной плоскости составляет 0,15...0,30 от величины зазора между основанием рулона и верхним краем этой плоскости.
нар
вн
ср
На фиг.1 представлено устройство для интенсификации охлаждения двухфазным теплоносителем (водовоздушной смесью) оснований рулонов, установленных в стопу: в виде межрулонной проставки, позиция А, или крышки стопы, позиция Б, состоящее из диска 1 диаметром D, с прикрепленными на нижней стороне диска 1 радиальными ребрами жесткости 2 высотой Н, а между ребрами 2 закреплены наклонные плоскости 3, протяженностью L, от окружности внутренней полости рулона D до окружности середины толщины его намотки D. Наклонная плоскость 3 закреплена между ребрами 2 таким образом, чтобы величина зазора h между нижней плоскостью ребер 2 и нижним краем наклонной плоскости 3 составляла 0,15...0,30 от величины зазора Н между нижней плоскостью ребер 2 и верхним краем плоскости 3.
вн
нар
cp
На фиг.2 представлена работа предлагаемого устройства в виде межрулонной проставки, фиг.2А, и крышки, фиг.2Б, установленных на верхние основания горячих рулонов 4 с одинаковыми внутренними диаметрами D, а их максимальный наружный диаметр не превышает D, которые собраны в стопу. Поток водовоздушной смеси 5, проходящий во внутренней полости стопы рулонов 4 носит Т-образный характер, т.е. теплоноситель из восходящего вертикального потока по полости стопы направляется в горизонтальные потоки каналов межрулонной проставки или крышки. Водовоздушный поток, поступающий в пространство между основанием рулона 4 и наклонной плоскостью 3 через зазор высотой Н, выходит из него через зазор высотой h=0,15...0,4H. При этом скорость потока и его теплоотводящие свойства увеличиваются пропорционально уменьшению высоты зазора на выходе. Кроме того, на плоскостях 3 происходит сепарация воды из водовоздушной смеси. Капли воды, прилипшие к этим плоскостям, под действием водовоздушного потока увеличившейся скорости, будут стекать по наклону, сливаясь в пленку. Наклонные плоскости 3, протяженностью L, заканчиваются на средине намотки рулона (D), т.е. в районе наиболее горячих витков рулона. Дойдя до края плоскости, одиночная капля или водяная пленка срываются под действием гравитационных и аэродинамических сил и направляются в самое горячее место основания рулона в точке, соответствующей нижнему этих плоскостей 3. Кроме того, нижний край наклонной плоскости, являясь плохо обтекаемым телом, завихривает поток в зазоре под межрулонной проставкой, дополнительно увеличивая теплоотдачу именно в центральной части рулона.
Интервал высоты зазора h от 0,3Н до 0,15Н выбран по критерию оптимальности соотношения угла наклона плоскостей 3 и количества проходящей через горизонтальный канал водовоздушной смеси.
Для оптимизации расхода теплоносителя, межрулонные проставки, при использовании в качестве охладителя двухфазной среды, не должны
оснащаться ребрами жесткости на верхней плоскости диска проставки. Охлаждение же нижнего основания верхнего рулона при использовании подобных межрулонных проставок будет осуществляться только за счет контактной теплопередачи от основания рулона к плоской верхней поверхности, интенсивно охлаждаемой межрулонной проставки.
Результаты испытаний различных технических решений для интенсификации охлаждения стопы рулонов водовоздушной смесью приведены в таблице.
Таблица.
№№ п/п
Вариант
Высота зазора на выходе из горизонтального канала h от Н, мм
Время охлаждения стопы рулонов*),час
Расход воды, кг/ч (при давлен. воздуха 2,0ати)
Разброс по длине готовой полосы значений ударной вязкости, ΔKCV<sub>-60</sub>, Дж/см<sup>2</sup>
1
Устройство по [2]
h=H=50
48
-
28
2
Устройство по[3]
h=H=50
34
250
24
3
Предлагаемая полезная модель
Н=80;h=12...24h=0,15...0,3 Н
31
230
<20
*) Время охлаждения стопы из трех рулонов массой 22 т, с внутренним диаметром 850 мм, из полосы шириной 1620 мм, толщиной 5,6 мм от начальной температуры 450°С до температуры 100°С в самой горячей точке стопы (верхний рулон). Сталь 09Г2СФ.
Источники информации.
1. Аптерман В.Н., Двейрин Е.Г., Тымчак В.М. Колпаковые печи. М., Металлургия. 1965.
2. Пат. RU №2116147 Устройство для охлаждения рулонов горячекатаных полос, по заяв. №97101752 от 04.02.1998 г..].
3. Пат. РФ №2292402 Способ охлаждения горячекатаных полос в рулонах и устройство для его реализации, по заяв. №2005106139 от 05.03.2005 г..