УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОХЛАЖДЕНИЯ РУЛОНОВ ГОРЯЧЕКАТАНОЙ ПОЛОСЫ ПРИ ОДНОВРЕМЕННОЙ ТЕРМООБРАБОТКЕ ВНЕШНИХ ВИТКОВ

Предлагаемая полезная модель относится к области горячей прокатки, в частности, к охлаждению и термообработке рулонов горячекатаной металлической полосы.
Процесс охлаждения горячекатаной полосы в рулоне с одновременной термообработкой его внешних витков применяется при горячей прокатке полос из стали, склонной к упрочнению при охлаждении на воздухе. После прокатки на непрерывном широкополосовом стане (НШПС) и смотки полосы в рулон, часть ее из середины рулона из-за меньшей скорости охлаждения, чем у внешних витков, обладает требуемыми свойствами и без дополнительной термообработки. Периферийные, быстро охлажденные на воздухе, витки закаливаются и требуется дополнительная термообработка их в устройствах для замедленного охлаждения рулонов.
Существуют технические решения [Аптерман В.Н., Двейрин Е.Г., Тымчак В.М. Колпаковые печи. М., Металлургия. 1965.] использующие для отжига металлической полосы, смотанной в рулон, нагрев, выдержку и охлаждение под теплоизолирующим кожухом (колпаком). При этом термообрабатываемый металл нагревают и выдерживают в нагретом состоянии с использованием внешних по отношению к металлу источников тепловой энергии (горелок или резисторов), что существенно увеличивает материальные затраты.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению по функциональным признакам является устройство для охлаждения рулона горячекатаной стальной полосы [Пат. SU 1584384 А1 по заяв. №4451557/23-02 от 26.07.1988 г], содержащее стенд для установки рулона с секционированным теплоизолирующим кожухом, секции которого выполнены с различной теплопроводностью, увеличивающейся от верхних секций к нижним.
В этом устройстве замедленное охлаждение (термостатирование) происходит при использовании секций с низкой теплопроводностью. Нагрев и выдержка внешних витков рулонов осуществляется за счет тепла внутренних витков без использования внешних источников тепла. Однако подобная конструкция не всегда может обеспечить должное качество металла при охлаждении рулонов по следующим причинам.
Теплоизолирующий кожух устройства затруднительно выполнить герметичным, затруднительно также сохранить его герметичность в процессе эксплуатации т.к. сварные швы теряют герметичность под действием напряжений, возникающих при нагреве (охлаждении) и установке (снятии) кожуха. Сочетание же разрежения, возникшего из-за прогрева воздуха в пространстве под кожухом, с беспрепятственным проникновением атмосферного воздуха через неплотное стыковое соединение кожуха и стенда, обеспечивает циркуляцию холодного воздуха в термостате. Отвод тепла, уносимого потоком циркулирующего воздуха, приводит к замедлению нагрева наружных витков рулона и уменьшению времени их пребывания при достаточной для термообработки температуре. Качество термообработки при этом ухудшается, а значительная группа внешних витков подлежит отбраковке из-за неудовлетворительных значений прочностных характеристик металла (повышенная твердость).
Технический результат использования настоящей полезной модели заключается в повышении качества обрабатываемого в рулоне металла.
3
Указанный технический результат достигается за счет уменьшения проникновения холодного воздуха под футерованный теплоизолирующий кожух, благодаря тому, что по нижнему периметру каркаса кожуха выполнен нефутерованный выступ, а по периметру стенда, в месте соединения его с нефутерованным выступом каркаса кожуха, выполнена полость, образованная двумя параллельными металлическими стенками, расстояние между которыми составляет 2-5 толщины нефутерованного выступа каркаса, а в полость засыпан уплотняющий материал, причем уплотняющий материал характеризуется насыпной плотностью 400…6000 кг/м и имеет средний размер частиц 0,2…10 мм.
На фигуре представлено предлагаемое устройство, которое состоит из кожуха 1, теплоизолированного футеровкой 2 и имеющего нефутерованный выступ каркаса 3 по всему стыковому периметру со стендом 4. Стыковой узел стенда 4, также по всему стыковому периметру имеет полость, которая образована наружной 5 и внутренней 6 стенками, которые параллельны и находятся на расстоянии друг от друга равном 2-5 толщинам нефутерованного выступа каркаса 3, причем наружная стенка 5 выполнена несколько выше внутренней. Периметр наружной стенки 5 оборудован несколькими центрирующими клиньями 7. В полость между наружной и внутренней стенками засыпан уплотняющий материал 8. Наружную и внутреннюю стенки соединяют перегородки 9, на высоте, меньшей высоты внутренней стенки 6.
Устройство работает следующим образом. Перед началом загрузки рулонов с устройства снимают кожух 1. Термостатируемые рулоны 10 устанавливают на стенд 4 стопами, по два или более рулона. Затем рулоны накрывают кожухом 1. Для удобства крановых манипуляций при накрывании нефутерованный выступ каркаса 3 кожуха 1 приводят в соприкосновение с одним или несколькими центрирующими клиньями 7, а затем опускают кожух, нефутерованный выступ каркаса 3 которого, благодаря клиньям 7, попадает в полость между внутренней 6 и наружной 5 стенками. Выступ каркаса 3 под давлением массы кожуха 1 углубляется при этом в засыпку 8, которая и обеспечивает уплотнение по всему стыковому периметру. Перегородки 9 ограничивают опускание кожуха, не позволяя ему углубиться в засыпку чрезмерно и с перекосом.
Так как установка кожуха осуществляется мостовым краном и является достаточно сложной крановой операцией, то расстояние между стенками полости составляет от двух до пяти толщин нефутерованного выступа каркаса. При расстоянии менее двух толщин - попадание выступа в полость будет весьма затруднено; протяженность полости более пяти толщин выступа 3 не создает достаточного уплотнения засыпки у выступа.
Удовлетворительное уплотнение достигается только при определенных параметрах засыпки 8. При среднем размере частиц менее 0,2 мм, засыпка 8 склонна к излишнему уплотнению и массы кожуха 1 будет недостаточно для вдавливания нефутерованного выступа 3 на необходимую глубину стыкового уплотнения. При среднем размере частиц более 10 мм, фильтрация холодного воздуха в зазорах между частицами засыпки 8 столь интенсивна, что достичь необходимого уменьшения отвода тепла от рулонов не удается.
3
3
При насыпной плотности засыпки 8 менее 400 кг/м ее легкие и, следовательно, подвижные частицы слабо препятствуют фильтрация холодного воздуха. Увеличение насыпной плотности засыпки 8 сверх 6000 кг/м нецелесообразно, т.к. не ведет к дальнейшему уменьшению фильтрации холодного воздуха, а при этом, высокая насыпная плотность не позволяет нефутерованному выступу 3 кожуха 1 углубиться в засыпку 8 для создания надежного уплотнения по всему периметру стыка стенда и кожуха.
Такое уплотнение по всему стыковому периметру стенда и футерованного кожуха устраняет беспрепятственный приток холодного атмосферного воздуха в прогретое пространство под кожухом термостата, уменьшает отвод тепла от рулонов, при этом за счет тепла внутренних витков разогреваются до необходимого уровня наружные витки, что и приводит к достижению требуемых механических свойств на внешних витках рулонов.
Рассмотрим работу предлагаемой полезной модели по сравнению с известным устройством без уплотнения на примере охлаждения рулонов горячекатаной полосы из стали марки 30ХГСА массой 18,2 т, сечением 1350×5,2 мм, смотанной при температуре 805°С. Рулоны после горячей прокатки находились под кожухом устройства 24 часа, это должно обеспечить значение твердости металла по всей длине полосы не более 229 НВ (согласно ГОСТ 4543-71). В качестве теплоизоляционного слоя в ножевом уплотнении применялись различные насыпные материалы. Результаты проведенных испытаний приведены в таблице.
3
3
Из приведенных в таблице данных следует, что удовлетворительная твердость металла наружных витков рулона, без уплотнения стыка кожуха со стендом, не достигается (вариант 1 табл.). Удовлетворительная твердость достигается при использовании засыпок со средним размером частиц менее 10 мм и более 0,2 мм при насыпной плотности более 400 кг/м (вар.4, 3), повышение насыпной плотности выше 6000 кг/м не ведет к снижению твердости металла (вар.2, 6).
Таблица.
№№вариантов
Засыпной материал и параметры засыпки: δ - размер частиц, мм; ρ - насыпная плотность, кг/м<sup>3</sup>.
Измеренное значение твердости на наружном витке, НВ
1
Известное устройство, пат.SU №1584384, без уплотнения стыка кожуха и стенда.
235
2
Хромитовая руда δ=0,15-0,2; ρ=6100.
231
3
Диатомитовая крошка δ=0,5-3,0, ρ=403.
229
4
Железная окалина, δ=0,5-9,5; ρ=4700.
226
5
Железная окалина, δ=10-17; ρ=3700.
230
6
Хромитовый концентрат Δ=0,2-0,5; ρ=7900.
230
3
3
Необходимое уплотнение обеспечивается только при определенных фракционных параметрах засыпки. При среднем размере частиц менее 0,2 мм (вар.2) и при среднем размере частиц более 10 мм (вар.5), заданная твердость внешнего витка не достигается, как и при несоответствующей насыпной плотности засыпки менее 400 кг/м или сверх 6000 кг/м, (вар.2, 6).