ОТКЛОНЯЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛОСЫ И ВАЛКОВАЯ СИСТЕМА
DEFLECTION DEVICE FOR STRIPE AND ROLLING SYSTEM

Изобретение касается отклоняющего устройства для полосы. Отклоняющие устройства для полосы представляют собой экранирующие устройства в прокатных клетях для прокатки обычно металлической полосы. Во время прокатки на валки часто подается среда, используемая при прокатке, такая как охлаждающее средство и/или смазочное средство; тогда отклоняющие устройства для полосы служат дополнительно для предотвращения контакта охлаждающего или смазочного средства с поверхностью металлической полосы. Кроме того, изобретение касается валковой системы, имеющей по меньшей мере один валок и по меньшей мере одно предлагаемое изобретением отклоняющее устройство для защиты полосы.
В отношении более раннего уровня техники ссылаемся на европейские заявки на патент EP 0765696, EP 0513632 и EP 1474253 и публикации США US 5,490,300 и US 6,260,287.
Предлагаемое изобретением отклоняющее устройство для полосы представляет собой усовершенствование отклоняющего устройства для полосы, которое раскрыто в описании изобретения к европейскому патенту EP 0662359. Отклоняющее устройство для полосы, известное из описания изобретения к европейскому патенту EP 0662359 B1, состоит по существу из основной части, имеющей вершину. В основной части выполнена по меньшей мере одна камера сжатого воздуха, а также сопло для выхода сжатого воздуха из камеры сжатого воздуха. Камера сжатого воздуха гидравлически соединена с источником сжатого воздуха, который предоставляет сжатый воздух для камеры сжатого воздуха и сопла. Сопло состоит из гидравлически соединенного с камерой сжатого воздуха первого участка канала сопла и второго участка канала сопла, который расположен последовательно за первым участком канала сопла в направлении потока. Первый участок канала сопла состоит из двух по существу параллельных боковых стенок, при этом одна боковая стенка называется обращенной к вершине основной части, в то время как другая боковая стенка называется обращенной от вершины основной части. В переходе от первого ко второму участку канала сопла боковая стенка, обращенная к вершине основной части, отогнута в направлении вершины основной части с образованием первой кромки отрыва. Второй участок канала сопла образуется по существу продолжением или, соответственно, продолжающим участком боковой стенки, обращенной от вершины основной части, в направлении потока за первую кромку отрыва.
Известное из EP 0662359 B1 отклоняющее устройство для полосы имеет сопло, которое снабжено сплошной щелью, по ширине предназначенной для прокатки или прокатываемой полосы. С помощью этого сопла или, соответственно, выходящего из сопла потока сжатого воздуха с использованием принципа обтекания угла Прандтля-Майера зазор между отклоняющим устройством для полосы и валком, перед которым установлено отклоняющее устройство для полосы, уплотняется от имеющегося охлаждающего или смазочного средства.
Обтекание угла Прандтля-Майера представляет собой феномен из области газодинамики, а именно разворот текучей среды в сверхзвуковой области. Этот эффект изменения направления потока и расширения потока приводит к эффективному уплотнению зазора между бочкой рабочего валка и установленным рядом с бочкой валка отклоняющим устройством для полосы. Конкретно, этот эффект эффективно препятствует проникновению охлаждающего или смазочного средства из области над отклоняющим устройством для полосы в область между отклоняющим устройством для полосы и поверхностью прокатываемой или предназначенной для прокатки полосы. Благодаря высокому всасывающему действию в зазоре между бочкой валка и установленным отклоняющим устройством для полосы даже дополнительный, окружающий воздух из области между отклоняющим устройством для полосы и поверхностью полосы через зазор между валком и отклоняющим устройством для полосы отводится или, соответственно, отсасывается в область над отклоняющим устройством для полосы. Это имеет то преимущество, что указанные среды, используемые при прокатке, больше не могут, мешая, откладываться на полосе. Направление потока воздуха поддерживается так называемым эффектом Коанды, при котором становится заметна тенденция струи текучей среды к движению по выпуклой поверхности вместо отслоения или отрыва.
На практике оказалось, что конструктивное исполнение отклоняющего устройства для защиты полосы, известного из EP 0662359, является не вполне удовлетворительным в отношении разных функций. В частности, недостатки обнаруживает тот факт, что текучая среда, здесь сжатый воздух, должна ускоряться до сверхзвуковой скорости, чтобы с помощью обтекания угла Прандтля-Майера создавать указанное высокое всасывающее действие. Во-первых, недостатком можно назвать связанное со сверхзвуковой скоростью сжатого воздуха высокое шумообразование, а во-вторых, можно упомянуть тоже связанный с этим чрезвычайно высокий и дорогостоящий расход сжатого воздуха. В качестве другого недостатка можно упомянуть, что вследствие сильно закругленной выходной области известного сопла выходящий воздушный поток вследствие эффекта Коанды в значительных частях отводится от поверхности валка, что приводит лишь к субоптимальному действию уплотнения. Причина этого субоптимального действия уплотнения заключается по существу в том, что между отклоненным воздушным потоком и поверхностью валка образуются завихрения, которые частично снова направляют отражаемую среду в непосредственной близости от бочки валка в направлении отклоняющего устройства для полосы, вместо того, чтобы перемещать ее от него.
В основе изобретения лежит задача усовершенствовать известное отклоняющее устройство для полосы для отклонения среды, используемой при прокатке, от металлической полосы в прокатной клети, а также известную валковую систему, имеющую такое отклоняющее устройство для полосы, в том отношении, чтобы улучшалось действие уплотнения отклоняющего устройства для полосы относительно валка в прокатной клети.
Эта задача решается с помощью предмета пункта 1 формулы изобретения. Этот предмет отличается тем, что боковая стенка, обращенная от вершины основной части, отогнута от вершины отклоняющего устройства для полосы с образованием второй кромки отрыва в конце второго участка канала сопла.
Термин «полоса» в смысле настоящего изобретения подразумевает предназначенную для прокатки или прокатываемую металлическую полосу.
Термин «кромка отрыва» в смысле настоящего изобретения подразумевает кромку, контур поперечного сечения которой, если говорить о математически идеальной теории, выполнен плавным, но не дифференцируемым. Первая и вторая кромка отрыва вследствие того, что контур поперечного сечения каждой из них на практике имеет острые края, способствуют тому, что воздушный поток в сопле после прохождения кромки отрыва не может продолжать следовать контуру сопла, то есть сильно не разворачивается, а продолжает течь в первоначальном направлении, как задано перед первым участком канала сопла.
Термин «среда, используемая при прокатке», подразумевает охлаждающую среду и/или смазочную среду, которая наносится на валки или на полосу для прокатки полосы.
Заявленное исполнение второй кромки отрыва дает то преимущество, что воздушный поток в конце второго участка канала сопла фактически по существу продолжает течь в своем прежнем направлении потока к бочке валка или по меньшей мере по касательной вдоль бочки валка, а не следует, как описано выше в уровне техники, вследствие эффекта Коанды кривизне в конце боковой стенки второго участка канала сопла и не отводится от бочки валка. Воздушный поток вплотную по бочке валка, реализуемый благодаря заявленной второй кромке отрыва, предпочтительно способствует тому, что предотвращается образование завихрения воздушного потока в ближней области над отклоняющим устройством для полосы, благодаря чему действие уплотнения отклоняющего устройства для полосы относительно соответствующего валка заметно улучшается, потому что среда, используемая при прокатке, больше не направляется вследствие образования завихрения в направлении отклоняющего устройства для полосы или, соответственно, в направлении его сопла.
Заявленная конструкция второго участка канала сопла, имеющего вторую кромку отрыва, геометрически чрезвычайно проста и поэтому оптимальна по стоимости изготовления. Нет необходимости в изготовлении сложных закруглений и выпуклых поверхностей. Надо только точно задать и выполнить определенную вторую кромку отрыва.
По первому примеру осуществления боковая стенка, обращенная от вершины основной части, образует одну единую плоскость как в области первого участка канала сопла, так и в области второго участка канала сопла.
Когда между уступчатой первой кромкой отрыва и вершиной основной части выполнен каплеобразный выпукло изогнутый контур для направления потока, это дает то преимущество, что четко определяется зазор между отклоняющим устройством для защиты полосы в области между вершиной основной части и соплом и противолежащей бочкой валка, а остальное имеющееся свободное пространство, которое имелось бы без требуемого контура направления потока, заполняется. Заполнение свободного или, соответственно, пустого пространства препятствует образованию нежелательных завихрений с нежелательным обратным воздушным потоком в этой области и, таким образом, улучшается всасывающее действие в зазоре между отклоняющим устройством для полосы и бочкой валка, за счет которого отсасывается среда, используемая при прокатке, в области между отклоняющим устройством для полосы и полосой. Воздух в зазоре без завихрений направляется по поверхности бочки валка.
Изгиб контура для направления потока может быть выполнен предпочтительно тем меньше, чем меньше, т.е. чем острее угол α между направлением R потока в первом участке канала сопла и соединительной линией между вершиной основной части и первой кромкой отрыва.
В качестве источника сжатого воздуха может применяться либо компрессор для получения сжатого воздуха с давлением, например < 3 бар, либо вентилятор для получения сжатого воздуха с давлением, например < 1,5 бар. Важно, что воздушному потоку в сопле в любом случае в настоящем изобретении разрешено достигать только сверхзвуковой скорости; поэтому физический принцип действия эффекта Прандтля-Майера, который справедлив только для сверхзвуковых потоков, на настоящее изобретение больше не распространяется. Использование вентилятора для получения сжатого воздуха дает то преимущество, что предоставляемый таким образом сжатый воздух значительно дешевле, чем обычно имеющийся производственный сжатый воздух. Вследствие ограничения воздушного потока сверхзвуковым диапазоном скорости предпочтительно достигается значительное снижение шумовой нагрузки, а также расхода сжатого воздуха в единицу времени по сравнению с использованием сжатого воздуха в сверхзвуковом диапазоне скорости.
По другому примеру осуществления отклоняющее устройство для защиты полосы в направлении ширины может иметь несколько напорных камер, которые соединены каждая собственным подводящим трубопроводом с источником сжатого воздуха. Предпочтительно каждый из подводящих трубопроводов может запираться индивидуально собственным запорным клапаном. Наличие нескольких напорных камер в сочетании с индивидуальными запорными клапанами дает то преимущество, что используемая ширина отклоняющего устройства для полосы на практике может настраиваться на ширину используемого в данном случае валка или, соответственно, на ширину полосы, при этом, в частности, с помощью запорных клапанов при необходимости может перекрываться снабжение сжатым воздухом краевых областей отклоняющего устройства для полосы. Таким образом могут предпочтительно снижаться производственные расходы, в частности связанные с дорогим расходом сжатого воздуха. Кроме того, описанный вариант осуществления дает преимущество увеличенного разнообразия допустимых рамочных геометрий: спектр толщины полосы и пределы истирания валка могут быть изменяющимися без ухудшения функциональности. Сопло предлагаемого изобретением отражателя распространяется по всей ширине отклоняющего устройства для полосы и может быть выполнено либо в виде щелевого сопла, либо из множества отдельных сверлений.
Область вершины основной части подвергается особенно интенсивному износу, так как при заправке или, соответственно, выпуске полосы и при трещинах на полосе в этой области постоянно возникают высокие нагрузки. Когда вершина основной части отклоняющего устройства для полосы выполнена в виде отдельного конструктивного элемента с возможностью отсоединения от основной части, это дает то преимущество, что эта вершина может легко заменяться как быстроизнашивающаяся деталь. Обычно это значительно дешевле, чем замена всего отклоняющего устройства для полосы. Вершина основной части может быть, например, изготовлена из металла или полимерного материала.
Вышеназванная задача решается также с помощью валковой системы, имеющей по меньшей мере один валок и по меньшей мере одно с зазором установленное перед бочкой этого валка отклоняющее устройство для полосы. При этом отклоняющее устройство для полосы по меньшей мере в области вершины основной части установлено рядом с валком на расстоянии зазора, имеющего ширину зазора от 1 до 9 мм, предпочтительно 5 мм. На первой кромке отрыва заканчивается короткий первый участок канала сопла, и затем воздух течет в последовательно расположенный за ним второй участок канала сопла за верхнюю вторую кромку отрыва. За счет инерции потока поток пробивается оттуда к противолежащей бочке валка и, таким образом, осуществляет бесконтактное уплотнение зазора между бочкой валка и отклоняющим устройством для полосы. Вышеназванная ширина зазора приблизительно до 9 мм позволяет предпочтительно отводить из области воздуха между поверхностью полосы и отклоняющим устройством для полосы существенно больше загрязненного средой воздуха, чем это происходило бы у сопла, работающего со сверхзвуковым сжатым воздухом из уровня техники. У этого известного сопла отношение подводимого сжатого воздуха к отводимому в целом количеству воздуха составляло величину около 1:3. С увеличением воздушного зазора в соответствии с настоящим изобретением приблизительно до 9 мм это отношение увеличивается более чем до 1:4, например 1:5. Таким образом, существенно уменьшается проблема остающихся на полосе частиц среды, используемой при прокатке, благодаря чему существенно улучшается качество полосы. Другие преимущества валковой системы соответствуют преимуществам, названным выше в связи с заявленным отклоняющим устройством для полосы. Предлагаемое изобретением отклоняющее устройство для полосы не должно подводиться с использованием позиционного управления; чаще всего достаточно предопределенного упора. Однако это зависит от всей геометрии, в частности истирания валка, обусловленного износом валка. Предлагаемое изобретением отклоняющее устройство для полосы не должно быть обязательно закреплено на передвижном установочном устройстве, чтобы иметь возможность выдвигаться из проема станины во время смены валка. В условиях интенсивного износа в стане горячей прокатки рекомендуется стационарное расположение предлагаемого изобретением отклоняющего устройства для полосы между подушками рабочих валков в соответствующей станине клети. Предлагаемое изобретением отклоняющее устройство для полосы пригодно как для установки рядом с верхним рабочим валком, так и для установки рядом с нижним рабочим валком в прокатной клети.
Для повышения действия уплотнения в определенных отдельных случаях может быть целесообразно расположить с распределением по окружности валка по меньшей мере два предлагаемых изобретением отклоняющих устройства для полосы (друг над другом). Применение нескольких предлагаемых изобретением отклоняющих устройств для полосы рекомендуется, например, на выходе/на выходной стороне прокатной клети, когда там имеется выходное охлаждение валка, потому что тогда на выходной стороне должно отводиться очень много охлаждающей среды.
Другие предпочтительные варианты осуществления изобретения являются предметом зависимых пунктов формулы изобретения.
Описание проиллюстрировано фиг. 1-3, на которых:
фиг. 1 - поперечное сечение предлагаемой изобретением валковой системы, имеющей предлагаемое изобретением отклоняющее устройство для полосы по первому примеру осуществления;
фиг. 2 - предлагаемая изобретением валковая система по второму примеру осуществления; и
фиг. 3 - предлагаемая изобретением валковая система на виде в перспективе по третьему примеру осуществления.
Ниже изобретение описывается детально со ссылкой на вышеназванные фиг. 1-3, представляющие собой примеры осуществления. На всех фигурах одинаковые технические элементы обозначены одинаковыми ссылочными обозначениями.
На фиг. 1 можно видеть предлагаемую изобретением валковую систему, при этом перед валком 300 установлено предлагаемое изобретением отклоняющее устройство 100 для полосы. В нижней области фиг. 1 по касательной к бочке валка можно видеть предназначенную для прокатки или прокатываемую металлическую полосу 200. Отклоняющее устройство 100 для полосы установлено рядом с валком 300 своей основной частью 110 на расстоянии зазора. Ширина d зазора составляет, например, 1-9 мм.
Отклоняющее устройство 100 для полосы состоит по существу из основной части 110, в которой выполнены по меньшей мере одна камера 114 сжатого воздуха и гидравлически соединенное с камерой сжатого воздуха сопло 116 для выхода сжатого воздуха к бочке валка 300. Сжатый воздух предоставляется источником 118 сжатого воздуха, см. фиг. 3, который гидравлически соединен с камерой 114 сжатого воздуха. Гидравлическое соединение между камерой 114 сжатого воздуха и соплом 116 может быть выполнено, например, в виде промежуточного канала 115.
Сопло 116 состоит из гидравлически соединенного с камерой 114 сжатого воздуха первого участка 116-I канала сопла и последовательно расположенного за первым участком канала сопла в направлении R потока сжатого воздуха второго участка 116-II канала сопла. Первый участок 116-I канала сопла может быть выполнен либо непосредственно в виде продолжения камеры 114 сжатого воздуха, либо быть гидравлически соединен с камерой 114 сжатого воздуха промежуточным каналом 119.
Конкретно первый участок 116-I канала сопла состоит из двух предпочтительно параллельно противолежащих боковых стенок 116-I-1; 116-II-2, при этом первая боковая стенка 116-I-1 называется обращенной к вершине 112 основной части 110, в то время как другая противолежащая боковая стенка 116-II-2 называется обращенной от вершины 112 основной части.
В переходе от первого ко второму участку канала сопла боковая стенка 116-I-1, обращенная к вершине 112 основной части 110, отогнута в направлении вершины 112 основной части с образованием первой кромки 117 отрыва.
Между уступчатой первой кромкой 117 отрыва и вершиной 112 основной части 110 предпочтительно выполнен каплеобразный выпукло изогнутый контур 120 направления потока. Контур 120 направления потока предпочтительно с вогнутым изгибом, который предпочтительно выполнено дугообразно, гладко, т.е. без образования изломов, переходит в вершину 112 основной части 110. Изгиб контура 120 направления потока может быть выполнен тем меньше, чем меньше угол α между направлением R потока в первом участке 116-I канала сопла и соединительной прямой g между вершиной 112 основной части и первой кромкой 117 отрыва, см. фиг. 2.
При надлежащей конструкции, альтернативно углу α, предположительно также угол между направлением первого участка 116-I канала сопла и промежуточным каналом может служить отправной точкой для высоты изгиба контура 120 направления потока. В примере осуществления, показанном на фиг. 1, между первым участком 116-I канала сопла и промежуточным каналом 115 выполнен прямой угол. В отличие от этого, в примере осуществления, показанном на фиг. 2, между первым участком 116-I канала сопла и промежуточным каналом 115 выполнен острый угол. Поэтому изгиб контура 120 направления потока в показанном на фиг. 2 примере осуществления может быть менее выраженным, чем в примере осуществления, показанном на фиг. 1.
Второй участок 116-II канала сопла образует продолжение первого участка канала сопла и по существу определен или, соответственно, ограничен продолжением сторон 116-I-2, обращенных от вершины 112 основной части, в направлении R потока за пределы высоты кромки 117 отрыва. Боковая стенка 116-I-2, обращенная от вершины основной части, отогнута от вершины 112 отклоняющего устройства для полосы с образованием второй кромки 119 отрыва в конце второго участка 116-II канала сопла.
Важно, чтобы как первая кромка 117 отрыва, так и вторая кромка 119 отрыва образовывали острую кромку, имеющую как можно меньший радиус кривизны, чтобы гарантировать, чтобы поток воздуха на обеих кромках отрыва не следовал, вследствие эффекта Коанды, отогнутому контуру основной части в этих областях, а вместо этого продолжал течь в своем первоначальном направлении потока к бочке валка или по меньшей мере по касательной вдоль поверхности бочки валка.
Боковые стенки, обращенные от вершины 112 основной части 110, в области первого участка 116-I канала сопла и второго участка 116-II канала сопла могут быть выполнены единообразно в виде одной единственной общей плоскости. Альтернативно указанная боковая стенка в обоих участках канала сопла или же только во втором участке канала сопла может быть выполнена до второй кромки отрыва слегка выпуклой, изогнутой от вершины 112. Однако разрешается, чтобы этот выпуклый изгиб, в частности в области второго участка 116-II канала сопла до второй кромки 110 отрыва был тогда, во всяком случае, выполнен таким сильным, чтобы поток воздуха, при данной установке отклоняющего устройства 100 для полосы перед валком 300, при выходе из сопла все еще попадал на поверхность валка 300 или по меньшей мере по касательной тек вдоль его бочки. Иначе выражаясь, разрешается, чтобы выпуклый изгиб в этой области, при данной установке отклоняющего устройства для полосы перед валком, был выполнен лишь настолько сильным, чтобы касательная к боковой стенке 116-II второго участка канала сопла на второй кромке отрыва все еще попадала на бочку валка или по меньшей мере касалась ее.
Вершина 112 отклоняющего устройства 100 для полосы предпочтительно выполнена в виде отдельного конструктивного элемента соединяемой с основной частью с возможностью разъединения. Это предпочтительно, потому что на практике вершина подвергается сильному износу. Она может быть изготовлена из металла или из полимерного материала.
На фиг. 3 можно видеть, что сопло может быть выполнено, например, в виде щели. Однако альтернативно оно может быть также выполнено из множества отдельных сопел или, соответственно, отдельных сверлений, которые соединены гидравлическим соединением с камерой 114 сжатого воздуха.
На фиг. 3, кроме того, можно видеть, что камера 114 сжатого воздуха может быть выполнена в виде нескольких N отдельных камер 114-n сжатого воздуха, где 1 ≤ n ≤ N, при этом каждая из отдельных камер сжатого воздуха предусмотрена для снабжения сжатым воздухом определенного участка сопла 116 в направлении ширины. Для этой цели отдельные камеры 114-n сжатого воздуха, предпочтительно каждая, собственным подводящим трубопроводом соединена с источником 118 сжатого воздуха. Каждый из подводящих трубопроводов предпочтительно может перекрываться собственным запорным клапаном 115-n, где 1 ≤ n ≤ N. Преимущество этого варианта осуществления заключается в том, что снабжение сжатым воздухом сопла 116 в направлении ширины может изменяющимся образом адаптироваться к ширине данной предназначенной для прокатки или, соответственно, прокатываемой полосы 200, уже было описано выше.
Конструктивно основная часть 110 предлагаемого изобретением отклоняющего устройства для защиты полосы может быть выполнена из нижней фасонной части 110-1 и верхней фасонной части 110-2.
СПИСОК ССЫЛОЧНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
100 Отклоняющее устройство для полосы
110 Основная часть
110-1 Нижняя фасонная часть
110-2 Верхняя фасонная часть
112 Вершина
114 Камера сжатого воздуха
114-n Камера сжатого воздуха
115 Промежуточный канал
116 Сопло
116-I-1 Боковая стенка
116-I-2 Боковая стенка
116-II Участок канала сопла
117 Первая кромка отрыва
118 Источник сжатого воздуха
119 Вторая кромка отрыва
120 Контур направления потока
200 Полоса
300 Валок
R Направление потока
α Угол
g Соединительная прямая
N Общее количество камер сжатого воздуха