УСТРОЙСТВО И СПОСОБ УДАЛЕНИЯ ОКАЛИНЫ С ЗАГОТОВКИ
DEVICE AND METHOD OF SCALE REMOVAL FROM WORKPIECE

Настоящее изобретение относится к устройству для удаления окалины с заготовки по ограничительной части п. 1 и соответствующему способу по ограничительной части п. 10 формулы изобретения.
Из уровня техники известно, что для удаления окалины с заготовок, в частности с горячекатаного проката, на поверхности заготовки разбрызгивают воду высокого давления. Для сплошного и, следовательно, полного удаления окалины с поверхностей заготовки, как правило, вода высокого давления разбрызгивается из множества сопел установки для гидросбива окалины. В этой связи установкой для гидросбива окалины в стане горячей прокатки называется узел, предназначенный для удаления с поверхности горячекатаного проката окалины, т.е. примесей, состоящих из оксида железа.
В области производства горячекатаного проката контроль или проверка поверхностей перемещаемого в направлении движения горячекатаного проката до сих пор проводится только в конце прокатки. При этом установка для гидросбива окалины, расположенная перед последней прокатной клетью или, соответственно, выше по потоку (относительно направления движения), как правило, эксплуатируется с максимальным давлением и объемным расходом воды высокого давления. Это делается с целью достижения как можно более интенсивного удаления окалины на поверхностях горячекатаного проката. Недостаток такого режима эксплуатации установки для гидросбива окалины заключается в большой потребности в энергии для получения воды высокого давления.
Из JP-10 282029 А известен способ измерения толщины стальной плиты и определения качества ее поверхности. При этом применяется рентгеновский дефектоскоп.
Из KR 1443097 В1 известно устройство для обнаружения окалины на горячекатаном прокате. В этом устройстве применяется устройство обнаружения окалины, основанное на принципе измерения температуры и с этой целью содержащее пирометр.
Из DE 19817002 А1 известно устройство для удаления окалины с заготовки, содержащее устройство с соплами, с помощью которого на поверхность заготовки, движущейся относительно устройства с соплами, разбрызгивают жидкость под высоким давлением. Для выравнивания давления удаления окалины предусмотрены средства, позволяющие непосредственно измерять профиль ленты, причем в зависимости от этого устройство с соплами регулируют по высоте.
Из WO 2014/191168 А1 известно устройство рассматриваемого типа по ограничительной части п. 1 и соответствующий способ по ограничительной части п. 9 формулы изобретения.
В известных установках или, соответственно, способах удаления окалины с горячекатаного проката устройство контроля поверхности устанавливается только в конце прокатного стана. Такое устройство контроля поверхности находится далеко от установки для гидросбива окалины и, в частности, в отношении технологического процесса с установкой для гидросбива окалины не соединено. Если посредством контроля поверхности обнаруживается, что горячекатаный прокат имеет дефекты поверхности, то к этому моменту уже проходит множество этапов производства, в частности, прокатки. Это приводит к тому, что соотнесение возможных дефектов из-за окалины с обнаруженными дефектами поверхности невозможно или возможно только в ограниченной степени. Другими словами, в этих известных установках для удаления окалины с горячекатаного проката надежная идентификация дефектов поверхности, как остатков окалины, по меньшей мере затруднена или даже невозможна. Во всяком случае, известные подходы к удалению окалины с заготовок имеют тот недостаток, что осуществить классификацию дефектов из-за первичной и вторичной окалины, а также дифференциацию между остаточной окалиной, закатанной вследствие предыдущего недостаточного удаления окалины, и кусками окалины, отпадающими в процессе прокатки, невозможно.
В основе изобретения лежит задача, оптимизировать удаление окалины с заготовок в отношении качества поверхности и при этом также снизить до требуемого минимума потребность в энергии и жидкости высокого давления.
Эта задача решается благодаря устройству для удаления окалины с заготовки с признаками, определенными в п. 1 формулы изобретения, и способу по п. 9. Предпочтительные усовершенствованные варианты осуществления изобретения определены в зависимых пунктах.
Настоящее изобретение относится к устройству для удаления окалины с заготовки, предпочтительно горячекатаного проката, перемещающегося относительно этого устройства в направлении движения. С этой целью устройство содержит по меньшей мере первый узел струйных сопел, содержащий множество струйных сопел, из которых на поверхность заготовки под высоким давлением может выпускаться жидкость, в частности вода. Кроме того, устройство содержит управляющее устройство и устройство контроля поверхности, соединенное с возможностью передачи сигналов с управляющим устройством, которое относительно направления движения заготовки расположено ниже по потоку относительно узла струйных сопел и делает возможным обнаружение окалины на поверхности заготовки. Устройство контроля поверхности расположено непосредственно рядом с узлом струйных сопел. Управляющее устройство в программном отношении выполнено так, что удельный подвод энергии, с которым на поверхность заготовки из струйных сопел разбрызгивается жидкость, может регулироваться при помощи управляющего устройства в зависимости от сигналов устройства контроля поверхности, и что на основании сигналов устройства контроля поверхности определяют качество поверхности заготовки и сравнивают его с заданным необходимым значением. При этом удельный подвод энергии регулируют таким образом, что его повышают в случае, если качество поверхности заготовки падает ниже заданного необходимого значения, и его уменьшают в случае, если качество поверхности заготовки превышает заданное необходимое значение.
Равным образом изобретение также предусматривает способ удаления окалины с заготовки, предпочтительно горячекатаного проката, перемещаемого в направлении движения относительно узла струйных сопел, содержащего множество струйных сопел. Чтобы удалить окалину с заготовки, из струйных сопел под высоким давлением на поверхность заготовки разбрызгивают жидкость, в частности воду. Для осуществления способа предусмотрено управляющее устройство, соединенное с возможностью передачи сигналов с узлом струйных сопел и с устройством контроля поверхности. При помощи устройства контроля поверхности поверхность заготовки контролируют относительно направления движения заготовки ниже по потоку относительно узла струйных сопел и непосредственно рядом с узлом струйных сопел. При помощи управляющего устройства удельный подвод энергии, с которым на поверхность заготовки из струйных сопел подают жидкость, регулируют в зависимости от сигналов устройства контроля поверхности, причем на основании сигналов устройства контроля поверхности определяют качество поверхности заготовки и сравнивают с заданным необходимым значением. При этом удельный подвод энергии регулируют таким образом, что его повышают в случае, если качество поверхности заготовки падает ниже заданного необходимого значения, и его уменьшают в случае, если качество поверхности заготовки превышает заданное необходимое значение.
В основе изобретения лежит важный факт, заключающийся в том, что устройство контроля поверхности расположено вблизи от узла струйных сопел. В этом отношении признак "вблизи" в контексте настоящего изобретения означает, что устройство контроля поверхности (относительно направления, в котором заготовка перемещается со своей скоростью подачи мимо узла струйных сопел) расположено ниже по потоку и непосредственно рядом с узлом струйных сопел. Это позволяет контролировать и при необходимости влиять на результат подачи на поверхности заготовки жидкости под высоким давлением и получающееся качество удаления окалины, в частности, прежде чем заготовка будет подвергнута дальнейшим технологическим операциям, например, дополнительным прокаткам. Таким образом, на основе сигналов устройства контроля поверхности получается задающее воздействие, с помощью которого затем возможно соответствующее требованиям управление удельным подводом энергии, с которым достигается удаление окалины с заготовки.
В соответствии с настоящим изобретением удельный подвод энергии определяется динамическим давлением [англ.: impact], с которым жидкость падает на поверхность заготовки, и удельным объемным расходом на ширину заготовки, т.е. объемным расходом разбрызганной на заготовку жидкости, поделенным на ширину разбрызгивания относительно направления движения заготовки. Динамическое давление зависит от давления, с которым жидкость подводится к струйным соплам, объемного расхода разбрызганной жидкости, и расстояния между струйными соплами и поверхностью заготовки. Кроме того, удельный подвод энергии зависит от скорости подачи, с которой заготовка перемещается в направлении движения. Изменение удельного подвода энергии в зависимости от сигналов устройства контроля поверхности может происходить путем регулировки вышеназванных параметров, а именно при помощи управляющего устройства, как будет подробно описано ниже.
Предлагаемое по изобретению управляющее устройство в программном отношении выполнено так, что на основании сигналов устройства контроля поверхности осуществляют регулирование удельного подвода энергии. С этой целью при помощи управляющего устройства, а именно, на основе сигналов устройства контроля поверхности, определяется качество поверхности заготовки, а затем сравнивается с заданным необходимым значением. Если после этого при помощи управляющего устройства обнаруживается, что качество поверхности заготовки падает ниже заданного необходимого значения, то удельный подвод энергии увеличивается. Это также означает, что напротив, если качество поверхности заготовки превышает заданное необходимое значение, то удельный подвод энергии соответственно уменьшается. Такая регулировка или, соответственно, настройка удельного подвода энергии на основе сигналов устройства контроля поверхности происходит в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения, т.е. благодаря предусматриванию в управляющем устройстве соответствующего контура регулирования.
В качестве исполнительных элементов для управления и/или регулирования удельного подвода энергии в распоряжении имеется давление в системе удаления окалины, регулировка струйных сопел по высоте, т.е. изменение расстояния между струйными соплами и поверхностью заготовки, подключение и отключение дополнительного узла струйных сопел и скорость подачи заготовки.
Что касается только что упомянутого уменьшения удельного подвода энергии, а именно, в случае, когда качество поверхности заготовки, обнаруженное при помощи устройства контроля поверхности, превышает заданное необходимое значение, предпочтительно требуется меньшее количество жидкости высокого давления и, таким образом, достигается уменьшенное охлаждение заготовки. Такое уменьшенное охлаждение может использоваться для понижения температуры печи или снижения энергии, необходимой для следующей прокатки, т.е. ниже по потоку относительно узла струйных сопел. Кроме того, благодаря уменьшенному охлаждению заготовки повышается конечная температура продукта, в результате ассортимент изделий может быть расширен за счет меньшей конечной толщины.
Как пояснено выше, возможное уменьшение удельного подвода энергии или, соответственно, давления удаления окалины, во всяком случае, до значения давления, только-только достаточного для достижения заданного необходимого значения качества поверхности заготовки, приводит к преимуществу более низкой потребности в энергии для приготовления жидкости высокого давления для удаления окалины. Вследствие этого предпочтительно также снижается износ компонентов предлагаемого устройства или, соответственно, всей установки для удаления окалины. Это относится как к самим струйным соплам, так и в значительной степени к соединенным с ними насосам, трубопроводам, и всем контактирующим со средами деталям. К этому еще добавляется преимущество увеличенных интервалов между циклами технического обслуживания и, следовательно, пониженных затрат на техобслуживание из-за уменьшенного абразивного действия жидкости высокого давления на все окружающие материалы благодаря пониженному давлению.
Благодаря регулированию удельного подвода энергии можно непосредственно реагировать на обнаруженные дефекты поверхности заготовки, т.е. на остаточную окалину, оставшуюся на заготовке, а именно, путем соответствующего повышения удельного подвода энергии благодаря вышеназванным исполнительным элементам. Таким образом, можно эффективно предотвратить закатывание остаточной окалины в поверхность заготовки при дальнейших технологических операциях, в частности при процессах прокатки, которым подвергается заготовка ниже по потоку относительно узла струйных сопел. Кроме соблюдения требуемого качества заготовки, благодаря этому можно предотвратить сдачу в лом часть продукции, а именно, если, например, остаточная окалина не была обнаружена или, соответственно, не была устранена.
В предпочтительном усовершенствованном варианте осуществления изобретения устройство содержит насосный агрегат высокого давления, который соединен с возможностью передачи сигналов с управляющим устройством, а в отношении текучей среды соединен со струйными соплами узла струйных сопел. Этот насосный агрегат высокого давления при помощи управляющего устройства может управляться, предпочтительно регулироваться, чтобы изменять давление, под которым жидкость подается к струйным соплам. В результате этого измененного давления для жидкости также соответствующим образом изменяется давление удаления окалины или, соответственно, динамическое давление, с которым жидкость падает на поверхность заготовки, чтобы удалить с нее окалину, как это требуется. Ввиду поясненной выше зависимости благодаря этому также изменяется удельный подвод энергии, с которым жидкость разбрызгивается на поверхность заготовки.
Насосный агрегат высокого давления может иметь множество отдельных насосов. При управлении насосным агрегатом высокого давления при помощи управляющего устройства может быть предусмотрено, что в случае повышения давления подключается дополнительный насос, или что в случае необходимого уменьшения давления отключается один из применяемых насосов.
В предпочтительном усовершенствованном варианте осуществления насосный агрегат высокого давления может быть оснащен по меньшей мере одним регулятором частоты или предпочтительно множеством регуляторов частоты. Один насос или насосы насосного агрегата высокого давления посредством этого регулятора частоты подключен (подключены) к сети электроснабжения, причем каждый регулятор частоты соединен с возможностью передачи управления с управляющим устройством. Соответственно при помощи управляющего устройства регулятор частоты насосного агрегата высокого давления можно регулировать или управлять так, что в результате давление, под которым жидкость подается к струйным соплам узла струйных сопел, может регулироваться или, соответственно, изменяться также в незначительной степени или, соответственно, небольшими ступенями, предпочтительно также плавно.
Дополнительно или альтернативно в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения может быть предусмотрено, что расстояние между узлом струйных сопел и поверхностью заготовки при помощи управляющего устройства изменяется посредством управления, предпочтительно регулировки, в зависимости от сигналов устройства контроля поверхности. Это может быть сделано благодаря тому, что узел струйных сопел установлен на регулируемой по высоте опоре с сервоприводом, причем сервопривод соединен с возможностью передачи сигналов с управляющим устройством. Если качество поверхности, определенное управляющим устройством на основании сигналов устройства контроля поверхности, падает ниже заданного необходимого значения, благодаря соответствующему управлению сервоприводом при помощи управляющего устройства расстояние между узлом струйных сопел и поверхностью заготовки может быть уменьшено, в результате чего динамическое давление жидкости или, соответственно, давление удаления окалины повышается. В этом отношении понятно, что такое изменение расстояния, на котором находится узел струйных сопел, происходит лишь в той мере, в которой на поверхности заготовки сохраняется требуемый характер распределения разбрызгивания из струйных сопел на поверхность заготовки.
В предпочтительном усовершенствованном варианте осуществления изобретения, чтобы подрегулировать удельный подвод энергии, в соответствии с управляющим устройством может быть отрегулирована скорость подачи заготовки, если это позволяет общий процесс.
Из-за частиц окалины или других частиц иногда происходит забивание отдельных струйных сопел. В соответствии с известным уровнем техники это может быть обнаружено только гораздо позже, путем обнаружения дефектов поверхности при окончательном контроле, что связано с тем недостатком, что к этому моменту времени уже изготавливаются тонны горячекатаного проката или, соответственно, стали. Напротив, благодаря непосредственному контролю результата удаления окалины, и именно, на основании сигналов устройства контроля поверхности, расположенного вблизи узла струйных сопел, такое забивание струйного сопла может быть обнаружено сразу же после возникновения этой неисправности, и в управляющее устройство или, соответственно, на пульт управления может быть выдан соответствующий сигнал обслуживания.
Еще одно преимущество настоящего изобретения заключается в том, что благодаря надежному сигналу в отношении качества поверхности заготовки, определяемого ниже по потоку сразу же за узлом струйных сопел, в устройстве можно предусмотреть лишь одну пару узлов струйных сопел, а именно, над заготовкой и под заготовкой. Другими словами, предлагаемое по изобретению устройство может быть ограничено такой парой узлов струйных сопел, благодаря чему могут быть сэкономлены капитальные затраты на также упрощенный насосный агрегат высокого давления и соответствующие соединительные трубопроводы. Это, в свою очередь, приводит к экономии пространства под насосный агрегат высокого давления, укорочению рольганга и уменьшению нагрузки на водоснабжение, питающее жидкостью насосный агрегат высокого давления.
Ниже при помощи схематичных, упрощенных чертежей подробно описываются варианты осуществления изобретения. На чертежах изображено следующее:
фиг. 1 - схематичный, упрощенный вид сбоку предлагаемого по изобретению устройства;
фиг. 2 - схематичный, упрощенный вид сбоку узла струйных сопел согласно дополнительному варианту осуществления изобретения;
фиг. 3 - схематичный, упрощенный вид сверху предлагаемого по изобретению устройства, выполненного в соответствии с дополнительным вариантом осуществления;
фиг. 4 - схематичный, упрощенный вид сбоку пары ротационных головок, могущей являться частью устройства согласно фиг. 3;
фиг. 5 - схема последовательностей операций для выполнения настоящего изобретения.
Ниже со ссылкой на фиг. 1-5 подробно описываются различные варианты осуществления изобретения. На чертежах одинаковые технические признаки имеют одинаковые ссылочные обозначения. Кроме того, следует заметить, что изображения на чертеже показаны схематично и упрощенно, в частности, без масштаба. На некоторых чертежах нанесены декартовы системы координат с целью пространственной ориентации предлагаемого по изобретению устройства относительно движущейся заготовки, с которой удаляется окалина.
Предлагаемое по изобретению устройство 10 используется для удаления окалины с заготовки 12, перемещающейся относительно устройства 10 в направлении X движения. В случае заготовки речь может идти о горячекатаном прокате, перемещающемся мимо устройства 10. Скорость подачи, с которой заготовка 12 перемещается мимо устройства 10 в направлении X движения, на фиг. 1 и фиг. 2 обозначена стрелкой v.
Предлагаемое по изобретению устройство 10 содержит узел струйных сопел, содержащий множество струйных сопел, из которых на поверхность заготовки под высоким давлением выпускается жидкость, в частности вода. Как подробно пояснено ниже, узел струйных сопел может состоять из вращающейся вокруг оси вращения ротационной головки (фиг. 1) или разбрызгивательной балки (фиг. 2). В этих обоих вариантах осуществления предусмотрены струйные сопла 16, из которых под высоким давлением на поверхность 20 заготовки 12 разбрызгивается жидкость 18 (на фиг. 1 упрощенно обозначена пунктиром), чтобы соответствующим образом удалить окалину с заготовки 12.
В варианте осуществления по фиг. 1 предлагаемое по изобретению устройство 10 содержит узел струйных сопел, выполненный, как было только что пояснено, в виде ротационной головки 14, вращающейся вокруг оси R вращения. Вращение ротационной головки 14 вокруг ее оси R вращения происходит при помощи (не показанного) двигательного средства, например электродвигателя. На торце ротационной головки 14, обращенном к заготовке 12, установлены струйные сопла 16.
В варианте осуществления по фиг. 1 струйные сопла 16 закреплены на ротационной головке 14. При этом продольные оси L струйных сопел 16 ориентированы параллельно оси R вращения ротационной головки 14.
Струйные сопла 16 выполнены с возможностью регулировки по высоте, например, благодаря установке на регулируемой по высоте опоре, на фиг. 1 и фиг. 2 упрощенно показанной двунаправленной стрелкой Н. Опора Н может иметь сервопривод (на чертеже не показан). Таким образом, расстояние А между торцом струйных сопел 16 и поверхностью 20 заготовки 12 при необходимости может регулироваться путем управления сервоприводом. В контексте настоящего изобретения это расстояние А следует понимать, как расстояние разбрызгивания. При уменьшении этого расстояния А динамическое давление, получающееся при падении жидкости 18 на поверхность 20 заготовки 12, увеличивается.
Устройство 10, например, как показано для варианта осуществления по фиг. 1, содержит управляющее устройство 22 и насосный агрегат 24 высокого давления, соединенный с возможностью передачи сигналов с управляющим устройством 22. Посредством соединительного трубопровода ротационная головка 14 подключена к насосному агрегату 24 высокого давления так, что струйные сопла 16 в отношении текучей среды соединены с насосным агрегатом 24 высокого давления и, таким образом, под высоким давлением питаются жидкостью от насосного агрегата 24 высокого давления. В случае жидкости 18, разбрызгиваемой под высоким давлением из струйных сопел 16 на заготовку 12, предпочтительно речь идет о воде, но усматривать в этом ограничение только одной средой - водой не следует.
Насосный агрегат 24 высокого давления оснащен регулятором 25 частоты. Благодаря этому при помощи управляющего устройства 22 можно управлять, в частности плавно, насосным агрегатом 24 высокого давления, чтобы можно было изменять, в том числе постепенно, давление, под которым к струйным соплам 16 подается жидкость 18. Дополнительные подробности такого управления насосным агрегатом 24 высокого давления будут приведены ниже.
Устройство 10 содержит устройство 26 контроля поверхности, относительно направления X движения заготовки 12 расположенное ниже по потоку и вблизи от ротационной головки 14. Устройство 26 контроля поверхности может быть основано на специальном принципе оптического измерения, при котором происходит пространственное измерение поверхности 20 заготовки 12, по результатам которого создается профиль высот для поверхности 20 заготовки 12. Альтернативно при помощи устройства 26 контроля поверхности на поверхности 20 заготовки 12 осуществляется спектральный анализ. Устройство 26 контроля поверхности также соединено с возможностью передачи сигналов с управляющим устройством 22. Таким образом, при помощи устройства 26 контроля поверхности и соответствующей оценки в управляющем устройстве 22 на поверхности 20 заготовки 12 может быть определена окалина или, соответственно, остаточная окалина. С этой целью устройство 26 контроля поверхности выполнено так, что контролируется как верхняя, так и нижняя поверхность заготовки 12.
Соединение с возможностью передачи сигналов между управляющим устройством 22 и насосным агрегатом 24 высокого давления обозначено на фиг. 1 ссылочным знаком 23.1. Соединение с возможностью передачи сигналов между управляющим устройством 22 и устройством 26 контроля поверхности обозначено ссылочным знаком 23.2. Соединение с возможностью передачи сигналов между управляющим устройством 22 и регулировкой Н по высоте обозначено ссылочным знаком 23.3. Соединение с возможностью передачи сигналов между управляющим устройством 22 и (непоказанным) устройством, при помощи которого может регулироваться или, соответственно изменяться скорость v подачи заготовки 12, обозначено ссылочным знаком 23.4. В случае указанных соединений 23.1, 23.2, 23.3 и 23.4 речь может идти либо о физических линиях, либо о соответствующем радиоканале и т.п.
В отношении управляющего устройства 22, насосного агрегата 24 высокого давления и устройства 26 контроля поверхности для варианта осуществления согласно фиг. 2 действуют такие же взаимосвязи, как для варианта осуществления согласно фиг. 1, причем с целью упрощения на фиг. 2 эти технические компоненты не показаны.
На фиг. 3 показан, а именно на упрощенном виде сверху, дополнительный вариант осуществления предлагаемого по изобретению устройства 10. В этом варианте осуществления относительно направления X движения заготовки 12 друг за другом расположены два узла 14.1, 14.2 струйных сопел. Каждый из этих узлов 14.1, 14.2 струйных сопел подключен к насосному агрегату 24 высокого давления, как пояснено со ссылкой на фиг. 1. В варианте осуществления согласно фиг. 3 устройство 26 контроля поверхности расположено ниже по потоку относительно узла 14.2 струйных сопел. Для уточнения можно отметить, что на чертеже фиг. 3 ширина заготовки 12 проходит в направлении у, причем оси R вращения каждой из ротационных головок
14.1 и 14.2 проходят перпендикулярно плоскости чертежа.
Что касается варианта осуществления, показанного на фиг. 3, следует отдельно отметить, что в случае узла 14.1 струйных сопел речь может идти о паре 28 ротационных головок (см. фиг. 4), причем узел
14.2 струйных сопел, расположенный ниже по потоку относительно указанной пары, может представлять собой пару 38 разбрызгивательных балок (см. фиг. 2). Альтернативно в варианте осуществления, показанном на фиг. 3, пара 38 разбрызгивательных балок также может соответствовать узлу 14.1 струйных сопел, причем в этом случае пара 28 ротационных головок расположена ниже по потоку от указанной пары, а именно в месте расположения узла 14.2 струйных сопел. Кроме того, также возможно, что в варианте осуществления, показанном на фиг. 3, каждый из двух узлов 14.1, 14.2 струйных сопел состоит либо из пары 28 ротационных головок (фиг. 4), либо из пары 38 разбрызгивательных балок (фиг. 2).
Ниже со ссылкой на фиг. 4 дополнительно показана и объяснена возможная конфигурация ротационных головок, которые могут быть применены, например, в варианте осуществления согласно фиг. 3.
На фиг. 4 показан вид сбоку пары 28 ротационных головок, причем выше и ниже заготовки 12, т.е. на ее верхней стороне и на ее нижней стороне предусмотрено по одной ротационной головке 14. Из этого чертежа видно, что ротационная головка 14, установленная ниже заготовки 12, относительно направления X движения заготовки 12 расположена ниже по потоку, чем ротационная головка 14, установленная выше заготовки 12. Это сделано для того, чтобы, жидкость 18, разбрызгиваемая из струйных сопел 16 ротационной головки 14, установленной ниже заготовки 12, не ударялась о ротационную головку 14, установленную выше заготовки 12, если между этими двумя ротационными головками не находится заготовка 12. Показанное на фиг. 4 смещение между ротационными головками, установленными выше и ниже заготовки 12, не изменяет того факта, что в контексте настоящего изобретения обе эти ротационные головки следует понимать, как пару 28 ротационных головок. Аналогично на фиг. 2 только что объясненное смещение струйных сопел 16 показано для другого узла струйных сопел, а именно, для узла, выполненного в виде пары 38 разбрызгивательных балок.
Кроме того, что касается изображения на фиг. 4, следует заметить, что речь при этом может идти также о виде сбоку пары ротационных модулей, множество ротационных головок 14 (см. фиг. 1) которой в направлении у сгруппированы в ротационный модуль, расположенный выше и ниже заготовки 12.
Относительно вариантов осуществления согласно фиг. 2 и 4 следует заметить, что отдельные струйные сопла 16 подключены к общему напорному водопроводу D, соединенному с насосным агрегатом 24 высокого давления. Благодаря этому обеспечивается снабжение водой высокого давления струйных сопел 16.
На фиг. 2 показан упрощенный вид сбоку предлагаемого по изобретению устройства 10, выполненного согласно дополнительному варианту осуществления. Здесь узел струйных сопел устройства 10 выполнен в виде так называемой разбрызгивательной балки 36, продольная протяженность которой проходит поперек (т.е. на фиг. 2 - в направлении оси у) направления X движения заготовки 12. При этом продольная протяженность разбрызгивательной балки 36, как правило, соответствует ширине заготовки 12, с которой удаляется окалина. Вдоль продольной протяженности разбрызгивательной балки 36 установлено множество струйных сопел 16, из которых на фиг. 7 видно только струйное сопло 16, расположенное на переднем плане.
В варианте осуществления по фиг. 2 выше и ниже заготовки 12 предусмотрено по одной разбрызгивательной балке 36, которые, таким образом, образуют пару 38 разбрызгивательных балок. Струйные сопла 16 пары разбрызгивательных балок расположены на разбрызгивательных балках 36 под углом относительно перпендикуляра к поверхности 20 заготовки 12 таким образом, что жидкость 18, разбрызгиваемая из струйных сопел 16, падает на поверхность 20 заготовки 12 под углом а.
В соответствии с еще одним вариантом осуществления изобретения также может быть предусмотрено отдельное устройство 40 сканирования поверхности (фиг. 3), расположенное выше по потоку относительно узла 14 струйных сопел и соединенное с возможностью передачи сигналов с управляющим устройством 22. Такое устройство 40 сканирования поверхности представляет собой электронное устройство и содержит оптическую измерительную систему, могущую работать по принципу лазерного луча. Если на поверхности возникает нерегулярность, то это обнаруживается устройством 40 сканирования поверхности, выдающим соответствующий сигнал, на основании которого затем управляющее устройство 22 управляет сервоприводом регулируемой по высоте опоры Н (см. 1, фиг. 2), чтобы немедленно увеличить расстояние А между узлом струйных сопел и поверхностью заготовки 12. Благодаря этому обеспечивается то, что, если на заготовке 12 имеется такая нерегулярность, узел струйных сопел не повреждается.
Во всех вышеназванных вариантах осуществления заготовка 12 перемещается мимо устройства 10, а именно со скоростью подачи, на каждом из соответствующих чертежей обозначенной ссылочным знаком v. В результате разбрызгивания под высоким давлением воды происходит удельный подвод Е энергии (или, соответственно, энергии разбрызгивания) на поверхности 20 заготовки 12 определяемый следующим образом:
где:
2
Е: удельный подвод энергии [кДж/м]
2
I: динамическое давление [Н/мм]
spez
V: удельный объемный расход на один метр ширины заготовки [л/с⋅м]
v: скорость подачи заготовки [м/с]
При этом динамическое давление [англ.: impact], с которым жидкость 18 падает на поверхность 20 заготовки 12, зависит как от давления и объема, с которым жидкость разбрызгивается из струйных сопел 16, так и от расстояния между струйными соплами 16 и поверхностью 20 заготовки.
Без учета скорости v подачи происходит только стационарное рассмотрение динамического давления I, недостаточного для регулирования результата удаления окалины.
spez
Кроме того, удельный объемный расход V определяется следующим образом:
где:
spez
V: удельный объемный расход на один метр ширины
заготовки [л/с⋅м]
V: объемный расход разбрызгиваемой жидкости [л/с]
b: ширина разбрызгивания поперек направления X движения [м]
Изобретение функционирует следующим образом.
Для требуемого удаления окалины с поверхности 20 заготовки 12 заготовка перемещается относительно предлагаемого по изобретению устройства 10 в направлении X движения. При этом из струйных сопел 16 под высоким давлением на поверхности 20 заготовки 12 разбрызгивается жидкость 18, а именно как с верхней, так и с нижней стороны.
Принимая во внимание вышеназванные уравнения и поясненные в связи с ними зависимости, удельный подвод Е энергии может быть увеличен, например, благодаря тому, что увеличивается давление, под которым жидкость подается к струйным соплам, и/или объемный расход V, и/или благодаря тому, что уменьшается расстояние А между струйными соплами и поверхностью 20 заготовки 12, и/или скорость v подачи, и/или благодаря тому, что подключается дополнительный узел струйных сопел. С соответствующими поправками действует и обратное: Уменьшение удельного подвода Е энергии может быть достигнуто, например, благодаря тому, что уменьшается давление, под которым жидкость подается к струйным соплам, и/или объемный расход V, и/или благодаря тому, что увеличивается расстояние А между струйными соплами и поверхностью 20 заготовки, и/или скорость v подачи, и/или благодаря тому, что отключается дополнительный узел струйных сопел.
В соответствии с настоящим изобретением увеличение удельного подвода Е энергии, например, происходит в случае, когда на основании сигналов устройства 26 контроля поверхности при помощи управляющего устройства 22 определяется, что качество поверхности заготовки 12 падает ниже заданного необходимого значения. Это также означает, что напротив, удельный подвод Е энергии уменьшается до тех пор, пока качество поверхности заготовки 12 продолжает соответствовать заданному необходимому значению.
В частности при первичном удалении окалины с заготовки 12 может оказаться целесообразным, устанавливать удельный подвод Е энергии, как пояснено, на основании сигналов устройства 26 контроля поверхности, предпочтительно только путем изменения скорости v подачи.
На фиг. 5 для наглядного объяснения режима эксплуатации предлагаемого по изобретению устройства 10 или, соответственно, осуществления предлагаемого способа показана схема последовательности операций.
В то время как заготовка 12 перемещается мимо устройства 10 в направлении X движения, и при этом с нее удаляется окалина, качество удаления окалины непрерывно контролируется при помощи устройства 26 контроля поверхности. Это позволяет вблизи и непосредственно рядом с узлом струйных сопел, например, в виде пары ротационных модулей или пары 38 разбрызгивательных балок, обнаруживать, достигает ли требуемое качество поверхности заготовки 12 заданного необходимого значения. Если это не так, то путем соответствующего управления насосным агрегатом 24 высокого давления или, соответственно, предусмотренным для этого (предусмотренными для этого) регулятором (регуляторами) 25 частоты при помощи управляющего устройства 22 может повышаться давление, под которым жидкость 18 подается к струйным соплам 16, причем при необходимости также подключается дополнительный насос насосного агрегата 24 высокого давления.
Дополнительно или в качестве альтернативы уже упомянутой регулировке давления также можно подключить дополнительный узел струйных сопел. При этом в случае варианта осуществления согласно фиг. 3 речь идет об узле 14.2 струйных сопел, например, в виде пары ротационных модулей или пары разбрызгивательных балок 38, предусмотренной ниже по потоку относительно узла 14.1 струйных сопел. Это означает, что при сохранении требуемого качества поверхности заготовки 12 (в соответствии с нормальным режимом работы настоящего изобретения) применяется только один узел струйных сопел. Тогда (в соответствии со специальным режимом работы настоящего изобретения) второй узел струйных сопел (см. 14.2 на фиг. 3) подключается только в том случае, если качество поверхности заготовки 12 падает ниже заданного необходимого значения, причем после этого из струйных сопел 16 этого подключенного второго узла струйных сопел также под высоким давлением на поверхности 20 заготовки разбрызгивается жидкость 18. Факт, заключающийся в том, что в нормальном режиме работы изобретения применяется только один узел струйных сопел, вносит вклад в экономию энергии для приготовления воды высокого давления.
В соответствии со схемой последовательности операций на фиг. 5 может быть предпринято согласование рабочих параметров устройства 10: Путем соответствующего управления насосным агрегатом 24 высокого давления при помощи управляющего устройства 22 давление, под которым жидкость 18 подается к струйным соплам 16, может снижаться до тех пор, пока обнаруживаемая остаточная окалина не покажет падение ниже минимального динамического давления, после чего это давление снова должно быть немного повышено. При этом давление жидкости 18, подаваемой к струйным соплам 16, устанавливается на достаточно высокое значение, при котором качество поверхности достигает заданного необходимого значения.
Дополнительно и/или альтернативно изменение динамического давления или, соответственно, давления удаления окалины может происходить благодаря регулировке узла стройных сопел по высоте. Эта регулировка по высоте, на фиг. 1 и фиг. 2 обозначенная стрелкой Н, достигается благодаря тому, что управляющим устройством 22 соответствующим образом управляется сервопривод регулируемой по высоте опоры, на которой установлен узел струйных сопел.
Дополнительно и/или альтернативно для изменения удельного подвода Е энергии может регулироваться скорость v подачи заготовки 12.
Наконец, следует отметить, что на схеме последовательности операций согласно фиг. 5 показан контур регулирования, чтобы задавать или, соответственно, регулировать требуемый удельный подвод Е энергии, с которым удаляется окалина с заготовки 12. При этом вышеупомянутые опции выполняются или, соответственно, применяются до тех пор, пока качество поверхности заготовки не достигнет заданного необходимого значения (на фиг. 5 обозначено как "Заданный результат").
Перечень условных обозначений
10 устройство
12 заготовка
14 узел струйных сопел
14.1 узел струйных сопел
14.2 узел струйных сопел
16 струйные сопла
18 жидкость
20 поверхность
22 управляющее устройство
23.1 сигнализационная техника
23.2 сигнализационная техника
23.3 сигнализационная техника
23.4 сигнализационная техника
24 насосный агрегат высокого давления
25 регулятор частоты
26 устройство контроля поверхности
28 узел струйных сопел
36 узел струйных сопел
38 узел струйных сопел
40 устройство сканирования поверхности
А расстояние
Н регулируемая по высоте опора
v скорость подачи
X направление движения.